Плазмові реактивні двигуни. Космічний електровоз

Портал militaryarms.ru повідомляє, що ще у 2016 р. на стіл фонду перспективних досліджень лягла заявка, оформлена науково-технічною радою НВО «Енергомаш» та НДЦ «Курчатівський інститут». Заявка присвячена реалізації досить амбітного проекту, що дозволить створити безелектродний плазмовий ракетний двигун. Скорочено БПРД. Визначено чіткий склад робіт, що дозволяють випустити лабораторний зразок двигуна.

За своєю суттю ЕРД (електричний ракетний двигун) є електричним двигуном, у якого робоче тіло здатне набувати прискорення в особливому стані плазми. Оригінальна ідея плазмових двигунів належить радянському фізику Морозову А. І. Він висунув її ще у 60-х. Сьогоднішнє застосування таких двигунів – підтримувати точки стояння у супутників зв'язку.

Нове покоління плазмових двигунів, які збираються виготовляти на «Енергомаші», мають потужність понад 100 кВт. Їх можна буде використовувати не для одних геостаціонарних супутників. Такі двигуни підходять для польотів, що характеризуються як міжзоряні.

Останні роки у світі відзначені кількома розробками плазмових двигунів. Їх можна зарахувати до нового покоління. Це геліконний плазмовий двигун від Європейського космічного агентства, яке співпрацює з Іранським космічним агентством та Австралійським національним університетом. Це також розробка канадських інженерів та американців з Ad Astra Rocket Company. Американо-канадський двигун має потужність 200 кВт.

Популярна механіка

Портал topwar.ru уточнив, що, згідно з прес-службою Роскосмосу. у розробці двигуна візьме участь КБ хімавтоматики. Сайт цитує прес-комюніке Роскосмосу: «Вигляд безелектродного плазмового ракетного двигуна, що розглядається в даний час, є новим поколінням ЕРД. Це двигун високої потужності, робоча речовина в якій перебуває у стані плазми. Він володіє високою енергетичною ефективністю, можливістю використовувати як робоче тіло практично будь-яку речовину, здатний змінювати величину питомого імпульсу, а максимальна потужність двигуна обмежується практично тільки потужністю живлення високочастотного генератора. Також двигун такого типу потенційно може мати великий ресурс роботи, оскільки знімаються усі обмеження, пов'язані із впливом енергонасиченої робочої речовини з елементами конструкції», - розповіли у прес-службі.

Насамкінець хотілося б сказати, що жоден плазмовий двигун для космічних кораблів з існуючих у наш час не здатний доставити ракету навіть до найближчих зірок. Це як експериментально перевірених апаратів, і теоретично прорахованих.

Багато вчених приходять до песимістичного висновку - розрив між нашою планетою та зірками фатально непереборний. Навіть до системи Альфа Центавра, деякі компоненти якої видно неозброєним оком із Землі, а відстань становить 39,9 трильйона кілометрів. Навіть на космічному апараті, здатному пересуватися зі швидкістю світла, подолання цієї відстані становило б близько 4,2-4,3 років.

Тож плазмові агрегати зорельотів – це, скоріше, зі сфери наукової фантастики. Але це анітрохи не применшує їхньої значущості! Їх використовують як маневрові, допоміжні і коригуючі орбіти двигунів. Тому винахід цілком виправданий.

А ось ядерний імпульсний агрегат, що утилізує енергію вибухів, має ймовірний потенціал розвитку. У всякому разі, як мінімум теоретично відправлення автоматичного зонда в найближчу зоряну систему є можливою.

Розряд між анодами та катодом у плазмовому двигуні

Berkant Göksel / Technical University of Berlin

Дослідники з Берлінського технічного університету розробили та випробували нову версію плазмового двигуна, здатного, на відміну від інших прототипів, працювати за нормального, а не низького, атмосферного тиску. Робота вчених опублікована в Journal of Physics: Conference Series, а короткий її виклад New Scientist. Нова силова установка відноситься до типу магнітоплазмодинамічних двигунів, які потенційно можуть бути використані на різних класах літальних апаратів.

Плазмовий двигун є різновидом електричного ракетного двигуна. У ньому робоче тіло набуває прискорення, перебуваючи у стані плазми. Розробка таких рухових установок зі змінним успіхом ведеться різними дослідницькими організаціями з 1950-х років. Зокрема, перший робочий прототип плазмового двигуна було створено та випробувано Дослідницьким центром імені Льюїса (нині Дослідницький центр Гленна) у 1961 році.

У плазмовому двигуні газ подається в робочу кільцеву зону, зовнішня частина якої становить анод, а внутрішня, розташована ближче до виходу, - катод. При подачі на анод і катод постійної напруги в сотні вольт, у робочій зоні виникає іонізуючий розряд і утворюється плазма. Потім ця плазма під дією сили Лоренца починає рухатися у бік виходу із робочої зони, створюючи тягу. Для роботи плазмового двигуна потрібна велика кількість енергії.

Як стверджують розробники, їх магнітоплазмодинамічний двигун по своїй тязі значно перевершує прототипи, що існували досі. Випробуваний їх прототип, будучи масштабованим до розмірів звичайного авіаційного двигуна, як стверджується, зможе розвивати тягу від 50 до 150 кілоньютонів залежно від напруги, що подається. Випробуваний прототип є установкою довжиною 80 міліметрів і діаметром 14 міліметрів.

Прототип плазмового двигуна складається із шести мідних анодів, розташованих навколо мідного ж катода на відстані двох міліметрів. Кінець катода виконаний як конуса. Під час випробувань дослідники через високочастотний імпульсний високовольтний генератор подавали на анод і катод напруга до 16 кіловольт. Напруга, що подається, залежала від заряду конденсаторів перед генератором. Конденсатори заряджалися 300, 400 та 500 вольтами.

При подачі напруги на анод та катод імпульсами між ними виникали розряди із частотою 3,5 кілогерця. Завдяки їм у двигуні й утворювалася плазма. Те, що силова установка здатна видавати помітну тягу, дослідники перевірили за допомогою маятника довжиною 55 міліметрів та масою 15 грамів. Залежно від поданого на аноди і катод двигуна напруги відхилення маятника від сопла становило від п'яти до 25 градусів.

Дослідники вважають, що в майбутньому такі магнітоплазмодинамічні двигуни можна буде встановлювати на літаки, причому силові установки ефективно працюватимуть на всіх етапах: від зльоту до польоту на висоті 50 тисяч метрів. При цьому дослідники відзначають, що плазмові двигуни потребують великої кількості енергії, запасти яку за допомогою акумуляторів неможливо. Розробники вважають, що нові плазмові двигуни будуть потрібні тоді, коли будуть створені компактні термоядерні реактори.

