Недавно компания Aerojet Rocketdyne получила контракт от НАСА на разработку перспективных электрореактивных двигательных систем. Они необходимы американскому космическому агентству для новых автоматических исследовательских станций, а в дальнейшем – для организации полета к Марсу.

Несмотря на то, что электрореактивные двигатели известны с 1960-х годов, в космосе до сих пор гораздо чаще используют обычные химические жидкостные двигатели на гидразине. Они требуют много топлива, но обладают отличной тягой, которая позволяет быстро разгоняться, тормозить и менять траекторию. Электрореактивные двигатели (ионные или плазменные) очень экономно расходуют топливо и имеют удельный импульс, который может превышать импульс химических двигателей в 1,5-10 раз. Они, однако, требуют много электроэнергии и отличаются крайне низкой тягой. Это означает, что на разгон даже небольшого космического аппарата ионными двигателями уйдут месяцы. Таким образом, электрореактивные двигатели могут сэкономить время и массу топлива при длительных полетах на дальние расстояния. Кроме того, если мы захотим отправить космический аппарат с электрореактивной двигательной установкой к Юпитеру и дальше, придется поломать голову над источником энергии, поскольку эффективность солнечных батарей при удалении на такое расстояние падает на порядки.

Ключевым проектом НАСА, для которого нужны новые электрореактивные двигатели, станет назначенная на начало 2020-х годов миссия по захвату булыжника с астероида, известная как ARRM (Asteroid Robotic Redirect Mission). Космическому аппарату ARRM придется много маневрировать, чтобы выйти на стабильную орбиту вокруг небольшого астероида и затем аккуратно ее снижать. При использовании химических двигателей на такие маневры было бы израсходовано большое количества топлива. Разгон камня диаметром несколько метров и доставка его на орбиту Луны тоже потребуют большого импульса.

Согласно условиям контракта между НАСА и Aerojet Rocketdyne, разработка этой компании должна повысить эффективность использования топлива плазменных двигательных установок в 10 раз по сравнению с современными двигателями. Максимальная тяга должна вырасти в два раза. На выходе НАСА должно получить элементы электрореактивной системы на солнечных батареях: двигатель высокой потребляемой мощности (High Power Thruster, HPT), блок преобразования энергии (Power processing Unit, PPU), регулятор потока ксенона низкого давления и электросистему. В качестве отправной технологии Aerojet получит от НАСА прототипы некоторых систем, включая HPT и PPU. Курировать работу будут инженеры Исследовательского центра НАСА им. Гленна, а сотрудники Лаборатории реактивного движения НАСА окажут Aerojet техническую поддержку. На выполнение работ отведено три года.

В случае успеха, Aerojet Rocketdyne сможет получить заказ на изготовление четырех летных образцов перспективной двигательной системы.

Разработка концепции мощных солнечных электрореактивных буксиров началась в США в начале этого десятилетия. Не первом этапе предполагалось разработать аппарат с потребляемой мощностью 30-50 кВт. Компания ATK (теперь Orbital ATK) разработала для него легкие и эффективные веерные солнечные батареи. Некоторое время назад такие батареи предполагалось устанавливать на разные космические аппараты, включая пилотируемый корабль «Орион», однако постепенно от них отказались. Лишь в прошлом году веерные панели появились на модернизированном грузовом корабле Cygnus («Лебедь») компании Orbital ATK. Этот корабль доставляет припасы на МКС по контракту с НАСА.

В 2012-2015 годах НАСА проводило разработку электрореактивных систем мощностью 12-15 кВт. Полученные технологии сможет использовать Aerojet Rocketdyne в своей работе.

В дальнейшем НАСА потребуются двигатели мощностью до 100 кВт с продолжительностью непрерывной работы от 20 до 40 тысяч часов, вариабельным импульсом и использующие различные виды топлива.

Обсудить