В исследовательском центре NASA Glenn в Огайо исследователи Мичиганского университета смогли увеличить максимальную мощность ионного двигателя X3 (разновидность двигателя Холла) до 100 кВт, что является рекордом для данного типа.
«Мы показали, что X3 может работать с мощностью более 100 кВт, — говорит руководитель проекта Алек Галлимор. — Он работал с огромным диапазоном мощности от 5 кВт до 102 кВт с электрическим током до 260 ампер. Он генерировал 5,4 ньютона тяги, что является самым высоким уровнем тяги, достигнутым любым плазменным двигателем на сегодняшний день». Предыдущий рекорд составляет 3,3 ньютона.
Ионные двигатели используют электричество (обычно генерируемое солнечными батареями или газовым топливом) для вытеснения плазмы — газоподобного облака заряженных частиц — из сопла, создавая таким образом тягу. По данным NASA, такой метод тяги способен разогнать космический корабль гораздо быстрее, чем химические двигатели. В частности, максимальная скорость химических ракет составляет 5 км/с, тогда как двигатель Холла способен достичь скорости в 40 км/с. Это означает, что корабль с таким двигателем может долететь до Марса за две недели, при условии, что он стартует, когда расстояние между нашими планетами будет минимальным (56 млн км).
По словам Галлимора, ионные двигатели к тому же более экономичны и требуют меньше топлива, если пропеллентом выступает газ, вроде ксенона, а не солнечные батареи. Так, исследовательский зонд NASA — Dawn, — который вышел недавно на орбиту карликовой планеты Церес, как раз использует ионный двигатель на базе ксенона.
Минус ионного двигателя состоит в слабой тяге: чтобы разогнать корабль, ему нужно работать довольно длительное время. Поэтому, например, его нельзя использовать на Земле, только в космосе.
Нынешние ионные электрические установки, доступные на рынке, создают тягу всего в 3-4 кВт, тогда, как для отправки человека на Марс нужны более мощные установки, способные достичь мощности в 500 кВт или даже 1 МВт.
Ученые надеются, что X3, который сейчас вышел только на уровень 100 кВт, в течение ближайших 20 лет сможет справиться с этой задачей. Особенностью X3 также является его конструкция — вместо одного канала для выхода плазмы, он использует три. Это позволило уменьшить размеры двигателя, сохранив при этом показатели мощности.
В следующем году команда ученых проведет еще один больший тест, задачей которого будет выяснить, сможет ли ионный двигатель малой тяги проработать 100 часов подряд. По словам Галлимора, инженеры также разрабатывают специальную магнитную экранирующую систему, которая должна защитить стенки двигателя от повреждения плазмой. Без нее X3, вероятно, столкнется с поломками уже через несколько тысяч часов, говорит он. Экран же позволит двигателю работать на полную мощность несколько лет.
Двигатель X3 станет центральной частью электрической силовой установки XR-100, которую разрабатывает Aerojet Rocketdyne для программы NextSTEP.