Сначала выдержка из статьи об этом двигателе:
"Двигатель VASIMR, сокращенно от «Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket», работает, подобно всем космическим двигателям, используя реактивную тягу."
"Едва ли не основная сложность в организации пилотируемой миссии на Марс – ее продолжительность. Текущие технологии потребуют полгода на путешествие только в одну сторону – и этот срок порождает массу дополнительных проблем, от трудностей с жизнеобеспечением до защиты от длительного воздействия радиации. Однако плазменный двигатель нового поколения может сократить время, которое требуется для полета к Марсу, всего до 39 дней.
Традиционные реактивные двигатели ракет создают тягу за счет экзотермической химической реакции между компонентами топлива. Львиная его доля уходит на преодоление земного притяжения и вывода аппарата на орбиту.
В отличие от них, плазменные ракетные двигатели (ПРД) используют в качестве создающего тягу рабочего тела заряженную плазму, то есть полностью ионизированный газ. Работает это так: нейтральный газ (обычно водород или гелий) подается в специальную камеру и ионизируется. Получившаяся холодная плазма поступает во вторую камеру и разогревается. Наконец, в третьей камере создается весьма быстрый направленный поток плазмы, который и толкает аппарат вперед. 
Современное состояние техники не позволяет создать такие двигатели, способные преодолеть силу тяжести, однако в работе на орбите они могут оказаться незаменимыми. Во-первых, топлива им требуется на порядки меньше, чем обычным ракетам. Во-вторых, работают они очень подолгу. Разгоняясь понемногу, зато постоянно, они позволяют кораблям, на которых установлены, довольно быстро обгонять своих традиционных собратьев.
Впрочем, двигатель VASIMR, о котором пойдет речь, представляет собой куда более совершенную систему. Работает над ним компания Ad Astra, которая была основана в 2005 г. физиком и бывшим астронавтом Франклином Чен-Диазом (Franklin Chang-Diaz).
В VASIMR в качестве источника плазмы используется благородный газ аргон. Радиочастотный генератор раскаляет его до такой температуры, что его электроны отрываются от ядер, создавая плазму. Эта плазма способна создать тягу уже сама по себе, но для достижения куда большей эффективность ее лучше еще сильнее нагреть. Рабочая температура плазмы в VASIMR достигает миллионов градусов. Получается это при помощи сверхпроводящих электромагнитов. Они создают сильное магнитное поле, в котором заряженные ионы газа колеблются с определенной частотой. При этом на них воздействуют радиоизлучением, вступающим в резонансное взаимодействие с движением ионов плазмы. Они получают все новую и новую энергию. Затем другие электромагниты создают ток плазмы в виде тонкой и очень быстрой струи, которая выбрасывается из сопла и толкает двигатель в противоположном направлении.
По словам разработчиков, VASIMR в сотни раз более производителен, чем традиционные ионные двигатели, в которых ионы просто ускоряются, последовательно проходя через серию электродов, находящихся под все возрастающим напряжением. Кроме того, при такой схеме работы ионы часто соударяются с электродами, довольно быстро приводя к их эрозии и снижая срок жизнедеятельности двигателя. В отличие от них, в VASIMR никакого контакта плазмы с самим двигателем не происходит – примерно как пища разогревается в микроволновке, не касаясь ее стенок. Примерно так же устроены российские плазменные двигатели СПД (только в них используется относительно холодная плазма).
Важно и то, что на текущем уровне мощности VASIMR способен полностью обеспечивать себя за счет солнечной энергии. Так что в будущем такие небольшие ПРД вполне подойдут для установки на спутники и позволят им, не требуя дополнительных источников питания, корректировать свой полет. В Ad Astra видят и другой вариант использования: отправку легких аппаратов с их двигателями к астероидам, которые могут потенциально угрожать нашей планете столкновением. «Вцепившись» в такое небесное тело, аппараты включат двигатели и отведут опасность в сторону. 
"Ионно-плазменный двигатель VASIMR VF-200 успешно выдержал всю программу наземных испытаний и теперь начинается космическая часть испытаний нового двигателя. Буквально совсем недавно представители НАСА дали окончательное согласие на проведение этих испытаний на борту Международной Космической Станции (МКС). Если и эта часть испытаний двигателя VASIMR пройдет столь же успешно, как и наземные испытания, то человечество получит в свое распоряжение двигатель, способный доставить космический аппарат к Марсу не за шесть месяцев, а всего за 40 дней."
