Британская компания Pulsar Fusion сообщила, что запустит крупнейший, а по совместительству и первый в истории человечества термоядерный ракетный двигатель в 2027 году. Это будет 8-метровый привод прямого синтеза (DFD), который будет выбрасывать из ракетных дюз непосредственно продукты реакции и этим двигать ракету. Это позволит ракете разгоняться до скорости свыше 800 тыс. км/ч, что, например, сократит полёт к Сатурну с восьми до двух лет.

Источник изображений: Pulsar Fusion

Смелое заявление руководства Pulsar Fusion базируется на уверенности, что их совместная работа с американской компанией Princeton Satellite Systems принесёт плоды скорее раньше, чем позже. Для этого партнёры привлекут к разработкам термоядерного двигателя искусственный интеллект. В целом концепция двигателя разработана в Принстонской лаборатории физики плазмы и передана в компанию Princeton Satellite Systems для отработки на прототипах. Два прототипа уже созданы, и готовится основа для создания ещё двух, после чего можно будет приступать к изготовлению лётного экземпляра.

Исследователям предстоит ещё много научной работы, чтобы подойти к изготовлению рабочего термоядерного двигателя. Облегчит задачу то, что ракетные двигатели на термоядерном топливе будут работать в космосе в условиях вакуума, а это позволит хорошо сэкономить на средствах для изолирования плазмы в рабочем объёме камеры сгорания.

«Сложность заключается в том, чтобы научиться удерживать и ограничивать сверхгорячую плазму внутри электромагнитного поля, — сказал Джеймс Ламберт (James Lambert), финансовый директор компании Pulsar Fusion. — Поведение плазмы сродни поведению погоды, поскольку поведение последней также невероятно трудно предсказать с помощью обычных методов». Собственно, для этой части работы партнёры будут задействовать алгоритмы машинного обучения (ИИ).

В компании Pulsar Fusion абсолютно уверены в том, что они справятся с задачей. В противном случае человечеству нечего мечтать о путешествиях в космосе.

«Если же мы сможем, а мы сможем, то термоядерные двигатели станут совершенно неизбежными. Это необходимо для эволюции человечества в космосе, — сказал глава Pulsar Fusion Ричард Динан (Richard Dinan). — Если мы не сможем, то всё это не имеет никакого значения».

В NASA сообщили, что совместно с компанией Aerojet Rocketdyne приступили к квалификационным испытаниям электрического ракетного двигателя AEPS, предназначенного для системы маневрирования окололунной станции Lunar Gateway («Лунные врата»). Это самый мощный электроракетный двигатель на данный момент — его мощность составляет 12 кВт, что в четыре раза больше ранее созданных установок.

Ракетный ионный двигатель AEPS на стенде. Источник изображения: NASA

На станции «Лунные врата» будет три таких двигателя, которые не менее 15 лет будут удерживать её на заданной орбите. Их установят на электродвигательный модуль PPE (Power and Propulsion Element) с питанием от солнечных батарей суммарной мощностью около 60 кВт. Рабочим телом для электроракетных (ионных) двигателей будет ксенон, бак которого на борту модуля будет вмещать до 2 т газа.

С учётом всех задержек планируется, что станция Gateway отправится в полёт в 2025 году. Она обеспечит поддержку лунным миссиям, включая высадку людей на поверхность спутника, а также станет базой для сборки корабля для отправки экипажей на Марс. Включение в состав станции ионных двигателей AEPS компании Aerojet Rocketdyne станет первым практическим испытанием силовых установок, которые в будущем должны обеспечить полёты в дальний космос и транспортные маршруты в пределах системы Земля-Луна. Ионные двигатели маломощны, но могут длительное время работать непрерывно на скромных запасах топлива. Одного бака ксенона на станции должно хватить минимум на 15 лет её эксплуатации, включая манёвры по выводу на рабочую орбиту.

