НАСА провело успешные испытания литиевого плазменного двигателя в своей Лаборатории реактивного движения (JPL) в Калифорнии. Технология достигла уровня мощности 120 киловатт, что является новым рекордом для электрических двигательных систем в Соединенных Штатах. Это достижение представляет собой важную веху в развитии более эффективных транспортных средств в дальнем космосе и потенциально может произвести революцию в пилотируемых миссиях на Марс.
Результат, полученный в результате испытания магнитоплазмодинамического двигателя (MPD), сигнализирует о важном изменении в том, как люди смогут путешествовать по Солнечной системе. Эта инициатива является частью постоянных усилий агентства по исследованию и внедрению двигательных решений, которые радикально сокращают время транзита для межпланетных путешествий. Нововведение обещает сделать будущие исследования более доступными и быстрыми.
Запишите детали испытаний в JPL
Инновационный эксперимент, проведенный в специализированной вакуумной камере Лаборатории реактивного движения, имитировал экстремальные условия космоса. Эта установка специально разработана для безопасного обращения с металлическими парами-вытеснителями. Впервые за многие годы двигатель MPD с литиевым двигателем заработал с мощностью, превосходящей любую электрическую двигательную систему, которая в настоящее время работает на американских космических кораблях. Успех – это результат месяцев подготовки.
Система работает путем преобразования паров лития в электромагнитно ускоренную плазму. Это происходит за счет взаимодействия интенсивных электрических токов с мощными магнитными полями. В основе двигателя вольфрамовый электрод выдерживал температуры, превышающие 2760 градусов по Цельсию. Он оставался накаленным в течение пяти последовательных циклов зажигания, демонстрируя замечательную стабильность. Тест предоставил важные данные для постоянного улучшения системы.
Джаред Исаакман, администратор НАСА, подчеркнул важность этого подвига. «В НАСА мы работаем над многими вещами одновременно и не упускаем из виду Марс», — сказал Исаакман. «Успешная работа нашего двигателя в этом испытании демонстрирует реальный прогресс в отправке американского астронавта на Красную планету. Впервые в Соединенных Штатах электрическая двигательная установка работает на таком высоком уровне мощности, достигая 120 киловатт. Мы продолжим делать стратегические инвестиции, которые будут способствовать следующему большому шагу в освоении человеком космоса».
Десятилетия развития и роль лития
Концепция двигателей MPD имеет долгую историю, берущую начало в исследованиях, начавшихся в 1960-х годах. Однако переход от теории к функциональной двигательной установке требовал постепенного прогресса в течение многих десятилетий. В отличие от обычных электрических двигателей, которые используют электрические поля для ускорения ионов, двигатели MPD используют как электрический ток, так и магнитные поля для создания тяги. Такой подход позволяет добиться значительно большей мощности.
В JPL это недавнее испытание стало кульминацией более чем двух лет целенаправленных разработок. Это было осуществлено в рамках программы НАСА «Космическое ядерное движение». Сотрудничество с Принстонским университетом и Исследовательским центром Гленна НАСА имело важное значение для прогресса. Инженеры считают литий идеальным топливом из-за его низкой энергии ионизации и эффективных характеристик плазмы.
Джеймс Полк, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения, выразил свое волнение по поводу результата. «Проектирование и создание этих двигателей за последние два года было долгим процессом, кульминацией которого стало первое испытание», — сказал Полк. «Это очень важный момент для нас, потому что мы не только продемонстрировали, что топливо работает, но и достигли уровня мощности, который был поставлен перед нами в качестве цели. Мы знаем, что у нас есть хорошая испытательная платформа, чтобы начать решать задачи расширения производства». Собранные данные будут иметь основополагающее значение для новой серии экспериментов.
https://twitter.com/WhiteHouse/status/2049581451809620135?ref_src=twsrc%5Etfw
- Вольфрамовый электрод, выдерживающий экстремальные температуры.
- Специализированная вакуумная камера, имитирующая космическую среду.
- Пары лития как топливо, известное своей эффективностью.
- Взаимодействие интенсивных электрических токов и сильных магнитных полей
- Точный мониторинг и контроль всех параметров.
Потенциал для ускоренных межпланетных путешествий
Электрическая двигательная установка уже играет фундаментальную роль в современном освоении космоса. Например, в таких миссиях, как космический корабль НАСА «Психея», используются ионные двигатели на солнечной энергии, которые обеспечивают непрерывную, но низкую тягу в течение длительных периодов времени. Эти системы со временем могут достигать скорости более 200 000 километров в час. Двигатель MPD с литиевым двигателем значительно улучшает эту концепцию.
Он работает на гораздо более высоких уровнях мощности, предлагая как большую тягу, так и превосходную эффективность потребления топлива. Эта инновационная комбинация может значительно сократить время в пути, необходимое для пилотируемых миссий в отдаленные пункты назначения. Кроме того, технология позволяет снизить общую массу, необходимую при запуске, оптимизируя ресурсы миссии.
Литиевые плазменные двигатели также способны выдерживать потребляемую мощность в мегаваттном диапазоне. Эта возможность делает их совместимыми с будущими ядерно-электрическими двигательными установками, важнейшим компонентом долгосрочной стратегии НАСА по Марсу. На практике это означает, что космический корабль сможет нести более тяжелую полезную нагрузку и вмещать более крупные экипажи. Они будут поддерживать высокие скорости во время межпланетных путешествий. Эта технология заполняет важный технологический пробел.
Следующие шаги и инженерные проблемы
Несмотря на успех первоначальных испытаний, все еще предстоит решить значительные инженерные проблемы. Это необходимо, прежде чем двигатели MPD смогут эффективно продвигать пилотируемую миссию на Марс. Следующая цель НАСА — масштабировать систему до диапазона мощности от 500 киловатт до 1 мегаватта на двигатель. Этот масштаб необходим для соответствующих применений в полетах в дальний космос.
Для миссии на Марс с полным экипажем может потребоваться от 2 до 4 мегаватт общей мощности. Это означает, что несколько двигателей работают непрерывно более 23 000 часов. Поддержание этих характеристик в течение столь длительных периодов времени приводит к возникновению сложных проблем, связанных с сопротивлением материалов. Проблемы также возникают в области управления температурным режимом и общей стабильности системы. Компоненты должны выдерживать экстремально высокие температуры и электромагнитные воздействия без деградации.
Инженеры уделяют особое внимание тому, чтобы электроды и элементы конструкции выдерживали повторяющиеся циклы без критических отказов. Работу координирует Управление космических технологий НАСА под руководством Центра космических полетов имени Маршалла. Эти усилия объединяют разработку двигательной установки с достижениями в области ядерной энергетики. Цель состоит в том, чтобы сформировать целостную стратегию, которая позволит осуществить пилотируемые миссии на Марс в ближайшие десятилетия.