В конце прошлого года НАСА анонсировало конкурс на разработку концепции системы ионных двигателей для космического корабля, работающих от солнечных батарей (ДСБ). Вслед за этим агентство заключило контракты с пятью компаниями, каждая из которых за $600 тыс. обязалась в течение четырёх месяцев измыслить концепцию такого «буксира», оснащённого ионными двигателями.

Среди этих компаний были Analytical Mechanics Associates, Ball Aerospace & Technologies, Boeing, Lockheed Martin и Northrop Grumman. После презентации ими своих концепций специалисты НАСА проанализируют возможные пути преодоления связанных с этим проектом технических трудностей и проведут ряд экспериментов для проверки ключевых техрешений.

Так может выглядеть космический буксир на солнечных батареях и с ионными двигателями. (Изображение Boeing.)

В чем основная идея ДСБ? Обычные химические ракеты, летающие в космос более полувека, располагают мощными двигателями, способными оторвать груз от Земли и вывести его в космос. Но стоимость этого предприятия огромна, и это основной фактор, сдерживающий освоение космоса. А вот ионные двигатели, также используемые десятилетиями, сулят иные перспективы. Их тяга невелика, поэтому они не годятся для вывода грузов на орбиту. Но способны разогнать выбрасываемые ими продукты сгорания до очень высоких скоростей, в десятки раз бόльших, нежели у химических РД; следовательно, для создания импульса им нужно выбросить в сотни раз меньше вещества. Из-за этого в открытом космосе они радикально экономичнее обычных ракет.

НАСА планирует оставить обычным носителям вывод грузов на низкую околоземную орбиту, где космический буксир с ионными двигателями подхватит их и переместит на более высокие орбиты — геостационарную или в первую точку Лагранжа. Позднее такие аппараты можно будет использовать для запуска корабля в межпланетное пространство и дальше. На околоземных орбитах они могли бы отбуксировать приближающиеся к атмосфере коммерческие спутники, продлевая этим их эксплуатацию.

Кроме значительного удешевления подъёма грузов и спутников с низких околоземных орбит на высокие и в точку Лагранжа, такие буксиры могут иметь решающее значение для освоения Солнечной системы в целом. В точке Лагранжа корабль выходит из «области ответственности» земного притяжения, и ничто не мешает ДСБ «тянуть» аппараты к ближайшим астероидам и иным косморайонам.

Кстати, один из концессионеров, Northrop Grumman, заявил о начале работ по созданию альтернативы существующим солнечным батареям. Концепция компании будто бы позволяет масштабировать такие системы до мощностей в 300 кВт, что, бесспорно, выдающийся результат.

А так должен был выглядеть «Прометей», корабль с ионными двигателями, но с ядерным реактором на борту. (Изображение НАСА.)

Итак, результаты коллективного «мозгового штурма» появятся в ближайшие месяцы. Но уже сейчас можно отметить принципиальные проблемы, с которыми столкнутся разработчики. Во-первых, энергия Солнца даже в космосе рассеяна, и для создания батарей приемлемых мощностей придётся делать их большими — а значит, и материалоёмкими. Чтобы сохранять способность двигаться, будучи в тени Земли, ДСБ потребуются дополнительные аккумуляторы. Оттого собственный вес ДСБ-буксира будет весьма существенным. А это ограничит его возможности по быстрой и дешёвой транспортировке грузов и спутников с низких околоземных орбит на высокие. Сольный вывод такого корабля на орбиту с помощью обычных ракет будет сам по себе весьма затратным. Сложно себе представить и использование солнечных батарей за орбитой Марса, ведь интенсивность излучения светила падает пропорционально квадрату расстояния от него...

Ничто не ново под Луной: ионные двигатели долгое время применялись космическими аппаратами для стабилизации орбиты, ограниченного маневрирования и т. п. Некоторые исследовательские зонды, в том числе «Хаябуса», даже использовали их как маршевые. Однако любые расчёты указывали на то, что ионные двигатели, питающиеся от солнечных батарей, малопригодны в качестве основных для грузовых машин. Для создания необходимой тяги в ограниченный отрезок времени им просто не будет хватать энергии от солнечных батарей.

Кстати, последнее обстоятельство и побудило СССР и США исследовать возможности по разработке и выводу в космос кораблей с ядерными реакторами. Потом СССР развалился, а США в 2005 году отказались от проекта «Прометей» из-за финансовых проблем. Ясно, что такие корабли не очень желательны, ибо трудно представить себе политические последствия атмосферной аварии аппарата с ядерным реактором. НАСА сделало выбор в пользу менее революционного (и затратного) «солнечного» питания, просто со значительно бόльшими площадями. А это значит, что американским разработчикам предстоит непростая работа...

источник