Плазмовий двигун, задуманий фізиком з Принстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) Міністерства енергетики США, може доставити нас на Марс – і далі – на космічному кораблі, керованому тими ж силами, що і сонячні спалахи.
Плазмові двигуни вже розроблялися для космосу, але вони забезпечують відносно невелике прискорення космічних апаратів. Через це цим апаратам буде потрібно дуже багато часу, щоб досягти значних швидкостей.
Ця нова конструкція використовує магнітні (а не електричні) поля, виштовхуючи частки плазми (іноді їх називають четвертим станом речовини) з вихлопних газів, забезпечуючи рух.
Вона використовує процес, який зазвичай спостерігається на Сонці – магнітне перез’єднання – механізм, що запускає сонячні спалахи. Під час цього процесу магнітні поля сходяться, розділяються і знову з’єднуються, вивільняючи величезну кількість енергії. Такий же процес відбувається і в токамаках – термоядерних реакторах у формі пончика. Сучасні конструкції плазмових двигунів використовують електрику для витіснення частинок з вихлопних газів зі значно нижчими швидкостями.
Комп’ютерне моделювання показує, що ця нова конструкція може переміщати плазму з певними імпульсами (швидкістю) у сотню кілометрів на годину – в 10 разів швидше, ніж сучасні плазмові двигуни. Високий питомий імпульс для частинок плазми забезпечує більшу початкову швидкість. Цей новий дизайн може доставити роботів-дослідників і людей на Марс і за його межі.
«Ідея прийшла мені в голову у 2017 році, коли я сиділа на палубі й думала про подібність між вихлопом автомобіля і високошвидкісними частками вихлопних газів, створеними в рамках Національного експерименту PPPL зі сферичним тором (NSTX). Під час роботи цей токамак виробляє магнітні бульбашки, звані плазмоїдами, які рухаються зі швидкістю близько 20 кілометрів на секунду, що мені здалося дуже схожим на тягу», – пояснює Фатіма Ебрахімі, головний науковий співробітник Принстонської лабораторії фізики плазми.
Цей футуристичний дизайн двигунів космічних кораблів має три великі переваги в порівнянні з теперішніми конструкціями плазмових двигунів. По-перше, за допомогою цієї нової конструкції інженери зможуть регулювати тягу вгору і вниз, забезпечуючи дросель для двигуна. Друга відмінність полягає в тому, що ця нова конструкція забезпечує додаткову тягу в порівнянні з нинішніми конструкціями шляхом викиду магнітних бульбашок, званих плазмоїдами. Третя відмінність полягає в тому, що сучасні плазмові двигуни покладаються на рух важких атомів, таких як ксенон, в цій новій конструкції можуть використовуватися як легкі, так і важкі елементи. Це дає інженерам можливість адаптувати тягу космічного корабля для різних цілей.
Наше Сонце, як і інші зірки, живиться від ядерного синтезу – перетворення легших елементів у важчі з вивільненням енергії. Це досягається за допомогою елементів у вигляді вільних від плазми ядер (що складаються з протонів і нейтронів) і електронів. Плазма складає 99 відсотків всієї «звичайної» матерії Космосу.
Дослідники вже будують перші термоядерні реактори на Землі, але для роботи їм як і раніше потрібно набагато більше енергії, ніж вони виробляють. Однак, як тільки ця точка беззбитковості буде досягнута, ця технологія зможе доставляти майже безмежну кількість енергії людям Землі.
«Ця робота була натхненна минулими роботами з термоядерного синтезу, і це перший випадок, коли плазмоїди й перез’єднання були запропоновані для космічного руху. Наступний крок – створення прототипу!»- зазначає Ебрахімі.
Перефразовуючи Базза Лайтера: «На Марс і далі!»
