Космические путешествия могут стать значительно быстрее благодаря технологии ядерного синтеза. По оценкам специалистов, использование термоядерных двигателей позволит сократить время полета в космос примерно в три раза по сравнению с современными ракетными системами. Компания Pulsar Fusion уже приступила к созданию самого крупного в мире ракетного двигателя, работающего на принципе ядерного синтеза. Его термоядерная камера длиной 9,8 метра при запуске будет разогреваться до температур, превышающих показатели в центре Солнца. Первые статические испытания запланированы на следующий год, а орбитальные тесты — на 2027 год.
Компания Pulsar Fusion посвятила около десяти лет разработке ракетных двигателей на основе управляемого термоядерного синтеза. Сейчас проект перешел на третий этап реализации. Если планы осуществятся, это откроет новую эру в освоении космоса.
Для создания необходимой тяги при старте ракеты внутри термоядерной камеры потребуется достичь температуры в сотни миллионов градусов — именно такие условия необходимы для запуска реакций синтеза. Поскольку эти значения превышают температуру солнечного ядра, на время работы камера станет самым горячим объектом в Солнечной системе.
Энергия, выделяемая в ходе термоядерной реакции, позволит ракете развивать колоссальную скорость — от 110 до 350 километров в секунду. Для сравнения, современные спутниковые двигатели, которые также производит Pulsar, обеспечивают скорость истечения реактивной струи до 40 км/с. «С помощью термоядерного синтеза мы рассчитываем увеличить этот показатель более чем в десять раз», — отметил генеральный директор компании Ричард Динан в официальном пресс-релизе.
В случае успеха технология Pulsar Fusion кардинально изменит представления о космических миссиях. При достижении расчетной скорости время полета к Марсу сократится с 6–8 месяцев до 2–3. Путь к Сатурну, который сегодня занимает около 8 лет, можно будет преодолеть всего за 2 года, а до Плутона — примерно за 4 года. В перспективе эти сроки могут стать еще короче.
Тяга 100 Ньютонов: принцип работы двигателя прямого синтеза
В основе разработки Pulsar Fusion лежит концепция двигателя прямого синтеза (DFD). В отличие от традиционных термоядерных реакторов, где энергия сначала преобразуется в электричество, в DFD заряженные частицы, образующиеся в реакции, непосредственно создают реактивную тягу. Это делает двигатель значительно эффективнее обычных топливных систем, поскольку он работает на изотопах и не требует перевозки десятков тонн химического топлива.
Мощность двигателя DFD может достигать мегаваттного диапазона, обеспечивая тягу от 10 до 101 ньютона. Такая энергия способна не только разгонять космический корабль, но и питать его бортовые системы. В результате технология обеет высокое соотношение массы полезной нагрузки к массе топлива, что критически важно для дальних миссий.
Компьютерное моделирование подтвердило, что двигатель сможет разгонять аппараты массой около одной тонны до экстремальных скоростей. Интересно, что проводить реакции синтеза в космосе может быть даже проще, чем на Земле, благодаря естественному вакууму и низким температурам окружающей среды.
Однако ключевой проблемой остается стабилизация плазмы внутри термоядерной камеры. «Нам нужно научиться удерживать сверхгорячую плазму в электромагнитном поле», — пояснил финансовый директор Pulsar Fusion Джеймс Ламберт.
Обратите внимание: NASA инвестирует в футуристический телескоп, который будет строить сам себя в космосе.
Достижение стабильности с помощью машинного обучения
Поведение плазмы, нагретой до сотен миллионов градусов, крайне сложно предсказать — оно напоминает хаотичные атмосферные процессы. Магнитогидродинамические и гирокинетические свойства делают плазму чрезвычайно чувствительной к любым изменениям. «Когда плазма нагревается до таких температур, реакция может неожиданно прекратиться», — объясняет Динан.
Схема, показывающая принцип работы термоядерного двигателя Pulsar Fusion. © Пульсар Фьюжн Как и в недрах звезд, термоядерный синтез требует удержания раскаленной плазмы в мощном электромагнитном поле. Основная трудность — стабилизировать плазму на достаточно долгое время в ограниченном пространстве, чтобы обеспечить постоянную мощность двигателя.
Для решения этой задачи инженеры Pulsar Fusion применяют методы машинного обучения. Они используют данные, полученные с экспериментального реактора Princeton Reverse Field Configuration (PFRC), и на их основе создают компьютерные модели, предсказывающие поведение плазмы в условиях электромагнитного удержания. PFRC специально разработан для отработки технологий, применимых в двигателях прямого синтеза.
Помимо космических двигателей, наработки Pulsar Fusion могут быть использованы и в наземных экспериментальных термоядерных установках.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: При использовании ядерного синтеза полет в космос может занимать в 3 раза меньше времени, чем при использовании современных технологий.