Слід зазначити, що самі собою електричні ракетні двигуни вже існують і навіть використовуються на супутниках. Вони створюють відносно невелику тягу, тому придатні для використання тільки в космосі. До електричних ракетних двигунів (іонний тип) відноситься, зокрема, двигун Холла, що встановлюються деякі моделі супутників. Випробування модернізованої версії двигуна Холла американцями на орбітальному безпілотнику.

Двигун Холла є різновидом іонного двигуна, проте відрізняється від останнього більшою тягою та меншою витратою робочого тіла. Як робоче тіло в силовій установці використовується ксенон. Силова установка є кільцевою камерою, розташованою між анодом і катодом. У неї подається робоче тіло, яке іонізується катодом та анодом і розганяється електростатичним полем в осьовому напрямку.

Василь Сичов

Проблема переміщення у космосі постає перед людством з початку орбітальних польотів. Ракета злітаючи із землі витрачає практично все своє паливо, плюс заряди прискорювачів та сходів. І якщо ракету ще можна відірвати від землі, заправивши її величезною кількістю палива, на космодромі, то у відкритому космосі заправлятися ніде і нічим. Адже після виходу на орбіту треба рухатися далі. А палива нема.

І в цьому полягає основна проблема сучасної космонавтики. Викинути на орбіту корабель із запасом палива до місяця ще можна, під цю теорію будуються плани створити на місяці базу дозаправки «дальнобійних» космічних кораблів, які, наприклад, летять на Марс. Але це все надто складно.

А розв'язання проблеми було створено дуже давно, ще 1955 року, коли Олексій Іванович Морозов опублікував статтю «Про прискорення плазми магнітним полем». У ньому він описував концепцію нового космічного двигуна.

Пристрій іонно-плазмового двигуна

Принцип дії плазмового двигунаполягає в тому, що робочим тілом виступає не паливо, що згоряє, як у реактивних двигунах, а розігнаний магнітним полем до шалених швидкостей потік іонів.

Джерелом іонів служить газ, як правило це аргон або водень, бак з газом стоїть на початку двигуна, звідти газ подається у відсік іонізації, виходить холодна плазма, яка розігрівається в наступному відсіку за допомогою іонного циклотронного резонансного нагріву. Після нагрівання високоенергетична плазма подається в магнітне сопло, де вона формується в потік за допомогою магнітного поля, розганяється і викидається в навколишнє середовище. Таким чином досягається потяг.

З того часу плазмові двигуни пройшли великий шлях і розділилися на кілька основних типів, це електротермічні двигуни, електростатичні двигуни, сильноточні або магнітодинамічні двигуни та імпульсні двигуни.

У свою чергу електростатичні двигуни поділяються на іонні та плазмові (прискорювачі частинок на квазінейтральній плазмі).

У цій статті ми напишемо про сучасні іонні двигунита їх перспективні розробки, оскільки, на наш погляд, саме за ними майбутнє космічного флоту.

Іонний двигун використовує як паливо ксенон або ртуть. Перший іонний двигун називався сітчастий електростатичний іонний двигун.

Принцип його дії такий:

В іонізатор подається ксенон, що сам собою нейтральний, але за бомбардуванні високоенергетичними електронами іонізується. Таким чином, у камері утворюється суміш з позитивних іонів і негативних електронів. Для «відфільтрування» електронів у камеру виводиться трубка з катодними сітками, яка притягує електрони.

Позитивні ж іони притягуються до системи вилучення, що складається з 2 або 3 сіток. Між сітками підтримується велика різниця електростатичних потенціалів (+1090 вольт на внутрішній проти – 225 на зовнішній). Внаслідок попадання іонів між сітками вони розганяються і викидаються в простір, прискорюючи корабель, згідно з третім законом Ньютона.

Російські іонні двигуни. На всіх добре видно катодні трубки, спрямовані у бік сопла.

Електрони, спіймані в катодну трубку, викидаються з двигуна під невеликим кутом до сопла і потоку іонів. Це робиться з двох причин:

По-перше, щоб корпус корабля залишався нейтрально зарядженим, а по-друге, щоб іони «нейтралізовані» таким чином не притягувалися назад до корабля.

Щоб іонний двигун працював потрібні лише дві речі – газ та електрика. З першим все просто чудово, двигуну американського міжпланетного апарату Dawn, який стартував восени 2007-го, для польоту протягом майже 6 років потрібно всього 425 кілограмів ксенону. Для порівняння для коригування орбіти МКС за допомогою звичайних ракетних двигунів щороку витрачається 7,5 тонни пального.

Одне погано - іонні двигуни мають дуже невелику тягу, близько 50-100 мільйонів, що абсолютно недостатньо при переміщенні в атмосфері Землі. Але в космосі, де немає ніяких опорів, іонний двигун при тривалому розгоні може досягти значних швидкостей. Загальне збільшення швидкості за весь час місії Dawn складе близько 10 кілометрів на секунду.

Тест іонного двигуна для корабля Deep Space

Нещодавні випробування проведені американською компанією Ad Astra Rocket, проведені у вакуумній камері, показали, що їх новий магнітоплазмовий двигун зі змінним питомим імпульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200 може дати тягу вже у 5 ньютонів.

Друге питання – електрика. Той самий VX-200 споживає 201 кВт енергії. Сонячних батарей такого двигуна просто мало. Отже, необхідно винаходити нові способи отримання енергії в космосі. Тут є два шляхи - батареї, що заправляються наприклад тритієві, що виводяться на орбіту разом з кораблем, або автономний атомний реактор, який і живитиме кораблю протягом усього польоту.

Ще в 2006 році Європейське космічне агентство (European Space Agency) та Австралійський національний університет (Australian National University) успішно провели випробування нового покоління космічних іонних двигунів, досягнувши рекордних показників.

Двигуни, у яких заряджені частинки прискорюються в електричному полі – давно відомі. Вони застосовуються для орієнтації, корекції орбіти на деяких супутниках і міжпланетних апаратах, а в ряді космічних проектів (як здійснених, так і тільки задуманих - читайте , і ) - навіть як маршеві.