Первая установка AEPS отправлена в NASA и установлена для испытаний в начале июля. Вторая установка будет доставлена в 2024 году. Запланированы непрерывные четырёхгодичные испытания одного из двигателей в вакуумной камере, чтобы выяснить все нюансы работы, расхода топлива на разных режимах и его общей эффективности. Очевидно, что до запуска Gateway двигатель не успеет завершить полномасштабные тесты, которые продлятся 23 тыс. часов. Но NASA это не смущает. Завершение тестов необходимо для будущих космических программ, а для запуска «Лунных врат» хватит и того, что успеют.

Пример выхлопа электроракетного (ионного) двигателя

Первые испытания двигателя AEPS будут включать вибрационные и другие механические тесты установки, которые будут имитировать взлёт ракеты и последующие манёвры. К огневым испытаниям, судя по всему, перейдут только в следующем году.

Компания ArianeGroup на площадке в Верноне (Франция) провела успешные огневые испытания перспективного многоразового двигателя «Прометей» (Prometheus), установленного на прототип многоразовой первой ступени «Фемида» (Themis). Двигатель с тягой 100-т класса работал 12 с, что можно считать успехом для ранних огневых испытаний.

Источник изображений: ArianeGroup

Европейский союз, как все мировые космические державы, понимает, что будущее космонавтики — это многоразовые ракеты и общее удешевление производства ракет и их компонентов. В частности, двигатель «Прометей» обещает оказаться в десять раз дешевле аналогичного по уровню тяги двигателя «Вулкан 2», который поднимал в небо ракеты-носители Ariane 5. Достигаться это будет как за счёт перехода на другое топливо, что удешевит предполётную подготовку и эксплуатацию двигателей и ракет, а также за счёт широкого использования 3D-печати при производстве.

Топливом для «Прометея» станут кислород и метан. Баки и обвязку для транспорта топлива ArianeGroup испытала в составе прототипа в 2021 году. Огневые испытания установленного на прототип ступени двигателя планировались в 2022 году, но, судя по всему, прошли только сейчас, точнее — 22 июня этого года. Подобная задержка означает отставание от программы минимум на один год, хотя если компания сможет начать прыжковые испытания прототипа до конца текущего года, то график будет навёрстан.

Прыжковые испытания — подъём ракеты на несколько метров и мягкая посадка обратно — будут проводиться на той же испытательной площадке под Верноном, где компания проводит первые испытания прототипа. Подъём прототипа на большую высоту будет проверяться на космодроме во Французской Гвиане, что запланировано на 2025 год. Так Европа без «шума и пыли» — без эффектных подрывов топливных баков и прототипов, что свойственно испытаниям в компании SpaceX — движется в сторону многоразовых ракет. И рано или поздно она к этому придёт.

Сообщается, что шотландский стартап Skyrora украинского предпринимателя Владимира Левыкина начал испытания нового напечатанного на 3D-принтере ракетного двигателя с тягой 70 кН. Попытка запустить ракету Skylark L осенью прошлого года закончилась её падением в море в полукилометре от стартовой площадки. Новый двигатель даёт надежду, что следующий запуск будет успешным.

Источник изображения: Skyrora

Владимир Левыкин создал стартап Skyrora в Эдинбурге в 2017 году. Несмотря на молодость компании, её работу поддержали деньгами космические агентства Европы и Великобритании. Skyrora намеревалась принести Великобритании статус космической державы, осуществив первый в истории островов вертикальный старт ракеты. Ещё раньше первый воздушный старт ракеты над Великобританией обещала провести компания Virgin Orbit, но после первой неудачной попытки обанкротилась.

Кстати, часть оборудования и имущества Virgin Orbit приобрёл другой космический стартап, тоже созданный украинцем — компания Firefly Aerospace. Правда, сделал он это уже без своего основателя. Как только ракеты Firefly начали демонстрировать многообещающие возможности, владельца компании — Максима Полякова — власти США вынудили продать свою долю за $1.

