Pulsar Fusion și Princeton Satellite Systems vor dezvolta un motor de rachetă de fuziune
Aspectul în proiect al navei spațiale de la Pulsar Fusion. Sistemul de propulsie este prezentat în secțiune
Pentru dezvoltarea în continuare a tehnologiei rachetelor și spațiale și a depășirii orbita Pământului, sunt necesare tehnologii noi, în primul rând, sisteme de propulsie fundamental noi. O serie de proiecte de acest gen, bazate pe cele mai îndrăznețe idei, sunt în curs de dezvoltare în mai multe țări. Astfel, compania britanică Pulsar Fusion, în colaborare cu americanul Princeton Satellite Systems, a început lucrările la un motor termonuclear de tip Direct Fusion Drive. Este de așteptat ca un astfel de produs să prezinte caracteristici tehnice și economice unice.
Direcție promițătoare
Compania britanică Pulsar Fusion a fost fondată în 2011 de un grup de tineri profesioniști. Ea își numește obiectivul dezvoltarea de noi sisteme de propulsie pentru rachete și tehnologie spațială, care vor ajuta la realizarea următoarei descoperiri în acest domeniu. În mod ideal, noile dezvoltări și sisteme de propulsie vor trebui să asigure călătoria dincolo de orbita Pământului și o activitate cu drepturi depline în apropierea corpurilor cerești îndepărtate.
Compania lucrează la diferite opțiuni pentru motoare și combustibil pentru acestea. Astfel, în noiembrie 2021, au avut loc primele teste la foc ale combustibilului solid realizat din polietilenă reciclată. Taxa specifică de combustibil a arătat nivelul necesar de performanță și a confirmat, de asemenea, posibilitatea utilizării materialelor reciclate în tehnologia rachetelor.
Motor reactor de fuziune
În ultimii ani, Pulsar Fusion a vorbit despre intenția sa de a dezvolta și construi un motor de rachetă termonuclear. La rezolvarea tuturor sarcinilor de proiectare, o astfel de instalație va prezenta caracteristici unice de tracțiune și eficiență. Este de așteptat ca, cu ajutorul propulsiei prin fuziune, navele spațiale să poată acoperi distanțe lungi într-un timp minim.
Până de curând, compania a fost angajată doar în dezvoltarea teoretică a unui proiect promițător. Acum lucrarea trece la o nouă etapă. La mijlocul lunii iunie, Pulsar Fusion a semnat un acord cu compania americană Princeton Satellite Systems. Împreună vor efectua cercetările necesare și vor formula proiectarea optimă a motorului pentru dezvoltarea în continuare a documentației de proiectare.
Este interesant că compania are deja o idee aproximativă despre cum va fi viitorul motor. Ea demonstrează deja modele computerizate ale instalației în sine și ale navei spațiale cu ea. Produsul prezentat are toate componentele necesare corespunzatoare conceptului de proiect. Cu toate acestea, în viitor, pe măsură ce proiectul se dezvoltă, aspectul instalației se poate schimba.
Etapa științifică
Conform acordului recent semnat, Pulsar Fusion și Princeton Satellite Systems vor colabora în curând la cercetările necesare. Baza tehnică pentru această lucrare va fi asigurată de partea americană. Cea mai mare parte a lucrărilor va avea loc la centrul de cercetare Princeton Field-Reversed Configuration 2 (PFRC-2), care a fost deja utilizat în diferite programe de cercetare, americane și străine.
Schema schematică a motorului DFD
Ideea unei instalații termonucleare cu o configurație magnetică inversată (Field-Reversed Configuration) a fost propusă la începutul anilor 2000. La scurt timp după aceea, Princeton Plasma Physics Laboratory a construit și testat o instalație pilot de acest fel. După ce a confirmat viabilitatea conceptului, ea și-a continuat cercetările. Lucrările sunt realizate din ordinul Departamentului de Energie al SUA și al NASA.
Ulterior, Princeton Satellite Systems sa alăturat cercetării privind motorul de fuziune. Și-a creat propria bază de cercetare și a construit instalația PFRC-2. În viitor, pe măsură ce sunt implementate noi etape de cercetare, este planificată crearea a încă două complexe pilot.
Aparent, Pulsar Fusion și Princeton Satellite Systems vor împărți responsabilitățile. Partea americană poate prelua rolul principal în cercetare, iar specialiștii britanici vor dezvolta direct motorul folosind noile tehnologii. Așadar, deja montează unele unități, probabil pentru a efectua niște teste.
Cel târziu în 2027, este planificată construirea și testarea unui motor demonstrativ de tehnologie cu drepturi depline. Va trebui să difere semnificativ de configurația laboratorului și să permită instalarea pe nave spațiale ipotetice.
În timpul asamblarii elementelor unui DFD experimental
Impingerea din sinteză
Proiectul Pulsar Fusion și Princeton Satellite Systems se bazează pe conceptul Direct Fusion Drive (DFD). Acesta prevede obținerea de forță direct din fuziunea termonucleară, fără etape intermediare de generare a energiei electrice etc. Pentru a implementa un astfel de concept, este necesar un motor cu un design specific, care are unele caracteristici și elemente ale unui reactor termonuclear.