З ними фахівці пов'язують подальше освоєння Сонячної системи. І хоча всі різновиди так званих електроракетних двигунів сильно поступаються хімічним у максимальній тязі (грами проти кілограмів і тонн), зате кардинально перевершують їх в економічності (витраті палива на кожний грам тяги за секунду). А ця економічність (питомий імпульс) прямо пропорційно залежить від швидкості реактивного струменя, що викидається.

Так ось, у досвідченому двигуні, названому «Двоступеневий з чотирма ґратами» (Dual-Stage 4-Grid - DS4G), побудованому за контрактом ESA в Австралії, швидкість досягла рекордних 210 кілометрів в секунду.

Це, наприклад, разів у 60 вище, ніж швидкість вихлопу у хороших хімічних двигунів, й у 4-10 разів більше, ніж в колишніх «іонників».

Як ясно з назви розробки, така швидкість досягнута двоступеневим процесом розгону іонів за допомогою чотирьох послідовних ґрат (замість традиційних однієї стадії та трьох ґрат), а також високою напругою – 30 кіловольт. Крім того, розбіжність вихідного реактивного пучка становила лише 3 градуси, проти приблизно 15 градусів - у колишніх систем.

А ось інформація останніх днів.

Іонний двигун (ІД) працює просто: газ з бака (ксенон, аргон та ін.) іонізується та розганяється електростатичним полем. Оскільки маса іона мала, а заряд може отримати значний, іони вилітають з двигуна зі швидкостями до 210 км/с. Хімічні двигуни можуть досягти ... ні, ні чогось подібного, а лише в двадцять разів меншої швидкості закінчення продуктів згоряння лише у виняткових випадках. Відповідно, витрата газу в порівнянні з витратою хімічного палива вкрай мала.

Саме тому на ІД повністю або частково працювали і працюють такі «дальнобійні» зонди, як Hayabusa, Deep Space One та Dawn. І якщо ви збираєтеся не просто за інерцією летіти до далеких небесних тіл, а й активно маневрувати біля них, то без таких двигунів не обійтись.

У 2014 році іонні двигуни справляють піввіковий ювілей у космосі. Весь цей час проблему ерозії не вдалося вирішити навіть у першому наближенні. (Тут і нижче іл. NASA, Wikimedia Commons.)

Як і все хороше, ВД любить, щоб його їли: на один ньютон тяги потрібно до 25 кВт енергії. Уявимо, що нам доручили запустити 100-тонний космічний корабель до Плутона (ви пробачте нам за мрійливість!). В ідеалі навіть для Юпітера нам знадобиться 1 000 ньютонів тяги і 10 місяців, а до Нептуна на тій самій тязі - півтора роки. Загалом, давайте про Плутони все-таки не будемо, бо сумно якось…

Ну а щоб отримати ці поки що умоглядні 1 000 ньютонів, нам знадобиться 25 мегават. В принципі, нічого технічно неможливого – 100-тонний корабель міг би прийняти атомний реактор. До речі, наразі НАСА та Міністерство енергетики США працюють над проектом Fission Surface Power. Щоправда, йдеться про бази на Місяці та Марсі, а не про кораблі. Але маса реактора не така висока - всього п'ять тонн, при розмірах в 3×3×7 м…

Ну гаразд, помріяли і вистачить, скажете ви, і одразу згадаєте частівку, нібито вигадану Львом Толстим під час Кримської війни. Врешті-решт такий великий потік іонів, що проходить через двигун (а це ключова перешкода), викличе його ерозію, і значно швидше, ніж за десять місяців або півтора роки. Причому це не проблема вибору конструкційного матеріалу – благо руйнуватися в таких умовах будуть і титан, і алмаз, а невід'ємна частина конструкції іонного двигуна per se.

Напевно, кожна людина погодиться з тим, що космос манить. І він уже досліджується! Ось тільки дуже повільно. Тому що вкрай складно створити космічний апарат, який міг би швидко подолати значні відстані, що обчислюються сотнями тисяч кілометрів.

Вся суть у паливі! Воно не нескінченне. Потрібні сучасні агрегати з іншим принципом роботи, і потужнішими. Так, є ядерні ракетні двигуни (ЯРД). Але їх максимальна межа – 100 км/сек. До того ж їхнє робоче тіло нагрівається в ядерному реакторі.

А ось плазмові двигуни - це перспектива, яка заслуговує на увагу.

Короткий екскурс у фізику

Для початку варто відзначити, що будь-якому ракетному двигуну властиво викидання із сопла слабо іонізованої плазми. Незалежно від його виду. Але «класичними», справжніми плазмовими двигунами є ті, які прискорюють плазму завдяки електромагнітним силам, які впливають на заряджені частинки.

Процес складний. Будь-яке електричне поле, яке прискорює в плазмі заряди, надає електронам та іонам рівні за модулем сумарні імпульси. Вдаватися до цих подробиць необов'язково. Достатньо знати, що імпульс – це величина виміру механічного руху тіла.

Оскільки плазма є електрично нейтральною, то сума всіх позитивних зарядів дорівнює модулю сумі негативних. Є певний відрізок часу – він нескінченно малий. За ці лічені миті всі позитивні іони набувають потужного імпульсу. Такий же прямує у зворотний бік - до негативних. Що виходить? Сумарний імпульс у результаті дорівнює нулю. Отже, тяги не виникає.

Такий висновок: для електричного «розгону» плазми необхідний поділ різноїменних зарядів. Позитивні розганятимуться тоді, коли негативні виведені із зони дії. Зробити це складно, оскільки кулонівські сили тяжіння відновлюють електричну рівновагу, виникаючи між плазмовими різноіменно зарядженими згустками.

І як же вдалося втілити цей принцип роботи у плазмовому ракетному двигуні? За рахунок магнітних та електростатичних полів. Тільки ось у другому випадку агрегат зазвичай називається іонним, а в першому - саме плазмовим.

Концепт із 60-х

Близько п'ятдесяти років тому радянський фізик Олексій Іванович Морозов запропонував концепт плазмового ракетного двигуна. Його з успіхом випробували у 70-х.

У ньому для поділу горезвісних зарядів використовувалося радіальне магнітне поле. Виходить, що електрони, піддаючись впливу сили Лоренца, нібито по спіралі навиваються на силові лінії магнітного поля, яке їх висмикує з плазми.

Що при цьому відбувається? Масивні іони проходять інерційно магнітне поле, набираючи прискорення в поздовжньому напрямку електричного поля.

Так, дана схема має переваги перед тією, що реалізована в плазмово-іонних двигунах, проте є і мінус. Вона не дає можливості досягти більшої тяги, що відбивається на швидкості.

Чи реальний шлях до зірок?