Опыт предыдущих работ позволил Skyrora оптимизировать процесс 3D-печати двигателя. Сообщается, что создание нового двигателя заняло на 66 % меньше времени и обошлось на 20 % дешевле по затратам. Также ряд узлов двигателя были улучшены. Например, он получил улучшенную камеру охлаждения для повышения эффективности этого процесса, что в свою очередь продлит срок службы двигателя.

Испытания двигателя начались на площадке компании в Шотландии в испытательном центре в Мидлотиане. Двигатель запускается циклами по 250 секунд. Этого времени достаточно для вывода будущей ракеты на орбиту. Видео испытаний представлено выше. Добавим, компания использует для изготовления фирменного ракетного топлива Ecosene отходы пластмасс. В целом двигатель работает на смеси перекиси водорода и керосина.

«После тестирования обновленный двигатель на 70 кН станет первым в истории коммерческим двигателем с замкнутым циклом ступенчатой системы сгорания на топливе, состоящем из перекиси водорода и керосина. Хотя эта система не использовалась исторически из-за её сложности, более высокий удельный импульс, создаваемый этой конструкцией, повысит общую эффективность двигателя», — сказано в пресс-релизе компании.

Испытания двигателей второй ступени

Испытания нового двигателя будут проводиться регулярно в течение нескольких недель. В итоге он станет базой для первой ступени новой ракеты компании — Skyrora XL. Вторая её ступень была испытана запуском статичных огневых тестов в августе прошлого года. Испытания интегрированной ступени проводила компания Discover Space UK на авиабазе Мачриханиш на полуострове Кинтайр. Третья ступень также прошла испытание с запуском двигателя.

Первый орбитальный запуск ракеты Skyrora XL высотой 23 м и с полезной нагрузкой до 315 кг запланирован на 2023 год из космического центра SaxaVord на Шетландских островах (Ламба Несс, Унст).

Британская компания Pulsar Fusion заключила партнёрское соглашение с американской компанией Princeton Satellite Systems с целью создания термоядерного ракетного двигателя и ракеты, способной долететь до Марса за 30 дней. Главным инструментом в работе станет искусственный интеллект, который будет изучать физику плазмы в двигателе и помогать оптимизировать его конструкцию.

Источник изображений: Pulsar Fusion

Британская Pulsar Fusion известна своей тягой к «зелёным» технологиям — она разрабатывает ракетный двигатель на горючем из отходов пластика. Но второй целью для себя компания поставила создание термоядерного ракетного двигателя. В общем, это тоже «зелёное» направление в ракетостроении и, в целом, в энергетике. Однако вместе с Princeton Satellite Systems британцы будут заниматься совершенствованием американских разработок, а не своих собственных. В частности, они будут анализировать физику плазмы в установке Princeton field-reversed configuration версии 2 (PFRC-2).

Установка PFRC предложена в начале нулевых годов в Принстонской лаборатории физики плазмы. Она реализует идею обращённой магнитной конфигурации. Термоядерная плазма высокого давления удерживается внутри двигателя с помощью магнитной ловушки, а холодное топливо в виде той же плазмы (ионов и электронов) обтекает горячее ядро и напитывается его энергией, после чего вырывается с огромной скоростью через электромагнитные дюзы.

Компания Princeton Satellite Systems за 20 лет освоила ряд государственных грантов, включая финансирование NASA. В перспективе намечено создание установок PFRC-3 и PFRC-4 к 2025 году. Последняя должна получить реакцию синтеза, после чего будет запущен процесс создания лётного прототипа. Судя по всему, они будут создаваться по материалам совместных исследований с Pulsar Fusion.

«Мы считаем, что термоядерные двигатели будут продемонстрированы в космосе за десятилетия до того, как мы сможем использовать термоядерный синтез для получения энергии на Земле», — уверен основатель и генеральный директор компании Pulsar Fusion Ричард Динан (Richard Dinan).

Разрабатываемый компаниями термоядерный двигатель размерами с микроавтобус сможет разгонять 10-т космический корабль до 500 тыс. миль в час или 223,5 км/с. С такой скоростью до Марса можно было добраться примерно за трое суток, во время его максимального сближения с Землёй, или до Титана (спутник Сатурна) за два месяца. Однако это максимальная скорость, и к тому же нужно время на разгон и торможение.

