МПД-двигатель Кубарева может наконец быть применен в космосе
Вот уже почти семьдесят лет инженеры экспериментируют с электроракетными двигателями нового поколения — магнитоплазмодинамическими (МПД). Данная технология весьма привлекательна, но довольно сложна в реализации. Над ее развитием бьются ученые многих стран мира, в частности, Новой Зеландии. Сотрудники Исследовательского института Пайхау-Робинсона, в отличие от коллег по цеху, смогли, по их собственному признанию, преодолеть одно серьезное препятствие на пути к применению таких двигателей в космосе.
В магнитоплазмодинамических двигателях тяга создается благодаря силе Лоренца (возникает при взаимодействии магнитного поля и электрического тока), которая ускоряет поток ионов в направлении сопла. Идея такого двигателя была предложена и впервые протестирована еще в 1958 году нашим соотечественником, советским физиком и изобретателем Юрием Васильевичем Кубаревым. Теоретически МПД-двигатель нельзя отнести к совершенно новому типу, но на практике это действительно инновация, поскольку рабочие образцы только появляются.
С точки зрения ряда экспертов МПД-двигатель — это самый совершенный тип электрических ракетных двигателей. Он не только мощнее ионных и холловских (плазменных) двигателей, но и позволяет регулировать силу тяги, изменяя электрический ток или поток рабочего вещества. Лучшие качества МПД-двигателей проявляются при самых высоких уровнях потребляемой мощности.
Многопрофильный институт Пайхау-Робинсона, расположенный в 16 км от столицы Новой Зеландии Веллингтона, входит в состав Университета Виктории и объединяет инновации в области техники и прикладной физики для создания передовых технологий для бизнеса. Именно там инженеры трудятся над разработкой, которая в ближайшие месяцы отправится на МКС. Речь идет о магнитоплазмодинамическом двигателе с приложенным полем AF-MPD (applied-field magnetoplasmadynamic). Как следует из названия, данный класс двигателей использует приложенное магнитное поле для ускорения ионов до чрезвычайно высоких скоростей.
Хотя команда, возглавляемая Рэнди Поллоком, ведущим инженером по космическим технологиям в Институте Пайхау-Робинсона, не единственная, кто пытается создать такого рода двигательную установку (новозеландцам кажется, что «впервые такая идея зародилась еще в 70-х годах прошлого века», хотя на самом деле она значительно старше), у нее есть все шансы первой протестировать эту технологию в космических условиях.
Для создания магнитного поля инженеры, вместо обычных электромагнитов с медной обмоткой, используют высокотемпературный сверхпроводящий магнит. Электрическое сопротивление в его обмотке близко к нулю, что позволяет генерировать сильные магнитные поля, потребляя при этом минимум энергии. Большинству сверхпроводников необходимы экстремально низкие температуры (-273 градуса Цельсия), между тем высокотемпературные магниты могут работать при более «высокой» (по мерках сверхпроводников) температуре, что удешевляет их эксплуатацию, устраняя необходимость использования жидкого гелия для охлаждения до сверхнизких температур.
Первый образец сверхпроводящего электромагнита специалисты Института Пайхау-Робинсона опробовали в 2023 году, установив его на существующую ионную двигательную установку Лаборатории ударных волн и космических двигателей Университете Нагоя в Японии. В ходе эксперимента магнит, состоящий из четырех катушек сверхпроводящей ленты и по размеру сопоставимый с обеденной тарелкой, работал при температуре -198,15 градуса Цельсия, которой удалось достичь за счет внешнего криоохладителя.
Во время испытаний двигатель запускали более 100 раз, в то время как электромагнит генерировал магнитное поле в 1 тесла при мощности менее 1 Вт. Потребляемую мощность удалось снизить на 99% по сравнению с обычным («высокотемпературным») электромагнитом, но при этом сгенерировать в три раза более сильное магнитное поле.
Теперь разработчики озаботились созданием собственного двигателя, получившего название «Кокако» — в честь вида птиц, которые обитают в Новой Зеландии и которых легко узнать по ярко-синему оперению под клювом. По словам разработчиков, двигатель обладает рядом преимуществ по сравнению с существующими электродвигательными установками.
«Он может работать с различными видами рабочего тела, что повышает его гибкость и экономическую эффективность. Кроме того, он может достигать более высоких уровней тяги при сохранении эффективности, что делает его пригодным для полетов к Луне, Марсу и за их пределы», — говорится на сайте Университета Виктории.
Действительно, в последнее время интерес к применению МПД-двигателей в перспективных проектах освоения дальнего космоса возрос. Многие эксперты считают, что мощные МПД-двигатели могут использоваться в ядерных энергодвигательных установках мегаваттного класса и обеспечивать пилотируемые полёты к Марсу и доставку на его орбиту крупногабаритных грузов, а также отправку к планетам-гигантам и их спутникам тяжёлых космических аппаратов.
Самое популярное
