Блог

Jan 13, 2024

Что, если бы у Titan Dragonfly был термоядерный двигатель?

Через четыре с небольшим года миссия НАСА «Стрекоза» отправится в космос и

Через четыре с небольшим года миссия НАСА «Стрекоза» отправится в космос и начнет свое долгое путешествие к Титану, крупнейшему спутнику Сатурна. В рамках программы New Frontiers этот квадрокоптер будет исследовать атмосферу, поверхность и метановые озера Титана на предмет возможных признаков жизни (так называемых биосигнатур). Это начнется в 2034 году, а научная фаза продлится три года и три с половиной месяца. Робот-исследователь будет полагаться на ядерную батарею – многоцелевой радиоизотопный тепловой генератор (MMRTG) – чтобы обеспечить его долговечность.

Но что, если бы «Стрекоза» была оснащена термоядерной энергетической системой следующего поколения? В недавнем исследовании миссии группа исследователей из Princeton Satellite Systems продемонстрировала, как двигатель прямого термоядерного синтеза (DFD) может значительно улучшить миссию на Титан. Эта аэрокосмическая компания из Нью-Джерси разрабатывает термоядерные системы, основанные на Принстонской конфигурации с обращенным полем (PFRC). Эти исследования могут привести к созданию компактных термоядерных реакторов, которые могут привести к быстрым транзитам, более длительным миссиям и миниатюрным ядерным реакторам здесь, на Земле.

Исследовательскую группу возглавил Майкл Палушек, президент Princeton Satellite Systems (PSS) и авиационный и астронавтический инженер с многолетним опытом работы в космических системах и коммерческой космической отрасли. К нему присоединились несколько коллег из PSS, Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), Технологического института ВВС на авиабазе Райт-Паттерсон, а также Принстонского и Стэнфордского университетов. Их исследование миссии «Самолет Титан с ядерным термоядерным двигателем» недавно появилось в Acta Astronautica.

Удалите всю рекламу во Вселенной сегодня

Присоединяйтесь к нашему Patreon всего за 3 доллара!

Получите опыт без рекламы на всю жизнь

Концепция ядерной тяги восходит к ранней космической эпохе, когда НАСА и советская космическая программа стремились разработать реакторы для будущих миссий за пределами системы Земля-Луна. В период с 1964 по 1969 год их усилия привели к созданию ядерного двигателя для ракетных транспортных средств (NERVA), реактора с твердой активной зоной, который использует медленный распад высокообогащенного урана (235U) для питания ядерно-тепловой двигательной установки (NTP). или Ядерно-электрическая двигательная установка (НЭП).

В первом используется реактор для нагревания топлива из дейтерия (2H) и жидкого кислорода (LOX), которое затем направляется через сопла для создания тяги. Последний включает в себя реактор, обеспечивающий электричеством двигатель на эффекте Холла или ионный двигатель, который использует электромагнитные поля для ионизации инертного газа (например, ксенона), который направляется через сопла для создания тяги. В отличие от этих традиционных ядерных двигателей, двигатель прямого термоядерного синтеза (DFD) требует создания ракетного двигателя ядерного синтеза, который будет производить как тягу, так и электроэнергию для межпланетного космического корабля.

В предыдущем исследовании международная исследовательская группа предложила, как космический корабль, оснащенный DFD мощностью 2 мегаватта (МВт), может доставить на Титан полезную нагрузку массой 1000 кг (2200 фунтов) менее чем за 2,6 года (~ 31 месяц). Это более чем в два раза превышает массу миссии Dragonfly, которая (условно говоря) в полулегком весе для сравнения — 450 кг (990 фунтов). Время прохождения в 2,6 года также значительно меньше семи лет, которые потребуются космическому кораблю «Стрекоза», чтобы достичь Титана.

В своей статье Палушек и его коллеги расширили эту работу, включив в качестве полезной нагрузки самолет, который будет исследовать атмосферу и поверхность Титана в течение многих лет. И в отличие от конструкции квадрокоптера Dragonfly, их самолет «Титан» будет представлять собой робота-исследователя с неподвижным крылом. Как рассказал Палюшек Universe Today по электронной почте, ключом к этой концепции космического корабля является концепция реактора PFRC, разработанная исследователями из PPPL:

«Конфигурация с обращенным полем Принстона — это магнитная топология, в которой поля, создаваемые антеннами, замыкают силовые линии внутри магнитного зеркала. Антенны создают так называемое вращающееся магнитное поле (RMF). В этой области закрытого поля происходит термоядерный синтез. Дополнительные потоки плазмы с более низкой температурой вокруг зоны термоядерного синтеза для создания выхлопного потока с наилучшей скоростью и тягой для данной миссии».