Термоядерная установка также сможет генерировать электричество для бортовых систем, а рабочее топливо можно брать в космосе из пыли, газа и едва ли не любого вещества. Для запуска и поддержания термоядерной реакции в двигателе понадобятся небольшие объёмы гелия-3 и дейтерия, которые не займут много места.

Сообщается, что власти Германии заключили контракт на разработку клиновоздушного ракетного двигателя (aerospike engine). Деньги получил аэрокосмический стартап Polaris Raumflugzeuge. Компания обязуется довести дело до изготовления полномасштабного прототипа двигателя и космического самолёта на его основе.

Источник изображения: Polaris Raumflugzeuge

Заказ разместило Федеральное ведомство по оборудованию, информационным технологиям и технической поддержке бундесвера (BAAINBw). В некотором плане это вынужденная мера. Традиционные двигатели с дюзами в виде колокола почти исчерпали свои возможности. Значительным минусом таких двигателей считается то, что для каждой высоты нужен свой профиль сопла и своя обвязка. В противном случае двигатели резко теряют эффективность по причине разного атмосферного давления на уровне моря и высоко над ним вплоть до полного его отсутствия в вакууме.

Клиновоздушные ракетные двигатели лишены этого недостатка. Они одинаково эффективны на всех высотах и могут заменить все двигатели ракеты (ступени) одним. В конечном итоге это обещает экономить топливо и оставлять больше места под полезную нагрузку. Это идеальное решение для космических самолётов. Собственно, всерьёз клиновоздушные ракетные двигатели начали разрабатывать для многоразовых кораблей «Спейс шаттл», хотя проект и не был доведён до конца.

Огневые испытания плоского клиновоздушного двигателя XRS-2200 по программе X-33. Источник изображения: NASA

Конструкция клиновоздушных ракетных двигателей (КВРД) заметно сложнее обычных ЖРД с колоколообразным соплом. КВРД представляют собой клин из двух половинок рассечённого колокола. Фактически это две соприкасающихся дюзы, у каждой из которых нет половины. Роль недостающих половинок играет набегающий поток воздуха. За счёт этого, а также благодаря регулировке поступающего горючего клиновоздушный ракетный двигатель близок к оптимальной работе на любой высоте над уровнем моря и в вакууме, хотя по максимальному уровню тяги он будет уступать классическим двигателям с дюзами-колоколами на тех высотах, для которых они спроектированы.

В то же время у двигателей КВРД свои проблемы. Прежде всего, это большая площадь «клина» — стенки, оставшейся от обрезанной дюзы-колокола. Она подвергается сильнейшему нагреву и требует более чем интенсивного охлаждения. Управление таким двигателем тоже намного сложнее, поскольку точек впрыскивания топлива намного больше — целый ряд с каждой стороны вдоль стенки.

Компания Polaris Raumflugzeuge отметилась разработкой и созданием моделей космических самолётов. Она уже запускает 2–3 м прототипы и намерена в начале следующего года запустить 6,7-м демонстратор NOVA — последний пред запуском космического самолёта. Не исключено, что контракт с властями Германии подтолкнёт компанию к установке на этот демонстратор клиновоздушного ракетного двигателя. Будем следить за новостями. Если у них всё получится, это будет первый в мире демонстрационный полёт с КВРД.

Официальные источники из китайской космической корпорации сообщили, что запущенная ещё в апреле ракета «Тяньлун-2» (Tianlong-2) частной компании Space Pioneer работала на авиационном керосине, полученном из угля. Это стало первым подобного рода испытанием жидкого топлива, полученного не из нефти. Тем самым Китай пытается снизить зависимость от импортных энергоресурсов и обеспечить себе топливную безопасность в аэрокосмической отрасли.

