09.05.2010. - В России разрабатывается двигатель для полетов к далеким планетам

В России разрабатывается двигатель для полетов к далеким планетам

Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) отказалось от амбициозной программы «Созвездие», конечной целью которой были полеты на Луну и Марс. Это случилось в феврале 2010 года. А недавно руководитель «Роскосмоса» Анатолий Перминов заявил, что российские космические программы не предусматривают открытия поселения на Луне и пилотируемых полетов на Марс в ближайшие годы. Однако эти заявления, вероятнее всего, означают лишь паузу в предстоящей космической гонке к Красной планете. Как пояснил глава NASA Чарльз Болден, на Марс надо лететь на корабле с новым ракетным двигателем. С ним согласен и Анатолий Перминов.

В России есть секретная президентская программа, в рамках которой перед учеными поставлена задача создать принципиально новые двигатели. С их помощью полет к Марсу займет не девять месяцев, как сейчас рассчитывают ученые, а четыре.

Первый шаг к созданию такого двигателя уже сделан. Об этом журналисту Владимиру ГУНДАРОВУ рассказал вице-президент Академии инженерных наук имени А.М. Прохорова, руководитель проблемной лаборатории Московского государственного университета приборостроения и информатики, лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор, член Международной ассоциации авторов научных открытий, почетный профессор Шанхайской аэрокосмической академии Юрий КУБАРЕВ. Он автор и соавтор около 300 научных работ и изобретений, примерно 30 из которых внедрено или использовано в разработках ведущих организаций страны.

-- Юрий Васильевич, о каком ракетном двигателе для полета к Марсу сейчас спорят ученые?

-- Рассматривается несколько вариантов. С точки зрения безопасности и экономичности более перспективные электрореактивные двигатели (ЭРД): ионные, холловские (по фамилии создателя) и плазменные. Первые два типа создают разреженную плазму. Она разделяется на ионы и электроны, ионы ускоряются разными механизмами. А чтобы ионы оторвались от корпуса ракеты и создали тягу, их заряд за двигателем нейтрализуют потоком электронов. В конечном счете создается разреженный высокоскоростной поток плазмы. В плазменных двигателях ионы и электроны разгоняются вместе, что позволяет создавать мощные потоки плазмы.

Есть несколько основных типов ЭРД. Один из них изобретен в Германии, два -- в США, три -- в нашей стране. Из них только два могут претендовать на использование в Марсианском экспедиционном комплексе. Один из них предложен немецким ученым Меккером. Мощность его двигателя может достигать мегаватт. Но американские и наши специалисты отказались его использовать по ряду причин. Второй, меньшей мощности, имеющий внешнее магнитное поле, которое улучшает параметры двигателя, был впервые в мире предложен и испытан мною 50 лет назад.

-- Но полвека назад вы еще были студентом Московского физико-технического института...

-- Да, это была моя дипломная и первая научная работа, которую я делал почти три года. Позже с помощью моего двигателя удалось выявить ряд новых явлений и закономерностей, представляющих, как оказалось, фундаментальное научное открытие -- новый закон в физике плазмы и синергетике. До сих пор в физике плазмы только два закона: один установлен Гершем Будкером (об удержании плазмы в магнитной ловушке), второй -- мною (о создании и ускорении плазмы и получении новых, неизвестных ранее явлений и закономерностей). Это было сделано в процессе разработки, исследования и использования магнитоплазмодинамического ускорителя (МПДУ) -- так он теперь называется во всем мире. Он может использоваться в различных областях науки и техники, а также в качестве ЭРД. Ускоритель и его конструктивные варианты для различных областей применения защищены авторскими свидетельствами.

Несколько позже МПДУ под различными названиями начали исследовать во многих странах. В одном и том же диапазоне давления, мощностей и на первый взгляд при одинаковой конструкции они получали противоречивые результаты. На основе установленного закона я разработал методику исследования процессов в неоднородной плазме и объяснил причину противоречий -- разные величины и направления изменений давления, магнитных и электрических полей в ускорителях.

-- Чем отличается ускоритель от двигателя?

-- Это вопрос терминологии. Понятие «двигатель» обычно применяется в узком смысле -- для использования в космосе, а «ускоритель» -- в широком, у него больше функций, больше возможностей и более широкое применение в различных областях науки и техники, чем у двигателя.

-- Почему вы уверены, что ваш ускоритель можно использовать в качестве двигателя для полета к Марсу?

