Займут ли ионные двигатели главенствующее положение в открытом космосе?
В конце 2011 года НАСА рассказала о планах провести конкурс по разработке концепции систем из ионных двигателей для космических кораблей, которые будут работать от солнечных батарей. Чуть позже космическое агентство заключило пять контрактов с компаниями, обязавшимися за 600 тысяч долларов предоставить через четыре месяца концепцию «буксира», который будет оснащаться ионными двигателями.
В список этих компаний вошли Ball Aerospace & Technologies, Analytical Mechanics Associates, Lockheed Martin, Boeing и Northrop Grumman. После того как они проведут презентации своих концепций, специалистами из НАСА будет проведен анализ возможных путей по преодолению возможных технических трудностей и ряд экспериментов по проверке ключевых технических решений.
Обычные ракеты, оснащенные химическими двигателями, которые используются уже более полувека, могут оторвать от Земли груз и вывести его в космос. Однако стоит это огромных средств, что сдерживает освоение космоса. Напротив, ионные двигатели, которые тоже используют уже несколько десятилетий, сулят другие перспективы. Они обладают сравнительно небольшой тягой, поэтому не могут использоваться для вывода на орбиту грузов. Однако они обладают способностью разогнать продукты сгорания, которые они выбрасывают, до огромных скоростей, в десятки раз превышающие те, что могут достичь химические РД. Из-за этого для того, чтобы создать импульс им необходимо выбросить намного меньше вещества. Поэтому в условиях открытого космоса они экономичнее, чем обычные ракеты.
В планах НАСА обеспечивать обычными носителями вывод груза на околоземную орбиту, где дальнейшей транспортировкой займется буксир, оснащенный ионными двигателями, выведя их на высокие орбиты – геостационарные или первую точку Лагранжа. В дальнейшем аппараты подобного типа можно будет применять для отправления корабля в межпланетное пространство. А на орбитах близких к Земле, ои могут заниматься буксировкой коммерческих спутников, которые близко подошли к атмосфере, увеличивая таким образом срок их жизни.
Так может выглядеть космический буксир на солнечных батареях и с ионными двигателями. (Изображение Boeing)
Такие буксиры могут сыграть решающее значение в освоении Солнечной системы. Достигнув точки Лагранжа, на корабль больше не действует земное притяжение, и ДСБ могут спокойно «тянуть» аппараты в отдаленные районы космоса.
Стоит отметить, что один из участников конкурса, Northrop Grumman сообщил о старте работ по разработке альтернативных источников питания в дополнении к существующим солнечным батареям. Новая концепция, предложенная компанией, может масштабировать данные системы до мощности в 300 кВт, что является выдающимся результатом.
Таким образом, первых результатов коллективного «мозгового штурма» можно ожидать в ближайшие месяцы. Однако уже сейчас можно отметить ключевые проблемы, которые придется решать разработчикам. Первая – это рассеянность солнечной энергии в космосе, что требует создания больших по размеру батарей. А чтобы сохранить возможность движения в тени Земли, ДСБ будут нужны дополнительные аккумуляторы, что еще больше увеличит все аппарата. Это естественно приведет к ограничениям его возможностей по дешевой и быстрой транспортировке различных грузов. Вывод подобного аппарата, используя обычные ракеты, будет довольно затратным. Также проблематично использование солнечных батарей уже за орбитой Марса, так как интенсивность излучения падает.
Ионные двигатели уже довольно длительное время применяются в космических аппаратах для того, чтобы стабилизировать орбиту, проводить небольшое маневрирование. Многие исследовательские зонды, «Хаябус» в том числе, даже использовали их в качестве маршевых. Однако в данный момент использовать ионные двигатели с питанием от солнечных батарей для грузовых машин нецелесообразно. Им попросту не хватит солнечной энергии для создания требуемой тяги.
К слову, именно это и заставило США и СССР рассматривать возможности по использованию ядерных реакторов в космических кораблях. СССР развалился, а в США свернули проект «Прометей» в 2005 году из-за финансовых затруднений. Естественно, что производство подобных кораблей крайне нежелательно, ведь любая авария в атмосфере приведет к выбросам радиоактивных материалов. НАСА сделал ставку на «солнечное» питание, а это значит, что американских разработчикам предстоит проделать непростую работу.
Информация