Facilitatea de cercetare PFRC-2 poate fi considerată un prototip al motorului DFD. Are designul adecvat și toate dispozitivele necesare. În același timp, complexul de laborator are dimensiuni limitate și necesită mult echipament de însoțire. În plus, nu arată nivelul dorit de performanță. Toate acestea fac posibilă efectuarea de experimente, dar exclud implementarea completă în practică.
Elementul principal al motorului DFD este un reactor termonuclear sub forma unei camere cilindrice, pe care sunt amplasate bobine electromagnetice la exterior. Camera este alimentată cu un gaz utilizat în fuziunea termonucleară, de exemplu un amestec de deuteriu și heliu-3. Apoi începe reacția și se creează un cheag de plasmă de formă eliptică sau ax în centrul camerei. Este asigurată o aprovizionare constantă cu combustibil nou pentru a menține reacția pentru timpul necesar.
Printr-unul dintre capete, fluidul de lucru al motorului este introdus în cameră - una sau alta substanță în formă gazoasă. În cursul cercetării, este necesar să se determine compoziția optimă a unui astfel de „combustibil”. Trecând prin cameră, fluidul de lucru trebuie să primească energie, să se încălzească fără a ajunge la starea de plasmă și să fie direcționat către duza de la celălalt capăt al camerei. Ieșind prin duză, gazul va crea forța necesară.
Reacția termonucleară face posibilă crearea unei temperaturi de câteva milioane de grade în camera reactorului și transferul celor mai mari energii corespunzătoare fluidului de lucru. În consecință, devine posibilă îmbunătățirea dramatică a parametrilor energetici ai motorului - forța sa va crește, menținând în același timp un debit acceptabil al fluidului de lucru. În acest caz, nu există pierderi pentru conversiile intermediare de energie.
Perspective Tehnologice
Pulsar Fusion dezvăluie caracteristicile dorite ale motorului său DFD. Astfel, materialele publicate prezintă o ipotetică navă spațială asemănătoare unei rachete, cu o greutate de 10 tone, care este echipată cu un reactor termonuclear lung de câțiva metri, cu care poate atinge viteze de peste 220 km/s.
La această viteză, distanța minimă de la Pământ la Marte este acoperită în două zile. Zborul către Titan, pe orbita lui Saturn, de-a lungul traiectoriei optime va dura două luni. Astfel de calcule nu iau în considerare nevoia de accelerare și decelerare și alte aspecte ale zborului spațial. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, proiectul DFD pare mult mai interesant decât motoarele „chimice” moderne.
Sunt evidențiate și alte avantaje ale instalării unui DFD. Astfel, un reactor termonuclear poate fi folosit pentru a genera energie electrică și în volume neobișnuit de mari pentru tehnologia spațială. Combustibilul pentru reactor nu necesită mult spațiu, iar fluidul de lucru este propus să fie colectat direct în spațiul cosmic. Cu toate acestea, pericolul de radiații al instalației și evacuarea acesteia este minim și, în acest sens, DFD este superior altor opțiuni de propulsie nucleară pentru spațiu.
Cu toate acestea, conceptul DFD are o serie de dezavantaje, inclusiv critic. Prima problemă este imaturitatea tehnologiei de fuziune nucleară. În ciuda tuturor eforturilor, nu a fost încă posibil să se creeze un reactor care să genereze mai multă energie decât este necesară pentru funcționarea plasmei. În același timp, motorul DFD necesită o producție mare de energie - parametrii fluidului de lucru și caracteristicile de zbor depind de aceasta.
În plus, specialiștii britanici și americani vor trebui să rezolve problema dimensiunilor și greutății. Sistemul de propulsie trebuie să respecte parametrii navei spațiale și limitările vehiculului de lansare pe orbită. Complexele experimentale care ocupă spații mari și necesită infrastructură suplimentară nu au perspective practice.
Privind spre viitor
În ansamblu, conceptul de motor de rachetă de fuziune DFD și proiectul de la Pulsar Fusion este de mare interes. Se propune un nou design de motor pentru tehnologia rachetelor și spațiale, care poate oferi o creștere semnificativă a performanței. În același timp, un nou tip de instalație va putea depăși modelele existente în parametri-cheie chiar și cu un succes limitat - noul concept are un stoc atât de mare.
Cu toate acestea, dezvoltarea motoarelor DFD se confruntă cu o serie de limitări și provocări serioase la toate nivelurile. Nici măcar unitatea centrală a motorului nu este pregătită, fără de care întregul sistem nu va putea funcționa și nu va arăta caracteristicile dorite. Companiile care participă la noul proiect vor trebui să rezolve o serie de probleme complexe. Dacă fac față sarcinilor atribuite, astronautica va primi noi oportunități. In caz contrar poveste tehnologia rachetelor va fi completată cu un alt proiect interesant, dar inutil.
informații