-- Это единственный тип ЭРД с управляемыми вектором тяги и удельным импульсом, изменяемыми знаком и величиной заряда струи. Он позволяет получать потоки плазмы с концентрацией частиц на несколько порядков выше, чем у ионных и холловских двигателей. Работает он в стационарном, импульсном, частотном, высокочастотном и даже в СВЧ-режиме.

-- Вам не обидно, что ваше изобретение уже полвека пылится на полке?

-- Сразу отвечу: не пылится! С его помощью впервые в мире в 1962 году был получен и используется в настоящее время поток высокоскоростных нейтральных частиц для исследования материалов в лабораторных условиях, приближенных к космическим. В плазменных образованиях, созданных МПДУ, были испытаны антенны «Салюта-5» и других орбитальных космических станций.

Ускоритель много раз использовался в научных экспериментах: дважды на полигоне Капустин Яр, на Земле Франца-Иосифа, у берегов Западной Африки и Южной Америки. Исследовалось взаимодействие струи плазмы с ракетами, приборами и окружающей космической средой.

С помощью МПДУ, установленного на ракетах, создавали плазменные образования, исследовали его работоспособность в различных условиях. А главное -- проверяли отдельные положения сделанного мною научного открытия. На его основе были разработаны способы и приборы для исследования ускорителя, которые тоже защищены авторскими свидетельствами. Все это помогло разобраться с физическими процессами в ускорителе и струе плазмы, создать методику его расчета.

-- Ваш ускоритель уже побывал в космосе?

-- В пяти экспериментах в космосе он подтвердил абсолютно все научные явления и закономерности, установленные в лабораторных условиях, дал много нового. Ускоритель запускали с судов в акватории Тихого и Атлантического океанов, в том числе в районе Бразильской магнитной аномалии, где магнитосфера подходит наиболее близко к поверхности океана.

С научно-исследовательского судна «Профессор Зубов» в этих районах запускали метеорологические ракеты. В одном из экспериментов на высоте 90 км включили установленный на ракете ускоритель. На высоте свыше 200 км он был отстрелен от ракеты и продолжал автономно работать в полете по баллистической траектории. Электронно-оптическая аппаратура судна засняла большое плазменное образование, созданное ускорителем (плазменный канал), по которому высыпался поток высокоэнергетических частиц. Они присутствуют только в магнитосфере нашей планеты, в обычных условиях, к счастью, не попадают на Землю. Этот эксперимент показал, что простым устройством мы свободно можем проникать в магнитосферу, что было важно как в научных, так и в военных целях.

Меня интересовало, как работает ускоритель в зависимости от высоты и положения по отношению к магнитным силовым линиям Земли. Эти эксперименты в разных районах планеты дали очень богатую научную информацию.

Интересный эксперимент провели в 1979 году на острове Хейса, относящемся к архипелагу Земля Франца-Иосифа. Ракета с ускорителем была запущена практически вдоль магнитных силовых линий. Образовалось плазменное облако длиной свыше 100 км. Оно излучало колебания с частотой примерно 10 кГц. Облако стало неким аналогом струи ускорителя в вакуумной камере. Эти эксперименты дали очень многое в подтверждении и понимании ряда явлений, наблюдаемых в лабораторных условиях. Удалось подтвердить, что нарушаются два классических закона, установленных еще в 1963 году в НИИ тепловых процессов в лабораторных условиях с помощью МПДУ.

Во-первых, нарушается дебаевский (по имени голландского физика Дебая) радиус экранирования, согласно которому электростатическое поле в создаваемой ускорителем плазме должно распространяться лишь на доли миллиметров, а дальше -- экранируется. В наземных и космических условиях было установлено, что электростатическое поле может распространяться на несколько порядков дальше радиуса экранирования. Это дает возможность создавать приборы нового класса, где вместо электронного потока используется плазменный.

Во-вторых, нарушается закон Пашена, согласно которому газовый разряд в разреженной среде зажигается только при определенных давлениях и напряжениях. Мы нарушили эти условия и добились зажигания разряда на больших расстояниях и при меньших напряжениях, что уже нашло и найдет дальнейшее практическое использование.

-- То есть приоритет здесь за Россией?

-- Мы впервые в мире (и по сей день остаемся единственными) в 1977--1978 годах в Капустином Яре и в 1979 году на острове Хейса с помощью МПДУ смогли управлять величиной и знаком электростатического заряда космического аппарата. В конечном счете это дает нам следующее: двигатель не должен менять потенциал ракеты, равный нулю. Только в этом случае плазма (ее электростатический заряд тоже должен быть равен нулю) оторвется от корпуса ракеты, и устройство будет работать как двигатель.