На плазмові ракетні двигуни покладалося чимало надій. Однак хоч би якими інноваційними вони здавалися, політ до далеких небесних тіл у рамках одного людського життя забезпечити не можуть.

Щоб надати апарату достатній для цього тяговий імпульс (а це як мінімум 10 000 000 м/сек), потрібно створити магнітне поле нереальної на даний момент потужності 10 000 Тесла. Це можливо лише з допомогою вибухомагнітних генераторів А.Д. Сахарова та інших сучасних апаратів, які працюють за тим самим принципом.

Але, знову ж таки, такі потужні поля існують протягом катастрофічно малого тимчасового відрізка, що вимірюється в мікросекундах. Щоб досягти кращого результату, доводилося б утилізувати енергію ядерного вибуху силою 10 кт. Для довідки - наслідки такого «явлення» виражаються у 4-кілометровому діаметрі хмарі заввишки 2 км. А «гриб» взагалі досягає вгору 7 км.

Так от при масі корабля в 100 тонн знадобився б мільйон подібних імпульсів. І це лише збільшення його швидкості на 100 кілометрів на секунду! До того ж, лише за умови, що заряди не знадобилося б брати в дорогу на борт. Імовірно вони можуть бути розміщені в космічному просторі на ділянці розгону.

Але ж цілий мільйон ядерних бомб? Неможливо. Це тисячі тонн плутонію! А його за весь час існування ядерної зброї виготовили трохи більше 300 тонн. Отже, плазмовий ракетний двигун із принципом роботи, заснованим на магнітному поділі зарядів, шлях до далеких зір не забезпечить.

Холовський двигун

Це варіант плазмового агрегату, для якого немає обмежень, що накладаються об'ємним зарядом. Їхня відсутність забезпечує велику щільність тяги. А це означає, що холлівський плазмовий двигун може збільшити швидкість космічних апаратів у рази, якщо порівнювати, наприклад, з іонним агрегатом того самого розміру.

В основі роботи апарату лежить ефект, який відкрив американський фізик Едвін Холл у 1879 році. Він продемонстрував, як у провіднику із взаємно перпендикулярним магнітним та електричним полем утворюється електрострум. Причому у напрямі, який їм обом перпендикулярно.

Простіше кажучи, у холлівському агрегаті плазма утворюється зарядом між анодом (+) та катодом (-). Дія нескладна – розряд відокремлює електрони від нейтральних атомів.

Варто зазначити, що на навколоземних орбітах зосереджено близько 200 супутників із холівськими плазмовими двигунами. Для космічних апаратів його потужності цілком вистачає. До речі, саме такий агрегат використовувався Європейським космічним агентством для економічного розгону SMART-1 - його першої автоматичної станції для дослідження Місяця.

АІПД

Тепер можна поговорити про абляційні імпульсні плазмові двигуни (АІПД). Вони підходять для застосування у малих космічних апаратах, які мають непоганий спектр функціональних можливостей. Для його розширення просто необхідний високоефективний компактний агрегат, здатний коригувати і підтримувати орбіту. АІПД - перспективний апарат із низкою переваг, до яких можна віднести:

• Постійну готовність до роботи.
• Вражаючий ресурс.
• Мінімальну інерційність.
• Можливість точно дозувати імпульс.
• Відсутність імпульсу післядії.
• Залежність тяги від споживаної потужності.

Імпульсні плазмові двигуни цього типу вивчені в деталях. Дослідники, звісно, ​​стикалися і з проблемами. Зокрема – з підтримкою тривалої роботи агрегату, перешкодою для якого є навуглерожування поверхні.

Ще в рамках одного з досліджень, присвяченого вивченню АІПД-ІТ, було з'ясовано, що цей агрегат основний розряд горить на виході з каналу. А це характерна риса для двигунів набагато більшої енергії.

Приклад установки АІПД – супутник Earth Observer 1. Але претендувати на двигун корекції МКА він не може, оскільки споживає надто багато енергії (60 Вт). До того ж, у нього низький сумарний імпульс.

Стаціонарний двигун

Про цей винахід теж варто сказати кілька слів. Стаціонарний плазмовий двигун має особливість у вигляді малої потужності, що виробляється, і компактності.

Він може використовуватись у космічній техніці як виконавчий орган електрореактивної установки. Або ж у рамках наукових досліджень. За допомогою даного винаходу цілком реально моделювати спрямовані потоки плазми.

По суті, такий плазмовий двигун - це магнетрон, який широко застосовується в промисловості. Він, у свою чергу, є технологічним пристроєм, за допомогою якого тонкі плівки матеріалу наносяться на підкладку катодним розпорошенням мішені в плазмі. Але не потрібно плутати цей пристрій з вакуумними магнетронами. Вони виконують зовсім іншу функцію – генерацію НВЧ-коливань.

З 1995 стаціонарні плазмові двигуни задіяні в системах корекції серії зв'язкових геостаціонарних KA. Потім, починаючи з 2003 р., ці пристрої почали використовувати в закордонних геостаціонарних супутниках. На початок 2012 року вже 352 двигуни було встановлено на апаратах, що вийшли у відкритий космос.

MPD-Thruster

Це ще один концепт плазмового агрегату. З ним пов'язано чимало надій на космічні технології.

У чому ідея? Створюється заряд плазми між катодом та анодом, який сприяє індукуванню кільцевого магнітного поля. В дію вступає сила Лоренца, за допомогою якої поле впливає на заряди струму, що рухаються, внаслідок чого певна їх частина відхиляється в поздовжньому напрямку. В результаті виникає плазмовий потік, що спливає «вправо». Саме він формує тяговий поштовх.

Даний двигун здійснює роботу в імпульсному режимі, оскільки короткочасні паузи між розрядами необхідні - так накопичується заряд на електродах.

Чим перспективний MPD-Thruster? Він працює без поділу різноїменних зарядів. Так як вони в зарядному струмі рухаються стрічно. Це означає, що сили Лоренца мають ідентичний напрямок.

Теоретично у даного концепту дуже видатні показники. Він може розвивати вражаючу тягу. Але й нюанси також є. Магнітного поля не підвладний «розгін» електричних зарядів. Все через те, що сила Лоренца впливає, перпендикулярна їх швидкості. Тобто, не змінює кінетичні показники. MPD-Thruster лише трохи змінює напрямки, за якими йдуть заряди - для того, щоб плазма вилітала назовні поздовжньо.