А теперь можно и порассуждать об этом.
Чем хорош двигатель VASIMR ? Он хорош тем, что удельный импульс у него от 5000 сек до 30000 сек, т.е скорость истечения газа = от 50 км/сек до 300 км/сек. И что это даёт? А это даёт экономию топлива, т.е. топлива в полёт нужно брать от 17 до 100 раз меньше, чем с обычным ракетным двигателем.
И это даёт возможность путешествовать по всей Солнечной системе и далее в пояс Койпера и в Облако Оорта за приемлемые сроки.
Но тут возникают, конечно, и некоторые проблемы и главная из них -- это создание источника электрической энергии необходимой мощности. И этот источник в настоящее время может быть только ядерным реактором.
Вообще-то для полётов не дальше Марса источником электрической энергии могут быть солнечные батареи, но площадь их будет где-то около 200 000 кв. метров при к.п.д. = 11% и это будет гигантское сооружение в виде квадрата 450х450 метров. Но сделать это вполне реально при нынешнем развитии техники. Но для полётов за орбиту Марса годится только ядерный реактор, так как плотность солнечной энергии там резко падает до неприемлемых значений.
Часто пишут о полёте к Марсу за 39 дней с этим двигателем, вот только не пишут о том, что для этого мощность двигателя должна быть 200 000 квт. Сделать такой реактор для космоса вряд ли реально, а вот сделать ядерный космический реактор на 30000 квт электр. пожалуй можно, используя калий как теплоноситель.
Лучшим двигателем для межпланетных КК будет термоядерный двигатель на Гелии-3, но когда это будет реально? Не раньше, чем через 50 лет.
А пока что для полёта к Марсу в качестве источника эл. энергии можно использовать солнечные батареи (для VASIMR) и для начального разгона с НОО ракеты на метане.
maxpark.com
VASIMR, иногда рассматриваемый как электротепловой плазменный ускоритель (ЭПУ), использует радиоволны для ионизации и нагрева рабочего тела и электромагнитные поля для ускорения плазмы для создания тяги. Этот тип двигателя можно рассматривать как разновидность безэлектродного плазменного двигателя, отличающегося в способе ускорения плазмы. Оба типа двигателя не имеют никаких электродов. Основное преимущество такого проекта состоит в исключении эрозии электродов. Более того, так как все части VASIMR защищены магнитным полем и не приходят в прямой контакт с плазмой, потенциальная продолжительность эксплуатации двигателя, построенного по такому проекту, гораздо выше ионного двигателя.
Проект включает в себя три части:
Изменяя количество энергии на радиоволновый разогрев и количество рабочего тела, из которого создаётся плазма, VASIMR способен как производить малую тягу с высоким удельным импульсом, так и относительно высокую тягу с низким удельным импульсом.
Диаграмма VASIMR В отличие от обычных циклотронно-резонансных нагревающих процессов, ионы в VASIMR сразу же проходят через магнитное сопло быстрее времени, необходимого для достижения термодинамического равновесия. Основываясь на теоретической работе 2004 года Арефьева и Брейзмана из Техасского университета в Остине, практически вся энергия в ионной циклотронной волне будет равномерно распределена в ионизированной плазме за один проход в циклотронном абсорбционном процессе. Это позволяет ионам покинуть магнитное сопло с очень узким распределением энергии, что даёт упрощённое и более плотное распределение магнитов в двигателе.[1]
Текущие VASIMR должны обладать удельными импульсами в диапазоне от 3000 до 30 000 секунд (скорости истечения от 30 до 300 км/с). Нижний предел этого диапазона сопоставим с некоторыми существующими концепциями ионных двигателей. Регулируя получение плазмы и нагрев, VASIMR может управлять удельным импульсом и тягой. Двигатель также способен использовать гораздо более высокие уровни энергии (мегаватты) по сравнению с существующими концепциями ионных двигателей. Поэтому VASIMR может обеспечить в десятки раз большую тягу, при условии наличия подходящего источника энергии.
