Группа ученых из Университета Виктории в Веллингтоне (Новая Зеландия) работает над тем, чтобы уменьшить зависимость космической отрасли от традиционных химических ракетных двигателей. Их цель — создать новый тип электрического двигателя с использованием сверхпроводящих магнитов. Уже в ближайшие месяцы технология будет протестирована на Международной космической станции (МКС).
Исследователи из Института Пайхау-Робинсон при Университете Виктории разрабатывают магнитоплазмодинамические двигатели с приложенным магнитным полем (AF-MPD). Эти двигатели используют магнитное поле для разгона ионов до чрезвычайно высоких скоростей. Хотя идея таких двигателей обсуждается с 1970-х годов, команда из Новой Зеландии может стать первой, кто испытает их в реальных космических условиях.
Сверхпроводники для космических полетов
Чтобы сделать технологию пригодной для использования в космосе, ученые применяют высокотемпературные сверхпроводники (HTS). Несмотря на название, эти материалы работают при экстремально низких температурах — около -198,15°C. Однако их ключевое преимущество заключается в почти полном отсутствии электрического сопротивления, что позволяет создавать мощные магнитные поля с минимальными затратами энергии.
Рэнди Поллок, главный инженер по космическим технологиям в Институте Пайхау-Робинсон, заявил в интервью IEEE Spectrum: «Насколько нам известно, это самый мощный электромагнит, который когда-либо отправлялся в космос».
В 2023 году команда установила первый прототип сверхпроводящего электромагнита на ионный двигатель в Университете Нагоя (Япония). В ходе испытаний двигатель успешно запускался более сотни раз, создавая магнитное поле силой 1 тесла при потреблении менее 1 ватта энергии. Это на 99% меньше, чем требуется для традиционных медных электромагнитов, при этом мощность магнитного поля оказалась в три раза выше.
Двигатель Kōkako: гибкость и эффективность
Для дальнейших испытаний команда разрабатывает собственный двигатель под названием Kōkako. Этот двигатель обладает рядом преимуществ перед существующими системами электрической тяги. Он может работать с различными видами топлива, что делает его более гибким и экономичным. Кроме того, Kōkako способен достигать более высоких уровней мощности и тяги, сохраняя при этом эффективность, что делает его идеальным для длительных миссий к Луне, Марсу и другим космическим объектам.
Сверхпроводящий магнит двигателя состоит из четырех катушек с лентой из сверхпроводящего материала и имеет размер примерно с обеденную тарелку. В будущем ученые планируют уменьшить его размеры, чтобы снизить вес и сделать его более пригодным для космических полетов.
Технологический демонстратор Hēki
В этом году команда также планирует отправить на МКС технологический демонстратор под названием Hēki (что на языке маори означает «яйцо»). Это устройство будет установлено на внешней платформе станции с помощью платформы NanoRacks от компании Voyager Space. Hēki способен генерировать магнитное поле силой до 0,5 тесла.
Однако, как отмечает Поллок, из-за высокой мощности устройства ученым пришлось тщательно проработать его конструкцию, чтобы избежать воздействия на оборудование МКС. «Потребовалось много усилий, чтобы соответствовать строгим требованиям станции к уровню магнитного поля», — подчеркнул он.
Если все пойдет по плану, Hēki отправится в космос уже этим летом. Этот проект может стать началом новой эры в освоении космоса, где сверхпроводящие технологии играют ключевую роль.