В ідеалі струм між катодом та анодом має бути в рази щільнішим. Це є обов'язковим для створення тяги. І потребує великих витрат електричної енергії. Яка, втім, не поступається потужності плазмового струменя.

Якщо питомий імпульс становитиме 1000 кілометрів на секунду, а тяга - 100 кг, то споживання йдуть сотні мегават. Які генерувати у космосі практично неможливо. Навіть якщо припустити таку можливість, корабель з MPD-Thruster, що має нетто-масу в 100 тонн, розжене до позначки в 10 000 км/сек. лише за 317 років! І це при надмірно астрономічній стартовій вазі, що становить 2,2 мільйона тонн.

За таких показників навіть неможливо уявити витрати газу в агрегаті, що пропускає електронні заряди. І ніяких підрахунків не потрібно робити, щоб зрозуміти - ніякі електроди не здатні витримати таких вагомих хімічних і теплових навантажень.

Квантовий апарат EmDrive

Це винахід Роджера Шоера з Британії, з якого мало не відкрито сміялося все міжнародне наукове співтовариство. Чому? Тому що його квантовий вакуумний плазмовий двигун вважався неможливим. Його принцип суперечить законам, які є фундаментом фізики!

Але, як виявилось, цей плазмовий космічний двигун працює, причому дуже успішно! З'ясувати цей факт вдалося під час випробувань NASA.

Агрегат простий за своєю конструкцією. Тяга створюється у вигляді мікрохвильових коливань навколо вакуумного контейнера. А електроенергія, необхідна їх вироблення, видобувається із сонячного світла. Говорячи простою мовою - мотор не вимагає використання палива і здатний працювати якщо не завжди, то як мінімум до моменту поломки.

Випробувачі були шоковані. Двигун тестувався вченим Гвідо Фетта та командою з NASA Eagleworks, якою керував Гарольд Уайт – фахівці з космічного центру ім. Ліндона Джонсона. Після детального вивчення винаходу була опублікована стаття, в якій випробувачі запевнили читачів - апарат працює і успішно створює потяг, нехай це і є незрозумілою суперечністю закону про збереження імпульсу.

І все ж таки вчені заявили, що даний агрегат передбачає взаємодію з так званим квантовим вакуумом віртуальної плазми.

Проблема ефективного поділу зарядів

Багато фізиків песимістично запевняють - вона не вирішувана. Є передові проекти, в рамках яких розробляються інноваційні плазмові агрегати з потужністю 5 МВт та імпульсом 1000 км/сек., проте їх тяга все одно залишається занадто маленькою для подолання великих відстаней.

Розробники розуміють цю проблему та шукають інші підходи. Один із найперспективніших проектів у наш час – це VASIMR. Його питома імпульс дорівнює 50 км/сек., а тяга становить 6 ньютонів. Ось тільки VASIMR насправді плазмовим агрегатом не є. Тому що він виробляє високотемпературну плазму. Вона бере розгін у соплі Лаваля - без використання електроенергії, лише завдяки газодинамічних ефектів. А прискорюється плазма так само, як і газовий струмінь набирає швидкість на виході зі звичного ракетного агрегату.

Висновок

Насамкінець хотілося б сказати, що жоден плазмовий двигун для космічних кораблів з існуючих у наш час не здатний доставити ракету навіть до найближчих зірок. Це як експериментально перевірених апаратів, і теоретично прорахованих.

Багато вчених приходять до песимістичного висновку - розрив між нашою планетою та зірками фатально непереборний. Навіть до системи Альфа Центавра, деякі компоненти якої видно неозброєним оком із Землі, а відстань становить 39,9 трильйона кілометрів. Навіть на космічному апараті, здатному пересуватися зі швидкістю світла, подолання цієї відстані становило б близько 4,2-4,3 років.

Тож плазмові агрегати зорельотів – це, скоріше, зі сфери наукової фантастики. Але це анітрохи не применшує їхньої значущості! Їх використовують як маневрові, допоміжні і коригуючі орбіти двигунів. Тому винахід цілком виправданий.

А ось ядерний імпульсний агрегат, що утилізує енергію вибухів, має ймовірний потенціал розвитку. У всякому разі, як мінімум теоретично відправлення автоматичного зонда в найближчу зоряну систему є можливою.

Досі практично всі космічні апарати оснащувалися ракетними маршовими двигунами на хімічному паливі. Ймовірно, для перших польотів на Марс будуть використані ракети такого самого типу. Але можливості двигунів на хімічному пальному значно обмежені енергетикою окислювально-відновних реакцій. Усі сучасні ракети в перерахунку на одиницю витраченого пального створюють не надто велику тягу. Тому в далекий політ, наприклад, до зовнішніх планет Сонячної системи сьогодні можна відправити лише відносно легкий апарат. До того ж, траєкторію такого корабля прокладають так, щоб на шляху до місця призначення він розганявся в гравітаційних полях планет або їх супутників. Саме тому для далеких польотів настільки вузькі стартові вікна, інтервали часу зі сприятливим розташуванням планет – не в астрологічному сенсі, а відповідно до вимог небесної механіки.
Щоб корабель зміг подолати земне тяжіння та піти у мандрівку до інших світів, його швидкість має перевищити другу космічну, 11,2 км/с. Насправді космічні апарати спершу виводять на навколоземну орбіту, та був з неї відправляють у відкритий космос. Воднево-кисневий двигун здатний збільшити орбітальну швидкість корабля не більше ніж на десять кілометрів на секунду, двигун на іншому хімічному паливі – ще менше. Такі швидкості є достатніми навіть для польоту до кордонів Сонячної системи, хоча й за дуже тривалою траєкторією (і з обов'язковим використанням планетарного гравітаційного прискорення). І хоча корабель із традиційним двигуном зможе досягти найвіддаленішої планети, для цього йому знадобляться довгі роки.

