Впервые с момента появления концепции солнечно-теплового ракетного (реактивного) двигателя инженеры создали его рабочий прототип. Несмотря на то, что это установка лишь для подтверждения концепции, она доказывает возможность практического воплощения этой идеи.
Первыми из журналистов экспериментальную установку в штате Мэрилэнд посетили сотрудники издания Wired. Прототип собран инженерами Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (JHUAPL, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory). По описанию свидетелей, особо сильного впечатления аппарат не производит — обычный ISO-контейнер на заднем дворе кампуса. Внутри размещен массив светодиодов, который носит гордое название «солнечный симулятор».
Напротив него размещается черно-белая плитка, через которую протекает сжиженный гелий. Газ проходит через змеевик и вырывается из маленького сопла. При включении «симулятора солнца» плитка облучается светом в двадцать раз более интенсивным, чем исходит от нашей звезды (на каком расстоянии — не указано). Это излучение превращается в тепло, которое передается гелию. А тот, в свою очередь, создает реактивную тягу.
Художественное представление пролета зонда New Horizons мимо Плутона и Харона. Всего пять созданных человеком аппаратов преодолели притяжение Солнца и отправились за пределы нашей системы. «Новые горизонты» — один из трех, с которыми до сих пор поддерживается связь и единственный, активно выполняющий исследования
Источник изображения: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Звучит просто, но подобную установку проверяют на работоспособность впервые. В ней еще нет ничего, что можно применить на реальном межпланетном зонде, однако сам принцип работы соответствует концепции. Свет нагревает специальный экран, тепло передается газу, газ совершает работу в реактивном сопле. Цель эксперимента — подтвердить, что это имеет смысл и эффективность установки будет выше, чем при банальном испарении гелия.
Пока что ученые из JHUAPL не называют никаких конкретных цифр, лишь итог — система сработала. Более подробные результаты будут опубликованы в 2021 году. На конец следующего года запланировано подведение итогов декады гелиофизических исследований в Национальной академии наук, инженерии и медицины США. Демонстратор солнечно-теплового реактивного двигателя разрабатывался по заказу NASA в рамках предварительной проработки проекта межзвездного исследовательского зонда.
Зонды «Вояджер» выглядят одинаково и несут идентичный набор инструментов на борту, но были отправлены по разным маршрутам
Источник изображения: NSSDC NASA
За всю историю космических исследований человечество смогло достичь пределов Солнечной системы лишь двумя аппаратами. Причем исключительно в рамках побочной программы миссий, да и сам факт достижения границ под вопросом. Слишком трудно судить о том, что есть край звездной системы на основе показаний зондов, отправленных в полет 43 года назад. Тем более, если они заставляют пересмотреть некоторые детали существующих теорий строения Солнечной системы.
В любом случае, «Вояджер-1» и его брат-близнец «Вояджер-2» предназначались для исследования дальних планет — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. На сегодняшний день они провели в космосе почти полвека, их радиоизотопные источники питания и тепла уже не способны обеспечивать энергией научное оборудование. Наконец, чтобы добраться до внешних границ Солнечной системы им потребовалось почти три десятка лет. Будущие зонды для исследования этих областей пространства должны быть намного быстрее.
Установка теплозащитного экрана на зонд «Паркер» в 2018 году. Через две с небольшим недели после этого снимка он отправился по сложной траектории к Солнцу
Источник изображения: NASA, JHUAPL
Одним из возможных способов так сильно разогнаться может стать солнечно-тепловой реактивный двигатель на водороде. Его использование отлично сочетается с гравитационным маневром у звезды. Пролетая на расстоянии всего в 1,6 миллиона километров над солнечной короной межзвездный зонд получит необходимое тепло для испарения газа и создания тяги, а также дополнительный импульс за счет эффекта Оберта. Это позволит получить необходимый прирост скорости для успеха миссии — с 48 до 320 тысяч километров в час.
В теории все выглядит выполнимо. Нужно только решить проблему с тепловым экраном, которому придется выдерживать температуру почти в 2,5 тысячи градусов. Хорошая новость — максимальное сближение продлится всего два с половиной часа. Плохая — проблем добавляет водород, который при высоких температурах способен на весьма неприятные реакции с большинством материалов. Инженеры и ученые Университета Джона Хопкинса нашли теоретические решения большинства сложностей и теперь работают над их практической реализацией.
Идея солнечно-теплового ракетного двигателя высказывалась еще в 1956 году. По заказу Лаборатории ракетного движения ВВС США (Air Force Rocket Propulsion Laboratory, AFRPL) даже были проведены расчеты и наземные испытания необходимых для реализации такой установки материалов. Однако только сейчас прогресс достиг необходимого уровня, чтобы подобные эксперименты имели успех. На практике созданные в JHUAPL решения будут проверены, в том числе, когда зонд «Паркер» сблизится с Солнцем в 2024 году. Этот аппарат во время своей работы окажется на расстоянии всего в четыре раза большем, чем придется «пережить» межзвездному зонду.