Источник изображения: Xinhua

В Китае мало собственной нефти (и она в основном ненадлежащего качества) и много угля. Технологию сжижения угля придумали не сегодня, и она стала ответом на вызовы в цепочках поставок нефтепродуктов. Вероятный конфликт с Тайванем гарантированно приведёт к морской блокаде Китая и к блокированию поставок нефти в страну по основному морскому маршруту. Дефицит частично придётся закрывать собственными ресурсами. Поэтому в Китае озаботились созданием линий по превращению угля в авиационный керосин высочайшего качества.

Ракета-носитель «Тяньлун-2» оснащена двигателями YF-102 на жидкой топливной паре керосин-кислород. Это перспективный двигатель для новых китайских ракет и он будет использоваться также в носителях других компаний (двигатель разработан 6-й Академией аэрокосмической науки и техники). Успешный запуск предваряли более чем 300 огневых испытаний двигателя продолжительностью свыше 60 000 с. Старт был успешным с выводом в космос полезной нагрузки, что доказало практическую ценность «угольного» топлива.

Успешная демонстрация полётом также открыла дорогу к топливу из угля для других китайских ракет-носителей, включая «государственные» «Чанчжэн-5», «Чанчжэн-6» и «Чанчжэн-7».

Производственные линии в Китае по производству авиационного керосина из угля выпускают до 5000 т горючего в год, что можно расценивать как каплю в море для потребностей Китая. К 2025 году объёмы вырастут до 30 000 т в год, что несколько лучше, но тоже проблему дефицита нефтепродуктов не решает. Но как основа для создания полномасштабной отрасли этого достаточно, ведь в данном случае важны были разработка техпроцесса и доказательство принципиальной возможности заменить дефицитные энергоносители.

Сообщается, что лаборатория ракетных двигателей Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ приступила к огневым испытаниям первого прототипа нового плазменного ракетного двигателя LENA (Linear Electromagnetic Nonstationary Accelerator). Разработка опирается на опыт создания плазменных ракетных двигателей VERA пониженной мощности для кубсатов. Новые двигатели будут приводить в движение на порядок более тяжёлые спутники массой до 100 кг.

Источник изображения: МИФИ

Плазменные ракетные двигатели VERA приводят в движение кубстаты массой до 4 кг. Их испытания были завершены весной 2022 года, а уже в августе на орбиту были отправлены первые наноспутники на двигателях VERA. Плазменные ракетные двигатели не отличаются значительным удельным импульсом, но зато могут долго создавать стабильную тягу, позволяя спутникам совершать длительные манёвры на орбите, включая финальный аккорд — сведение отслуживших своё аппаратов с орбиты, чтобы не множить космический мусор.

Плазменный двигатель LENA призван перемещать ещё более тяжёлые спутники — массой от 10 до 100 кг. Его мощность будет достигать нескольких десятков ватт против нескольких ватт, доступных двигателям VERA. Также двигатели LENA будут характеризоваться повышенным удельным импульсом, и более высокой тягой, как и возросшим запасом рабочего тела.

От двигателей подобного типа (абляционных импульсных плазменных двигателей рельсовой геометрии) двигатель LENA отличается наличием магнитной системы. В настоящий момент специалисты проводят работы по её оптимизации. Ряд её конфигураций уже испытан и настала очередь новых испытаний.

Плазменные двигатели также имеют перспективу для экспедиций в дальние уголки Солнечной системы особенно в сочетании с силовыми ядерными установками. Поэтому их разработкой заняты специалисты всех ведущих космических держав.

Из числа 14 концептуальных разработок грант NASA получил проект, который может совершить революцию в освоении далёких уголков Солнечной системы. Это проект ракетного двигателя, который теоретически позволит ракете за 5 лет преодолеть тот путь, который зонд «Вояджер-1» проделал за 35 лет. Полёты внутри системы перестанут быть событиями длиною в человеческую жизнь.

Источник изображения: Artur Davoyan

Сумму в размере $175 тыс. NASA выдало группе учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «На первом этапе мы продемонстрируем осуществимость предложенной концепции двигательной установки путём детального моделирования различных подсистем предложенной двигательной установки и проведения экспериментальных исследований», — сказал руководитель проекта Артур Давоян (Artur Davoyan).