Космічні апарати вже давно оснащують плазмовими двигунами. Цей різновид електрореактивного двигуна взагалі не споживає хімічного пального, оскільки забезпечується енергією від акумуляторів, радіоізотопних генераторів або сонячних батарей. Основна перевага плазмового двигуна - довготривале функціонування при відносно невеликій витраті робочого тіла. Однак у нинішньому вигляді такі двигуни розвивають дуже слабку тягу, лише кілька грамів. Тому використовуються коригування супутникових орбіт чи повільного тривалого прискорення невеликих апаратів у космічному просторі.
Саме такий мотор (конструкція його розроблена калінінградським ОКБ «Смолоскип»), побудований французькою фірмою Snecma Moteurs, восени 2003 року вивів з навколоземної орбіти європейський зонд SMART-1, який у лютому 2005 року перетворився на штучний супутник Місяця. Як робоче тіло в цьому двигуні була використана ксенонова плазма. Розігнані в електричному та магнітному полях іони ксенону викидалися у простір та створювали реактивну тягу. Двигун PPS-1350 пропрацював у космосі приблизно 5000 годин при тязі 7 г, витративши за цей час 80 кг ксенону. У майбутньому ЕКА передбачає оснастити двигунами цього типу автоматичну станцію BepiColombo, призначену для польоту до Меркурія, сонячний зонд Solar Orbiter та космічний детектор гравітаційних хвиль LISA (Laser Inter-ferometer Space Antenna).
Порівняно з хімічними конкурентами, питомий імпульс плазмових двигунів виглядає просто розкішно. У PPS-1350 цей показник дорівнює 1640 с, у англійського двигуна UK-10, який коригує орбіти геостаціонарних супутників зв'язку, майже вдвічі більше – близько 3100 с. Витрата робочого тіла плазмового мотора дуже мала, створюване ним прискорення невелике, і тому набір швидкості відбувається повільно. Однак навіть і при таких скромних можливостях плазмовий двигун здатний відвести корабель з навколоземної орбіти і помалу забезпечити йому приріст швидкості набагато більший, ніж 10 км/с, але часу на це потрібно просто прорва. SMART-1 на своєму ксеноновому моторчику добирався від Землі до Місяця майже півтора роки, оскільки рухався не «напрямок», а по спіралі, що розкручується.
Проте справа не зовсім безнадійна. Якби можна було побудувати двигун з такою самою витратою робочого тіла, як у хімічних ракет, але, принаймні, з удвічі більшим питомим імпульсом, ситуація значно покращилася б. Такий двигун збільшив би орбітальну швидкість космічного апарату не на 10 км/с, а на 20 км/с і навіть більше. Корабель із подібними двигунами подолав би відстань від Землі до Сатурна не за сім років, як зонд «Кассіні», а лише за три роки. На щастя, це завдання вирішується, якщо замість хімічних чи електричних «розгонників» використовувати ядерні ракетні двигуни (ЯРД). Вони здатні забезпечити цілком прийнятні параметри тяги та досить високий питомий імпульс, зумовлений величезною швидкістю закінчення робочого тіла. Дуже важливо, що для створення ЯРД не обов'язкові футуристичні технічні рішення, цілком може вистачити вже існуючих технологій.
Ідея ЯРД проста до дурниці, як говорив інженер Гарін про свого гіперболоїда. Джерелом енергії служить ядерна установка, в якій йдуть реакції поділу, синтезу або навіть анігіляції матерії та антиматерії. Енергія, що виділяється реактором безпосередньо або через проміжні етапи передається робочому тілу, яке з великою швидкістю викидається з ракетних сопел. Звісно, ​​це лише принципова схема. Все інше – конкретні технічні рішення.

Якщо залишити за кадром анігіляцію та інші напівфантастичні ідеї, то на сьогоднішній день проглядаються дві реальні можливості виконання ЯРД. Одна з них – охолодження реактора летючою речовиною, найкраще рідким воднем, який після випаровування йтиме через сопла і створюватиме реактивну тягу. Таку конструкцію прийнято називати тепловою ядерною ракетою, TNR (Thermal Nuclear Rocket). При використанні реактора на урані або плутонії питомий імпульс TNR повинен становити від 800 до 1100 секунд. Інша можливість – оснащення корабля невеликою атомною електростанцією (ЯЕУ – ядерна енергоустановка), яка виробляє струм живлення електрореактивного двигуна. Питомий імпульс цією системою можна довести до 5000 з. Як силова установка можна використовувати і компактний термоядерний реактор, але його в найкращому випадку створять років через 50.
Письменники-фантасти та популяризатори науки заговорили про атомні ракети ще у 30-ті роки ХХ століття. Як практично досяжна мета ЯРД першим запропонував Станіслав Улам. Американець польського походження, випускник Львівського політехнічного інституту, Улам був виключно сильним математиком (він вигадав метод Монте-Карло) та фізиком-розрахунком (разом з Едвардом Теллером розробив теоретичні засади конструкції водневої бомби). У 1944 році Улам та його лос-аламоський колега Фредерік де Хоффман вперше прорахували можливості застосування ЯРД для космічних польотів. Через 11 років Улам та Корнеліус Еверетт у секретній доповідній записці запропонували розганяти космічні кораблі за допомогою малопотужних ядерних вибухів. Енергія вибуху витрачалася на випаровування диска із твердої речовини, розташованої між кормою корабля та ядерним зарядом. Потік плазми, що виникає, мав би відбиватися від кормового екрану і штовхати корабель вперед.
Ідея Улама та Еверетта лягла в основу проекту Orion, над яким у 1958 році почала працювати каліфорнійська корпорація General Atomics, яка до цього займалася лише комерційними ядерними реакторами. Під це завдання виділив гроші (втім, не надто великі) та Пентагон. До атомних вибухів справа не дійшла, випробовувалися лише різні моделі дисків та екранів. Спочатку учасники проекту були виконані такого оптимізму, що всерйоз сподівалися запустити атомний корабель до Сатурна пізніше 1970 року. Цікаво, що серед них був один із творців квантової електродинаміки, знаменитий фізик-теоретик Фрімен Дайсон. Але на початку 1960-х міністр оборони Роберт Макнамара дійшов висновку, що у військовому плані ця ідея є безперспективною. А 1963-го СРСР, США та Великобританія домовилися про заборону всіх ядерних вибухів, за винятком підземних. В результаті проект Orion вступив у протиріччя з міжнародним правом і через рік тихо помер. Обійшовся він загалом не так вже й дорого – лише $11 млн.
У технічному плані Orion вважатимуться пульсуючим TNR, винесеним межі космічного апарату. В іншому цікавому проекті – Helios – передбачалося детонувати атомні заряди не поза, а всередині корабля, у заповненій водою сферичній камері з термостійкого матеріалу. Пар, що утворився при вибуху, повинен був викидатися через сопла і розганяти ракету. Але найдалі США зайшли розпочаті 1956 року роботи з проекту NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application), цілі яких багато разів змінювалися. Зрештою було вирішено побудувати два пілотовані кораблі з ЯРД, які на початку 1980-х доставили б 12 американських астронавтів на Марс і повернули їх назад на Землю. У ході реалізації цього проекту з різним ступенем успіху були випробувані моделі експериментальних ядерних реакторів Kivi, Phoebus, PEWEE та NF-1. В 1968 відбулися стендові випробування прототипу майбутнього ракетного мотора XE Prime потужністю 1100 МВт, і вже йшлося до виготовлення зразка для льотних випробувань. Однак у 1972 році програму закрили, вважаючи її надто дорогою та практично непотрібною ні в науковому, ні в політичному плані.
В останній чверті ХХ століття NASA більше не займалося розробкою ЯРД. Міністерство оборони США ще деякий час зберігало дослідно-конструкторську програму SNAP (Space Nuclear Thermal Propulsion), але 1992-го її фінансування повністю припинили. Близько десяти років тому невелика фірма Plus Ultra Technologies оприлюднила проект компактного ЯРД Mitee, який був у технічному плані прямим спадкоємцем програми SNAP. Вона запропонувала начиняти циліндричні матриці високоактивними матеріалами, що розщеплюються, ураном-233 і америцием-242, і прокачувати крізь ці трубки рідкий водень. Обчислення показали, що газ, що випаровується, розігрітий до 3000-35000С, вилітатиме з сопел з величезною швидкістю. Передбачалося, що ракета Delta або Atlas виведе космічний апарат на 800 км орбіту, після чого можна буде запустити ЯРД і летіти за призначенням – наприклад, до Плутона. Конструктори стверджували, що таку ЯРД можна побудувати за 6–7 років лише за $1 млрд. і що питомий імпульс найбільш просунутого варіанта двигуна становитиме 1600 с. Але оскільки NASA не виявило достатнього інтересу, цей проект існує лише на папері.

