Межзвездный солнечный двигатель прошел первые испытания

Идея солнечного теплового двигателя существует уже несколько десятилетий, но только недавно исследователям, удалось провести первое испытание действующего прототипа такой установки. Работы над двигателем, возглавляемые Джейсоном Бенкоски, осуществляются в Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса в рамках заказанного в 2019 году НАСА изучения концепции космической миссии, посвященной непосредственно полету за пределы Солнечной системы. Отчет исследователи должны представить к концу 2021 года.

Ученые исследуют возможность создания зонда, который способен преодолеть 80 миллиардов километров, причем всего за 13,5–15 земных лет. Солнечные тепловые двигатели, по мнению разработчиков, самый быстрый в реализации способ, который позволит запустить космический аппарат в межзвездное пространство. По расчетам, такие установки в три раза эффективнее существующих химических ракетных двигателей.

Макет двигателя представляет собой пластину, в которую встроен змеевидный трубчатый теплообменник. В него подается жидкий гелий, в то время как пластина нагревается солнечным симулятором. Проходя по трубке и поглощая тепло, гелий расширяется и выходит через расположенное на конце теплообменника сопло, создавая тягу. Хотя протестированный прототип двигателя работал в условиях, далеких от реальных, результаты экспериментов с ним совпадают с расчетами, проведенными для модели межзвездного корабля.

Солнечный тепловой двигатель предполагается объединить с тепловым щитом космического аппарата, аналогичного тому, что применен на зонде Parker Solar Probe. У корабля для исследования межзвездного пространства в тепловой щит встроят теплообменник, где в качестве рабочего вещества будет использоваться водород, а не гелий.

Основная сложность заключается в том, что необходимой для межзвездного полета эффективности можно достигнуть только в случае, если космический аппарат выполнит маневр Оберта. Это означает, что, чтобы получить максимальное ускорение, зонду нужно пройти как можно ближе к Солнцу.

По расчетам, межзвездному аппарату необходимо пролететь на расстоянии всего миллиона миль от звезды, что даст ему возможность разогнаться ориентировочно с 50 тысяч км/ч до 320 тысяч км/ч. При этом зонду придется провести около 2,5 часов при температуре примерно 2500 °C.

Сейчас ученые работают над поиском материалов, устойчивых к таким экстремальным условиям. И хотя предстоит еще выполнить множество исследований, главное, что невероятные достижения в материаловедении делают осуществимой идею, выдвинутую более 60 лет назад. Джейсон Бенкоски отмечает, что таких успехов невозможно было бы добиться без 3D-печати.

У исследователей не остается времени, чтобы провести испытания своей разработки на околоземной орбите, но им будет что представить в отчете НАСА в конце будущего года. И, возможно, именно их проект Национальное агентство выберет в качестве приоритетного на ближайшее десятилетие.

Источник: wired.com