В основе предложенного решения pellet-beam (луч-пеллеты) лежит та же концепция, что и со звёздным парусом, питаемым внешней лазерной установкой. В своё время российский бизнесмен Юрий Мильнер и знаменитый британский ученый Стивен Хокинг инициировали проект Breakthrough Starshot, цель которого заключается в отправке мини-спутников к звездной системе Альфа Центавра. Небольшой зонд должен был приводиться в движение мощной лазерной установкой на орбите Земли, которая била бы в парус и разгоняла бы космический аппарат.

Концепция pellet-beam предполагает почти то же самое, но только вместо фотонов в парус или двигатель с мощным магнитным полем будут бить сгустки плазмы. Очевидным образом плазма будет сильнее взаимодействовать с парусом или магнитным полем двигателя корабля, чем не имеющие массы фотоны. Это позволит быстрее и сильнее разогнать корабль и, что более важно, намного более тяжёлый, чем лёгкий как пёрышко зонд под парусом. В конце концов, на зонде размером с обувную коробку много оборудования отправить нельзя по определению.

Согласно расчётам, для разгона корабля массой 1 т до скорости 120 км/с понадобится 10-МВт лазер на орбите. Двигатель pellet-beam позволит достичь внешних планет менее чем за год, а уйти на 100 а.е. примерно за 3 года. Выскочить из гравитационной линзы Солнца на удалении примерно 500 а.е. можно будет за 15 лет. На такой скорости пройденное за 35 лет зондом «Вояджер-1» расстояние в 122 а.е. будет преодолено за 5 лет.

Концепция pellet-beam предполагает, что топливо будет подаваться не из корабля, а в корабль. Гранулы топливного вещества будут выстреливаться в сторону корабля и облучаться мощным лазером. За счёт эффекта лазерной абляции вещество будет испаряться с поверхности гранул и ускоряться, превращаясь постепенно в облачко летящей на огромной скорости плазмы. Плазма будет бить в магнитное поле двигателя корабля и ускорять его. Звучит как фантастика, но NASA не пожалело на разработку концепции денег. Будет интересно узнать, что из этого получится.

Частная американская аэрокосмическая компания Blue Origin завершила расследование и установила причину неудачного запуска ракеты-носителя с кораблём New Shepard в рамках беспилотной миссии NS-23, которая была осуществлена в сентябре прошлого года.

Источник изображения: Blue Origin

Спустя 65 секунд после старта произошло аварийное отделение капсулы New Shepard с полезной нагрузкой от ракеты-носителя. Спустя некоторое время, капсула произвела успешную посадку на Землю на парашютах. Позднее Blue Origin подтвердила, что многоразовая ракета-носитель, запущенная до этого уже 8 раз, вышла из строя во время миссии NS-23 и разбилась при падении на землю.

Спустя полгода расследования Blue Origin озвучила официальную причину инцидента — «структурный износ сопла двигателя BE-3PM ракеты-носителя, что привело к аномалии в тяге [двигателя] и вызывало запуск аварийной системы спасения капсулы с полезной нагрузкой». Об этом сообщает издание Space.com со ссылкой на заявление компании от 24 марта 2023 года.

«Структурный износ был вызван рабочими температурами работы двигателя, которые оказались выше ожидаемых и привели к разрушению материала сопла [двигателя]. В ходе проверки двигателя BE-3PM, инициированной сразу же после инцидента, было установлено, что полётная конфигурация сопла испытала температуры, превышающие проектные показатели», — сообщила компания.

Компания приняла во внимание результаты расследования и проводит все необходимые изменения в конфигурации двигателя для недопущения повторения подобных инцидентов. В частности, Blue Origin пересмотрит дизайн камеры сгорания и скорректирует некоторые рабочие параметры BE-3PM. «Дополнительные изменения в конструкции сопла повысили его конструкционные показатели при термических и динамических нагрузках», отметили в компании.

Blue Origin планирует вскоре возобновить свои суборбитальные запуски. Оставшаяся в целостности и сохранности полезная нагрузка миссии NS-23 будет выведена в рамках следующего запуска ракеты-носителя с кораблём New Shepard.

Традиционно рабочим телом для плазменных двигателей служит ксенон, однако значительный и быстрый рост цен на это вещество заставляет искать замену. «Роскосмос» сообщил, что в ОКБ «Факел» впервые испытали стационарный плазменный двигатель СПД-70М на криптоне как наиболее вероятной альтернативе ксенону.

Источник изображения: «Роскосмос»

Электроракетный двигатель СПД-70М создан в ОКБ «Факел» и имеет мощность от 300 до 1200 Вт. В ГНЦ «Центр Келдыша» для двигателя был разработан катод-компенсатор с эмиттером из пористого вольфрама, пропитанного соединениями бария. Двигатель хорошо зарекомендовал себя при работе на ксеноне, но значительное подорожание этого газа в прошлом году вынудило обратиться к другим вариантам рабочего тела.

Переход с ксенона на криптон обещает в 5–10 раз снизить стоимость «топлива» для спутников. В частности, для аппаратов проекта «Сфера», число которых на орбите будут достигать нескольких сотен. В масштабах проекта отказ от ксенона и переход на криптон позволит сэкономить впечатляющий объём средств.

«Испытания двигателя прошли в ОКБ "Факел", показав его стабильную работу и надежные параметры запуска. Двигатель полностью соответствует требованиям для космических аппаратов проекта «Сфера», — сообщается в пресс-релизе «Роскосмоса». Интересно отметить, что от начала связанной с этим испытанием научной работы до тестового запуска СПД-70М на криптоне прошло меньше трёх месяцев — проектные работы стартовали в декабре 2022 года.

Федеральный проект «Сфера» включает орбитальные группировки связи (с космическими аппаратами «Ямал», «Экспресс», «Экспресс-РВ», «Скиф» и «Марафон») и орбитальные группировки дистанционного зондирования Земли (с космическими аппаратами оптико-электронного и радиолокационного наблюдения «Беркут» и «Смотр»). Первый тестовый спутник проекта был запущен в октябре 2022 года.

Институт передовых концепций NASA (NIAS) выдал компании Positron Dynamics грант на разработку ядерного ракетного двигателя нового типа — FFRE (fission fragment rocket engine) или двигателя на осколках деления. Для реализации проекта Positron Dynamics предложила новый и неожиданный вид топливной сборки в виде легчайшего аэрогеля с вкраплениями урана. Это лучшее, что можно предложить для космоса, где каждый грамм на вес золота.

Источник изображения: NASA

Двигатели на осколках деления — это давно предложенная концепция. Сегодня ядерные двигатели в целом выходят на передний план в качестве перспективных для освоения как далёких уголков Солнечной системы, так и для полётов в ближнем космосе, где они обеспечат манёвренность и постоянный контроль над пространством. В отличие от ядерных ракетных двигателей с нагревом реактивного вещества, двигатели на осколках деления создают реактивную тягу за счёт самих продуктов деления. Это означает, что дополнительной реактивной массы не нужно и её можно заменить полезной нагрузкой.

Фактически в двигателях FFRE происходят те же процессы, что в реакторах атомных электростанций на Земле. Но в ракетном двигателе продукты деления в виде плазмы необходимо направить строго в заданном направлении для создания тяги и для защиты компонентов двигателя и корабля от разрушения неуправляемыми потоками радиоактивного вещества. Тем самым разработчикам необходимо решить два вопроса: максимальное облегчение топливных сборок с сохранением удобства обращения и контроль контура плазмы в двигателе.

Задачу максимального облегчения топливных сборок компания Positron Dynamics обещает решить с помощью упаковки урана в аэрогелевую структуру. Что касается удержания плазмы, то здесь на выручку придут сверхпроводящие магниты. Развитие сверхпроводящих магнитов значительно подстегнули исследования в области термоядерных реакторов. Там тоже необходимо удерживать перегретую плазму во избежание разрушения стенок реакторов. В отрасли достаточно наработок, чтобы их можно было использовать для конструирования ракетного двигателя с управляемым контуром плазмы, уверены в Positron Dynamics и в NASA также придерживаются этого мнения.

Инженеры национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США разработали и испытали первый полномасштабный ротационный (вращающийся) детонационный ракетный двигатель (RDRE). В ведомстве не исключают, что эта разработка существенно изменит подход к созданию ракетных двигателей в будущем. Соответствующее сообщение опубликовано на официальном сайте NASA.

Источник изображения: NASA

От классического ротационный детонационный двигатель отличается тем, что в нём происходит взрывное сгорание топлива, продукты которого выбрасываются на огромных скоростях. Такой подход позволяет производить больше энергии при меньшем потреблении топлива, в сравнении со стандартными ракетными двигателями. В дальнейшем RDRE может стать перспективным вариантом для использования в посадочных модулях, а также при реализации миссий по освоению дальнего космоса, полётов на Луну или Марс.

В сообщении NASA сказано, что инженеры Центра космических полётов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, провели свыше 10 огневых испытаний, в рамках которых новый двигатель проработал суммарно более 10 минут. В ходе прошедших испытания RDRE доказал, что его конструкция, изготовленная с использованием технологий аддитивного производства (3D-печать), способна обеспечивать длительный период функционирования, находясь под воздействием экстремальных температур и давления, возникающих при детонации топлива.

Работая на полную мощность, RDRE создал тягу свыше 1,8 т при давлении в камере более 42 атм (рекордный показатель давления для двигателя такой конструкции). Основой RDRE стал разработанный в NASA медный сплав GRCop-42, а также технологии аддитивного производства с порошковым напылением, благодаря чему двигатель может работать длительное время под воздействием экстремальных температур и не перегреваться при этом.

В дальнейшем инженеры NASA планируют создать полностью многоразовую версию RDRE, которая сможет выдавать до 4,5 т тяги. Это позволит показать преимущества в плане производства по сравнению с традиционными жидкостными ракетными двигателями, а также приблизит RDRE к началу использования в реальных миссиях, в том числе коммерческих.

В пятницу Китай запустил на орбиту спутник связи Apstar 6-E с электрической двигательной установкой. Утверждается, что аппарат оснащён необычно мощным электрическим двигателем, который будет удерживать его на орбите не менее 15 лет. Подробности не сообщаются, но можно ожидать, что мощность двигателя попадает в диапазон от 10 до 100 кВт. В Китае активно разрабатывают электрические ракетные двигатели, что важно для полётов в пределах нашей системы.

Работа ионных двигателей. Источник изображения: scmp.com

Ожидается, что использование теоретического электрического двигателя на ионной тяге с мощностью 200 МВт позволит добраться до Марса всего за 39 дней. При этом топлива (реактивной массы) потребуется в десять раз меньше, что позволит взять на борт больше полезной нагрузки. Например, для удержания орбиты китайской орбитальной станции «Тяньгун» для её четырёх электрических двигательных установок требуется 400 кг топлива (ксенона или подобного газа), тогда как МКС за то же время израсходует 4 т топлива на ту же задачу.

Электрические ракетные двигатели на эффекте Холла для полётов в дальний космос разрабатывают все космические державы. Подобные двигатели малой мощности хорошо зарекомендовали себя в околоземном пространстве, включая самый массовый вывод подобных установок в лице группировки Starlink. Но для полётов дальше Луны нужны электрические двигатели мощностью от 5 до 500 МВт, что автоматически ведёт к переносу в космос ядерных силовых установок.

Возвращаясь к Китаю, отметим, что ещё летом 2021 года стало известно, что учёные этой страны провели на Земле почти годовые испытания электрического двигателя HET-3000 мощностью 50 кВт. Для запущенного вчера аппарата Apstar 6-E массой 1,3 т подобный двигатель стал бы перебором, но говорить о приближении к границе 10 кВт вполне допустимо.