NASA повернулося до ідеї ЯРД у 2003 році. Новий проект назвали Prometheus. На першій стадії його здійснення мають бути одержані експертні оцінки можливості створення компактного реактора для живлення електроракетних двигунів нового покоління. У пару йому належить розробити іонний двигун Heracles з тягою 60 г при питомому імпульсі 7000 з ресурсом не менше, ніж 7-10 років. Зв'язування таких двигунів зможе розганяти дослідні зонди вагою кілька тонн до 80–90 км/с.
Нещодавно співробітники Лабораторії елементарних частинок університету Пенсільванії запропонували використовувати для ЯРД термоядерний реактор, в якому процес синтезу гелію запускається за допомогою антиречовини! Паливом служить плазма, що складається з ядер дейтерію та гелію-3 – легкого радіоактивного ізотопу гелію. При злитті таких ядер народжуються протони і альфа-частинки, які мають цілком солідну сумарну кінетичну енергію, що дорівнює 18,3 МеВ. Для запуску термоядерного синтезу плазму необхідно стиснути та нагріти, щоб виконати так звану умову Лоусона. У реакторі ITER це завдання вирішено за допомогою надпотужних магнітних полів, для створення яких потрібне громіздке обладнання та величезну кількість енергії. Проте реакцію можна запалити і в невеликій камері, наситивши дейтерієво-гелієву плазму антипротонами. За їх анігіляції повинні народжуватися ударні хвилі, які й дотиснуть плазму до лоусонівського критерію. Антипротони передбачається зберігати в електромагнітній пастці і закачувати в реактор при необхідності. Розрахункові характеристики двигуна такі: ресурс – 22 роки, питомий імпульс – 61 000 секунд, фінальна швидкість розгону космічного зонда – близько 1000 км/с, дальність польоту – понад 1500 астрономічних одиниць! До цих фантастичних цифр залишається додати, мабуть, лише одну: розумний термін переведення цієї ідеї на метал – не раніше 2050 року.

Плазмові двигуни для Росії

1955 року Морозов написав статтю «Про можливість створення плазмових електрореактивних двигунів», але його науковий керівник, прочитавши її, дав хорошу пораду: «Таку статтю відразу ж засекретять. Краще змінити назву на щось нейтральне». У результаті ЖЕТФ (Журнал експериментальної та теоретичної фізики) стаття вийшла під назвою «Про прискорення плазми магнітним полем». Рецензував її голова відділу плазмових досліджень ІАЕ Лев Арцимович. Теорія, викладена у статті Морозова, пізніше знайшла свій відбиток у статті самого Арцимовича про рельсотрон (тільки у Морозова магнітне полі було постійне, а Арцимовича – електродинамическое). Публікація викликала серед фахівців значний резонанс, її навіть двічі обговорювали на засіданні Американського фізичного товариства.
1955 року Морозов захистив дисертацію, а 1957-го його запросили на роботу в ІАЕ. До кінця 1950-х успіхи СРСР у космосі надихнули конструкторів замахнутися на кілька великомасштабних космічних проектів. Планувався навіть політ до Марса, тому 2 липня 1959 року Лев Арцимович скликав співробітників на нараду. Темою обговорення була можливість побудови двигунів марсіянського корабля. Арцимович запропонував для такої системи такі характеристики: тяга близько 10 кгс, швидкість 100 км/с при потужності двигуна 10 МВт. Співробітники ІАЕ запропонували кілька проектів: плазмовий імпульсний двигун (А.М. Андріанов), магнітно-плазмовий аналог сопла Лаваля (А.І. Морозов) та двигун на основі однощілинного джерела іонів, практично такого ж, який застосовувався для електромагнітного поділу ізотопів (Павло Матвійович Морозов, однофамілець Олексія Івановича).
До речі, всі ці проекти у тому чи іншому вигляді пізніше були реалізовані. Плазмово-ерозійний (варіант імпульсного) двигун Андріанова значно меншої потужності був встановлений на один із супутників і виведений у космос у 1964 році, а іонний двигун П.М. Морозова під ім'ям «Зефір» (теж малопотужний) стояв на тому самому супутнику «Метеор-10». Експерименти з магнітним аналогом сопла Лаваля з центральним тілом (самі розробники називали його «коаксіал») велися з 1960 року, але схема виявилася складною, і побудований він був лише у 1980 році спільними зусиллями ІАЕ, Харківського фізико-технічного інституту, ТРІНІТІ та Інституту Білорусії. Потужність цього монстра становила 10 ГВт!
Однак ці проекти не підходили для марсіанської програми з однієї простої причини: конструктори тоді не мали джерел живлення відповідної потужності. Ця проблема актуальна і зараз: максимум, на який можна розраховувати, це десятки кіловат. Потрібно було переходити до дрібного масштабу. Георгій Гродзовський (ЦАГІ) одним із перших став конструювати малопотужні електроракетні двигуни у нашій країні. Починаючи з 1959 року, його іонні двигуни випробовувалися в космосі (щоправда, не на супутниках, а на балістичних ракетах). 1957 року М.С. Іоффе та Є.Є. Юшманов розпочали дослідження магнітної (так званої пробкової) пастки для плазми. Для заповнення її гарячою плазмою (10 млн. градусів) вони використовували прискорення іонів у схрещених електричних та магнітних полях. Ця робота послужила фундаментом створення низки плазмових двигунів. В 1962 Олексій Морозов запропонував свою конструкцію плазмового двигуна малої потужності, названого СПД (стаціонарний плазмовий двигун). Принципово важливою особливістю СПД було те, що величина магнітного поля наростала до зрізу каналу двигуна – це забезпечувало створення у плазмі об'ємного електричного поля. Уся ідея двигуна була побудована саме на існуванні такого поля.