В моих экспериментах в этом случае плазма оторвалась от ракеты, что и зафиксировали наземный локатор и бортовая аппаратура. В других случаях плазма обволакивала ракету. Эксперименты подтвердили правильность всех пунктов сделанного научного открытия, включающего несколько явлений, объединенных законом, названным по одному из явлений, -- закономерность возникновения электростатической неустойчивости плазмы, движущейся в неоднородных электрических и магнитных полях.

Долгие годы многое, что я делал, было секретным, в том числе и ускоритель. Его создание даже приписывали американскому ученому. В открытой литературе я не мог это опровергать, потому что большинство моих авторских свидетельств были с грифом «секретно». И только после 1991 года появилась возможность снять гриф с некоторых изобретений, но еще не со всех.

-- Вы за свое изобретение что-то получаете?

-- За все изобретения вместе с коллегами получал вознаграждения, но за основное -- МПДУ, о котором мы сейчас говорим, -- пинки и шишки (смеется). Правда, за магнитоплазмодинамический ускоритель, его разработку и исследование получил в 1991 году последнюю в СССР Госпремию.

-- Как отнеслись в ученом мире к вашему открытию?

-- Кроме академиков П.Л. Капицы, А.С. Боровика-Романова, Л.П. Питаевского и их сотрудников, а также сотрудников Ленинградского физико-технического института и ряда других организаций, мое открытие сначала долго не признавали, давили, как это у нас бывает. А потом, после натурных экспериментов в космосе, все рецензенты из 13 организаций (в том числе девять академиков) признали. Даже те, кто говорил, что этого быть не может. Однако с этим открытием в той или иной мере связана работа газоразрядных устройств и ЭРД, имеющих осесимметричное внешнее магнитное поле, включая тот двигатель, который разрабатывают американцы для полета на Марс. Подобный двигатель мы испытывали более 25 лет назад, что подтверждено авторскими свидетельствами и публикациями.

-- Еще что-нибудь собираетесь изобретать?

-- Надо внедрить то, что уже есть. А чтобы изобретать и внедрять, нужны помощники и деньги. Сейчас мы продолжаем работу, но финансирования явно не хватает, а бумажная волокита в несколько раз увеличилась.

-- У России есть двигатель для марсианской экспедиции?

-- Электрореактивного двигателя для пилотируемой марсианской экспедиции нет ни в одной стране мира. МПДУ -- основа для такого двигателя, но для дальних космических экспедиций надо доработать важную его часть -- катодный узел. Дело в том, что между катодом и анодом должны течь мощные токи. Катод «бомбят» заряженные частицы и распыляют его, из-за больших тепловых нагрузок он разрушается. Это болезнь всех типов двигателей. В маломощных ее преодолевают различными путями. Американцы предлагают увеличить ресурс своего двигателя, заменив функции катода СВЧ-разрядом, что мы и делали до них, как я уже говорил, четверть века назад. Но тогда, как и сейчас, у нас не было необходимых финансовых средств.

Исследования отечественных ученых свидетельствуют, что объединенными усилиями можно создать двигатель, который доставит наш корабль к Марсу и другим планетам Солнечной системы. Когда примут политическое решение и выделят средства, эта задача в России будет решена. В качестве первого эксперимента по реализации этой программы я бы предложил провести комплексные испытания МПДУ на борту Международной космической станции, как это намереваются сделать в ближайшее время американцы со своим магнитоплазменным двигателем с управляемым удельным импульсом, который является ближайшим аналогом, скорее частью нашего МПДУ с СВЧ-разрядом.

Следующим этапом мог бы стать полет межпланетного аппарата с МПДУ вокруг Солнца. Ведь при пилотируемом полете на Марс тоже придется лететь вокруг Солнца.

-- Вы уверены, что люди сумеют добраться до Красной планеты и вернуться на Землю?

-- На Марс люди могут и даже обязаны полететь, что и будет сделано независимо от нашего теперешнего мнения. Земле грозит опасность. Несколько раз собирались большие авторитетные комиссии по борьбе с астероидами. Что будет с нашей планетой через сотню-другую лет, никто не знает. Поэтому нужно и на Луне строить базы, и на других планетах. Это вопрос времени. А полет на Марс даст сначала научную, а затем и экономическую пользу. Еще Константин Эдуардович Циолковский написал, что человеку на Земле станет тесно. С наукой он пройдет в другие миры. Земля -- колыбель человечества, но человек не может жить в колыбели всю жизнь. Сергей Павлович Королев стремился сделать все, чтобы приблизить это время.

http://www.vremya.ru/2010/76/4/252845.html