Az orosz tudósok és mérnökök kifejlesztettek egy magnetoplazmás gyorsítón alapuló rakétahajtóművet, amelynek laboratóriumi prototípusa már elkészült. Az új hajtómű hidrogénnel működik, és a töltött részecskéket – elektronokat és protonokat – 100 km/s sebességre képes gyorsítani. Az ilyen rendszerekkel felszerelt űrhajók elérhetik a Naprendszer legtávolabbi pontjait, sőt, azon túl is utazhatnak, miközben a Marsra való eljutás csupán egy-két hónapot venne igénybe.
A plazmahajtómű működése
A Roszatomhoz tartozó Troickij Intézet kutatói olyan rakétahajtóművet fejlesztettek, amely elektromágneses tér segítségével gyorsítja fel a töltött részecskéket. A hagyományos rakétákban az égés következtében a kiáramló anyag sebessége legfeljebb 4,5 km/s, míg az új rendszerben akár 100 km/s is elérhető, ami nagyságrendekkel hatékonyabb.
Alekszej Voronov, az intézet tudományos vezetője szerint az új hajtómű segítségével a Marsra való utazás néhány hónapra csökkenthető, ami biztonságosabbá teszi az űrutazást, mivel a legénység rövidebb ideig lenne kitéve a kozmikus sugárzásnak.
A kutatók már elkészítették a hajtómű földi tesztelésre szánt prototípusát, amely impulzusos üzemmódban működik és 300 kW teljesítményre képes. Az elméleti számítások szerint az élettartama legalább 2400 óra, ami elegendő egy Mars-utazásra. A repülésre alkalmas verzió várhatóan 2030-ra készülhet el.
A tesztelés folyamata
A hajtómű földi tesztelésére egy speciális vákuumkamrát építettek, amely 4 méter átmérőjű és 14 méter hosszú. Ez képes szimulálni az űrviszonyokat, és érzékeny szenzorokkal, valamint hőelvezető rendszerekkel van felszerelve.
A szakemberek elmagyarázták, hogy az űrhajókat először hagyományos vegyi hajtóművekkel állítják pályára, majd a plazmahajtóművet az űrben aktiválják. Ez a technológia alkalmas lehet bolygóközi szállításra, akár űrvontatóként is működhet, amely rakományokat szállít a Naprendszer különböző pályái között.
Miért hidrogént használ a rendszer?
A plazmahajtómű működéséhez elektromos energiára és hidrogénre, mint munkaközegre van szükség. Jegor Birjulin, a Troickij Intézet kutatója szerint a hajtómű energiaforrása egy fedélzeti nukleáris reaktor lesz. A hidrogén előnye, hogy rendkívül könnyű atomokból áll, amelyek nagy sebességgel mozgathatók, így hatékonyabb meghajtást biztosítanak.
Emellett a hidrogén az univerzumban a legnagyobb mennyiségben előforduló elem, ezért a jövőben az űrben is könnyen utántölthető lehet.
Hatékonyság és előnyök
Az új hajtómű egyik legnagyobb előnye, hogy nem igényel nagy hőmérsékletet, így az alkatrészek nem melegszenek túl, és a rendelkezésre álló elektromos energia szinte teljes mértékben mozgási energiává alakul. Ez hatékonyabbá teszi az új technológiát más plazmahajtóművekkel összehasonlítva.
A számítások szerint a hajtómű tolóereje 6 Newton lesz, ami az egyik legnagyobb érték a jelenlegi fejlesztések között. Az interplanetáris hajóknak hosszú időre lesz szükségük az egyenletes gyorsításhoz és fékezéshez, de az utazás során egy folyamatos gyorsulási-fékezési ciklus valósulhat meg.
Oroszország vezető szerepe a plazmahajtóművek terén
Az orosz szakemberek szerint Oroszország évtizedekkel a versenytársak előtt jár a plazmahajtóművek fejlesztésében. Nathan Eismont, az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutatási Intézetének vezető kutatója kiemelte, hogy orosz plazmahajtóművek már jelenleg is működnek a OneWeb műholdhálózatban, ahol pályakorrekciós és manőverezési feladatokat látnak el.
Emellett az amerikai NASA 2023-ban indított Psyche űrszondája is orosz plazmahajtóművekkel van felszerelve, amelyeket egy aszteroida vizsgálatára terveztek.
Mit jelent ez az űrkutatás jövőjére nézve?
A most bemutatott fejlesztés jelentős előrelépést jelent az űrkutatásban. Jelenlegi plazmahajtóművek tipikusan 10 km/s, esetenként 30-50 km/s sebességet érnek el, míg az új hajtómű 100 km/s-os sebességgel képes működni.
Ez a technológiai áttörés nemcsak a Naprendszeren belüli küldetéseket gyorsíthatja fel, hanem megnyithatja az utat a csillagközi utazások előtt is, új korszakot hozva a világűr meghódításában.