«Вперше на можливість існування об'ємних електричних полів у плазмі вказав 1910 року Таунсенд, проте протягом 50 років спроби створити таке поле були невдалими. У той час вважали, що оскільки плазма є провідником – поле в ній створити не можна. Насправді створити об'ємне електричне поле у ​​плазмі без магнітного поля справді не можна – за рахунок вільних електронів відбувається її екранування. Але у присутності магнітного поля, що впливає на рух електронів, об'ємні електричні поля у плазмі можуть існувати. Група А.І. Морозова почала займатися СПД 1962 року. Майже п'ять років двигун існував у лабораторному варіанті – 1967-го модель ще була оснащена водяним охолодженням. Настав час було приступати до льотно-космічних випробувань, але на цьому етапі розробники зіткнулися з несподіваною проблемою. Конструктори космічних апаратів категорично відмовлялися ставити на борт щось електричне! Директор ІАЕ академік Олександров кілька разів зустрічався з конструкторами різних космічних апаратів, і йому вдалося нарешті домовитись із Йосип'яном, головним конструктором супутників серії «Метеор».
Проте проблеми на цьому не скінчилися. У 1969 році Йосипян видав групі розробників технічне завдання, згідно з яким вони мали зробити не сам двигун, а всю установку, включаючи систему харчування, подачі ксенону тощо. При цьому треба було вкластися в дуже жорсткі рамки: тяга 2 гс, ККД 30-40%, потужність 400 Вт, що споживається, маса 15 кг, ресурс 100 годин. І все це потрібно було зробити за 5 місяців! Група Морозова працювала буквально вдень та вночі, але встигла. Виготовлення ж рухової установки було доручено Калінінградському ОКБ «Смолоскип», директором якого був на той час талановитий конструктор Роальд Снарський. За кілька днів після запуску «Метеора» почалися експерименти з двигунами. "Еол-1" був встановлений на супутник таким чином, що вісь його тяги не проходила через центр мас апарату. При включенні двигуна виникав певний момент, що крутив, який можна було компенсувати системою орієнтації, при цьому вона служила ще й вимірювачем тяги «Еола».
За експериментом уважно стежили як творці двигуна, а й скептики, яких було досить. «Еол-1» мав пропрацювати лише кілька хвилин, потім автоматично вимкнутись (конструктори боялися, що струмінь плазми заблокує радіосигнал). Двигун відпрацював своє та вимкнувся. Після проведення радіоконтролю орбіти виявилося, що результати точно відповідають лабораторним даним. Щоправда, скептики не вгамувалися і висунули гіпотезу, що зміна орбіти викликана звичайним закінченням газу через відкритий клапан. Але це припущення не підтвердилося: після другого включення по команді із Землі двигун пропрацював ще 170 годин, піднявши орбіту «Метеора-10» на 15 км. ОКБ «Смолоскип» чудово впоралося зі своїм завданням: ресурс був перевищений майже вдвічі.

На початку 1980-х «Смолоскип» починає серійно виробляти двигуни СПД-70 – нащадки «Еолів». Перший супутник із цим двигуном, «Гейзер №1», був запущений 1982-го, а 1994-го новою моделлю СПД-100 оснастили супутник зв'язку «Галс-1». Однак, хоча повідомлення про успішне випробування плазмового двигуна «Еол» у 1974 році було відкрито опубліковано в журналі «Космічні дослідження», закордонні конструктори вважали СПД лише цікавою теоретичною розробкою. Тому демонстрація представникам NASA та JPL у 1991 році працюючих двигунів «Факела» та повідомлення, що подібними оснащені серійні супутники, викликала у них справжній шок (американці переважно пішли шляхом розробки іонних двигунів). Не дивно, що «Смолоскип» зараз вважається у світі провідним виробником електроракетних плазмових двигунів. «На кожному третьому російському супутнику стоїть наш двигун, а три з п'яти найбільших західних виробників космічних апаратів купують у нас СПД, – розповів директор та генеральний конструктор ОКБ «Смолоскип» В'ячеслав Михайлович Мурашко. - Ними, наприклад, оснащені супутники MBSat-1, Intelsat-X-02, Inmarsat-4F1». Надсилаючи свій супутник SMART-1 до Місяця, Європейське космічне агентство обрало для нього як двигуни плазмові PPS-1350, спільну розробку французької компанії Snecma Moteurs, ОКБ «Факел» та МИРЕА.
Що ж чекає на нас у найближчому майбутньому? У 1980-х роках група у МИРЕА розробила двигун наступного покоління, СПД Атон. Розбіжність плазмового пучка в СПД-100 становить +/- 45 градусів, ККД - 50%, а відповідні характеристики СПД Атон +/-15 градусів та 65%! Він поки що не затребуваний, як і інший наш двигун, двоступінчастий СПД Мах із зміненою геометрією поля – конструктори поки що обходяться більш простими СПД-100. Далекий космос потребує двигунів з масштабами 10-100 кВт чи навіть МВт. Подібні розробки вже є – 1976 року в ІАЕ зробили двигун потужністю 30 кВт, та й «Факел» наприкінці 1980-х розробив СПД-290 потужністю 25 кВт для космічного буксира «Геркулес». У будь-якому випадку теорія таких двигунів побудована, тому в рамках класичної схеми СПД цілком реально довести потужність до 300 кВт. А ось далі, можливо, доведеться перейти до інших конструкцій. Наприклад, до дволінзового прискорювача на водні, розробленого в ІАЕ наприкінці 1970-х. Ця машина мала потужність 5 МВт та швидкість закінчення 1000 км/с. У будь-якому разі на міжпланетних кораблях стоятимуть плазмові двигуни.