Вы наверняка считаете, что космические корабли полетят на Марс используя мощный двигатель на ракетном топливе. Это более чем разумно. Люди привыкли отправляться в дальнюю дорогу, взяв с собой много вещей, чтобы быть готовыми ко всем обстоятельствам и неприятностям. И пока только химические ускорители достаточно мощны, чтобы перемещать человека в космическом пространстве с неплохой скоростью и разумным количеством полезного груза. Однако у них есть один существенный недостаток. Им нужно огромное количество топлива. Это подразумевает громоздкие ракеты, невероятную дороговизну и довольно приличное количество рисков. Наверное, было бы разумно придумать более легкую и экономичную двигательную установку. Тем более что разработки в этом направлении существуют.
Например, двигатель на эффекте Холла. Это не чисто теоретическая и даже не совсем новая технология. Она была описана в 60-х годах прошлого века, после чего инженеры десятилетиями развивали её. Этот двигатель работает за счёт ускорения заряженных частиц, то есть ионов. Основой его служит кольцевая камера или несколько таковых — в зависимости от величины устройства. Вокруг камеры располагаются магниты, генерирующие соответствующее поле. В нижней части этой системы находится анод — заряженная пластина, создающая электрическое поле. И, наконец, нужен катод, находящийся за пределами камеры и являющийся поставщиком электронов.
1. Электроны
2. Зонд
3. Магниты
4. Магнитное поле
5. Источник тока.
Автор: Peo
При запуске двигателя электроны, испускающиеся катодом, притягиваются к аноду, и поступают в камеру. Там они попадают под воздействие магнитного поля и начинают двигаться по кругу. И именно в этот момент происходит самое интересное. В камеру подаётся нейтральный газ, например, ксенон. Он подвергается бомбардировке электронами, и его атомы начинают превращаться в ионы. После этого электрическое поле выталкивает эти частицы из канала с огромной скоростью — до более чем десяти километров в секунду. Эти ионы генерируют тягу, призванную приводить в движение космический корабль.
Идея ускорения ионов не уникальна для двигателя Холла. Существует ещё несколько концепций, но рассматриваемая сегодня установка замечательна тем, что удовлетворяет трём важным критериям. Во-первых, она обеспечивает самую большую тягу среди всех прочих электродвигателей. Объясняется это несколькими факторами, но главный из них заключается в том, что ионы создаются и ускоряются в одной и той же области. Другие установки разделяют эти процессы, в связи с чем обладают пределом по количеству заряженных частиц, которые в них можно уместить. После превышения данного порога нарушается электрическое поле и всё перестаёт работать. Во-вторых, двигатели Холла очень эффективно используют топливо. Ускоряя ионы до сверхвысоких скоростей, они получают больше тяги от каждой его молекулы. И, наконец, они долговечнее. В других ионных двигателях имеются узлы и компоненты, которые быстро изнашиваются. Есть проблемы подобного плана и у предмета нашего рассмотрения, однако инженерам удалось найти способы либо решить их, либо в значительной степени нейтрализовать.
Двигатели на эффекте Холла начали использоваться в 60-х годах прошлого столетия и насчитывают десятки примеров практического применения. По большей части они корректируют положение спутников на орбите, но уже в следующем десятилетии один из них примет участие в более крупном проекте. Он будет установлен на космическом аппарате «Психея» (Psyche), который будет исследовать астероид ровно с тем же названием. Но мы совершенно не случайно упомянули в заголовке Марс. Оказывается, двигатели Холла перспективны в деле освоения человечеством дальнего космоса.
Используемые сегодня химические ракеты не очень пригодны для заявленной цели. Главное преимущество электрических двигателей заключается в том, что они способны обеспечивать тягу в течение длительного времени. Поначалу это может быть не очень большая скорость, но её можно постепенно наращивать, и в конечном итоге она окажется больше, чем у какого бы то ни было космического корабля, разогнанного тысячами тонн химического топлива. Проблема на данный момент заключается в очень медленном разгоне электрических двигателей. На нынешнем этапе развития этой технологии для полёта на тот же Марс потребовалось бы много лет. Но в ближайшем будущем эта ситуация может измениться в лучшую сторону. Хотя бы потому, что сегодня разрабатывается двигатель на эффекте Холла, который будет обладать достаточной мощностью для использования в пилотируемой космонавтике.
Он называется «X3». Создавать его начали в 2009 году, и он получил такое название, потому что у него три кольцевые камеры, а не две, как у большинства других устройств этого типа. Это позволяет ему одновременно ускорять большее количество ионов. Конструкция ещё недостаточно мощна для применения на пилотируемых космических кораблях, но во время испытаний она выдала больше тяги, чем любой другой подобный двигатель. Сейчас инженеры работают над увеличением её надёжности и, как понятно, увеличением мощности. Если они успеют сделать что-то достойное уважения к началу марсианских экспедиций, то возможно, что именно на этой тяге люди отправятся покорять Красную планету. Но даже если этого не произойдет, велика вероятность, что на разработку двигателей на эффекте Холла будут вдохновлены другие конструкторские коллективы и космические агентства. Это очень перспективное направление и развивать его нужно всенепременно.
