27.06.2012

Разрабатывается термоядерный двигатель для космических полётов

Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле (США) в сотрудничестве с НАСА разрабатывают технологию для термоядерного ракетного двигателя, работающего на основе Z-пинча.

По их словам, новый двигатель в перспективе сможет снизить время полёта к Марсу с 6–8 месяцев до 6–8 недель.

Продолжительность полёта — одна из причин, которые исключают пилотируемое путешествие к Красной планете на существующих аппаратах. Тот же Curiosity летит туда семь месяцев, но он хоть возвращаться не будет. А вот экипаж пилотируемого корабля должен будет запасти еду и прочее почти на полтора года, только чтобы слетать и вернуться. Увеличение веса при этом окажется столь велико, что потребуются серьёзные сдвиги в ракетостроении, чтобы обеспечить такой полёт, и всё равно он будет сверхдорогим.

Основная концепция проектируемого термоядерного двигателя заключается в использовании Z-пинча: при пропускании по удерживаемой магнитно-инерциальным методом плазмы большого тока она дополнительно сожмётся и нагреется под действием его магнитного поля, превратившись в источник мощного излучения в виде линейного плазменного столба.

При этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.

Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.

Исследователи из Университета Алабамы недавно получили Decade Module 2, ранее использовавшийся Министерством обороны США в военных целях. Основной трудностью при реализации Z-пинча, разработанного в 1950-х, всегда было то, что плазма сжималась неоднородно и плазменный канал вследствие «сосисочной неустойчивости» в конечном счёте разрушался.

Однако, по словам учёных, они создали теоретическую модель, которая позволит избежать подобную неустойчивость в течение достаточного времени для импульсно работающего термоядерного РД. Модель осталось лишь протестировать при помощи Decade Module 2, импульсной установки, создающей моментальные импульсы (на сжатие микромишеней) мощностью до 500 кДж. Запуск Decade Module 2 на полную мощность, по словам разработчиков, состоится в начале 2013 года.

Магнитно-инерциальный подход к термоядерному синтезу: одновременно для удержания плазмы будут использоваться магнитное и электрическое поля, а также разогрев мишеней лазерными импульсами, причём недавно проведённое компьютерное моделирование обещает достижение при этом z=100.

Впрочем, создать работоспособный термоядерный двигатель — это лишь начало. Жилой модуль конструкторы намерены разместить в головной части корабля (чтобы снизить радиационное воздействие), сам термоядерный реактор — в соединительном трубоподобном модуле, а мощные сверхпроводящие магниты и МГД-генератор — в кормовой части, в обширном параболическом блоке, при помощи которого продукты реакции будут направляться назад при движении КА. Предельно сложной проблемой будет охлаждение термоядерного реактора в космосе. Помимо охладительного контура, функционирующего на смеси фторида лития и дифторида бериллия, потребуются внушительные радиаторы охлаждения.

Разумеется, само стремление бедствующего нынче НАСА начать исследования по столь амбициозной тематике дорогого стоит. Но и объём проблем, которые предстоит решить, очень велик, так что ожидать завершения проекта в ближайшие годы не приходится. Но в случае успеха термоядерный ракетный двигатель, несомненно, станет прорывным достижением.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА