Зонд Juice использует гравитацию Земли для коррекции курса и экономии топлива на пути к Юпитеру

Как упоминалось в предыдущей серии о освоении космоса, человечество приближается к возвращению на поверхность Луны, возможно, основав лунную базу в ближайшие годы. Однако полет на Марс все еще может занять десятилетия, поскольку пилотируемая миссия на Красную планету сопряжена с высокими рисками при использовании современных технологий.

Чтобы достичь более далеких направлений, необходимо создать более высокий импульс. В контексте космических полетов этот импульс обеспечивается двигателями, способными доставить человечество в глубокий космос.

Хотя существуют технологии для отправки зондов к далеким планетам или даже за пределы Солнечной системы, такие как «Вояджер», достигших межзвездного пространства почти пятьдесят лет назад, доставка людей в глубокий космос представляет собой отдельную проблему. Пилотируемые миссии требуют большего, чем просто прибытие в пункт назначения; необходимо обеспечить питание, воду, оборудование и все жизненно важные ресурсы на весь срок путешествия.

Чем дальше пункт назначения, тем дольше время в пути и, следовательно, тем больше требуется ресурсов. Поэтому, чтобы длительные пилотируемые полеты стали осуществимыми, они должны проходить быстрее, что требует разработки новых методов двигательной установки.

Традиционные ракеты по-прежнему зависят от двигателей, технология которых насчитывает семь десятилетий. Они работают путем сжигания топлива для выброса горячих газов на высокой скорости. Согласно третьему закону Ньютона, выталкивающая сила создает реактивную силу, которая толкает ракету вперед. Этот принцип, хотя и простой, был решающим для преодоления земной гравитации, обращения вокруг Земли, достижения Луны и исследования Солнечной системы.

Однако эти двигатели чрезвычайно расходуют топливо. Хотя они эффективны для старта, их автономность ограничена на дальних маршрутах. Необходимость нести больше топлива подразумевает более крупные ракеты, которые, в свою очередь, требуют еще больше топлива, создавая рекурсивный цикл, указывающий на срочность революционной двигательной установки.

Существует альтернатива — ионная двигательная установка, которая также подчиняется третьему закону Ньютона, но с большей экономией рабочего тела. В то время как химические двигатели выбрасывают большие объемы быстрого газа, ионные двигатели ускоряют электрически заряженные частицы до гораздо более высоких скоростей. Это приводит к двигателю с низкой мощностью, но он может работать месяцами или годами с минимальным количеством рабочего тела, подобно эффективности Honda Biz.

Эта технология используется в зондах, таких как Dawn и DART, а также в спутниках, таких как Starlink, для коррекции орбит. Однако низкая мощность импульса требует длительного времени ускорения, что является основным препятствием для пилотируемых миссий.

Чтобы ускоряться быстрее в направлении Марса или других мест, необходим двигатель, который сочетает мощность Opala с автономностью Honda Biz. Термоядерная двигательная установка возникает как возможное решение. Она использует ядерный реактор для нагрева жидкого рабочего тела, такого как водород. Нагретое рабочее тело выбрасывается, создавая импульс в два-три раза больший, чем у обычного химического двигателя. Хотя она и не обеспечивает полной мощности Opala, ни автономности Biz, она могла бы сократить полет на Марс с восьми с половиной месяцев до всего трех-четырех месяцев, являясь технологией, находящейся на стадии испытаний.

Другой вариант — электроядерная двигательная установка, где реактор не нагревает рабочее тело напрямую, а генерирует электричество для питания системы ионной двигательной установки. Это обеспечило бы более эффективный источник энергии, чем современные солнечные панели, позволяя использовать более мощные двигатели.

Магнитоплазменная двигательная установка — еще одна многообещающая технология. Как и в ионных двигателях, рабочее тело ионизируется и ускоряется с помощью электромагнитных полей, но в этом случае ионизированный газ перегревается примерно до миллиона градусов Цельсия. Этот процесс ускоряет газ до десятков километров в секунду, создавая импульс в двадцать-тридцать раз больший, чем у современных химических двигателей.

Импульс магнитоплазменных двигателей может регулироваться динамически, что позволяет увеличивать мощность при запуске или повышать автономность в дальних полетах. Однако из-за высокого потребления электроэнергии они были бы жизнеспособны только с ядерным реактором, а высокие температуры представляют собой значительный инженерный вызов. Несмотря на это, они считаются сильной возможностью для глубокого космоса.

Пока неизвестно, когда человечество расширит свои границы на Марс или более далекие миры, и какая технология будет использоваться в тот момент. Однако ясно, что для прогресса необходим больший импульс, и именно стремление человека к познанию Вселенной движет поиском более совершенных решений.

Новые технологии двигательных установок имеют решающее значение, но они не являются единственным препятствием на пути к глубокому космосу, поскольку существуют и другие проблемы, которые необходимо преодолеть.