VASIMR не подходит для подъёма полезной нагрузки с поверхности планеты (например, Земли) на околопланетную орбиту из-за его низкого соотношения тяги к массе и может быть использован только в невесомости (например, для старта корабля с околопланетной орбиты). Он может быть использован в качестве последней ступени, уменьшая потребность в топливе для транспортировки в космосе, или в качестве разгонного блока. Ожидается, что двигатель должен выполнять эти операции за доли стоимости от стоимости аналогов на основе технологий химического реактивного движения:
Другие применения VASIMR (например, доставка людей к Марсу) требуют наличия источников очень высоких энергий с небольшой массой, таких как, например, ядерные энергоблоки.
В августе 2008 г. Тим Гловер, директор по развитию фирмы «Ad Astra», заявил, что первым ожидаемым применением двигателя VASIMR является «заброс грузов (не людей) с низкой околоземной орбиты на низкую лунную орбиту» и будет предназначено для поддержки программы НАСА возвращения на Луну.[2]
Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон. |
Основным разработчиком VASIMR является «Ad Astra Rocket Company[en]». В настоящее время основные усилия были направлены на улучшение общей эффективности двигателя, путём увеличения уровней используемой энергии. Согласно данным компании, ещё совсем недавно эффективность VASIMR составляла 67%. Опубликованные данные по двигателю VX-50 говорят о том, что двигатель способен использовать 50 кВт на излучение в радиодиапазоне, обладает КПД 59%, вычисленное следующим образом: 90% NA эффективность процесса получения ионов × 65% NB эффективность процесса ускорения ионов. Модель VX-100, как ожидается, будет иметь общую эффективность 72 %, путём улучшения параметра NB, то есть эффективности ускорения ионов, до 80 %.[3][4]
Однако имеются дополнительные меньшие потери эффективности, относящиеся к превращению энергии постоянного тока в радиоволновую энергию и потребление энергии сверхпроводящими магнитами. Для сравнения, рабочий ионный двигатель NASA HiPEP, обладает общей эффективностью ускорителя 80%.[5] Опубликованные данные испытаний двигателя VASIMR модели VX-50 показывают, что он способен производить 0,5 Н тяги. «Ad Astra Rocket Company» планировала проведение испытаний прототипа двигателя VX-200 в начале 2008 г. с мощностью излучения в радиодиапазоне 200 кВт с целью достижения требуемой эффективности, требуемой тяги и удельного импульса.
24 октября 2008 года компания заявила, что генерация плазмы двигателем VX-200 с помощью радиоволн первой ступени или твердотельным высокочастотным излучателем энергии достигла планируемых рабочих показателей. Ключевая технология, твердотельное преобразование энергии постоянного тока в радиоволны, стала крайне эффективной и достигла уровня 98%. Радиоволновый импульс использует 30 кВт для превращения аргона в плазму, оставшиеся 170 кВт расходуются на разгон и разогрев плазмы в задней части двигателя с помощью ион-циклотронного резонансного разогрева.[6]
На основании данных, опубликованных по предыдущим испытаниям VX-100[7], можно ожидать, что двигатель VF-200, который должен быть установлен на МКС, будет иметь системную эффективность 60—65% и уровень тяги 5 Н. Оптимальный удельный импульс предполагается на уровне 5000 с с использованием в качестве рабочего тела аргона. Удельная мощность оценивается в 1 кг/кВт, что означает, что масса данной версии VASIMR будет составлять только 300 кг.
Одна из оставшихся проблем — определение соотношения потенциально возможной тяги по отношению к действительному её значению. То есть, будет или нет горячая плазма находится на расстоянии от двигателя на самом деле. Это будет подтверждено в 2009 г, когда двигатель VX-200 будет установлен и испытан в достаточно большой вакуумной камере. Другая проблема — управление выделяемой побочной теплотой при работе (60% эффективности означает около 80 кВт ненужной теплоты), решение которой критически важно для продолжительной работы двигателя VASIMR.
10 декабря 2008 года «Ad Astra Rocket Company» заключила договор с NASA на определение расположения и испытание полётной версии VASIMR VF-200 на МКС. Его запуск был запланирован на 2015 г.[8]
7 июля 2009 года сотрудники «Ad Astra Rocket Company» удачно испытали плазменный двигатель на сверхпроводящих магнитах.[9]
VASIMR-двигатель на МКС будет использоваться в пакетно-монопольном режиме, с периодическими включениями. Так как производство электроэнергии на МКС недостаточно велико, система будет включать в себя набор батарей с достаточно малым потреблением тока для подзарядки, которая позволит двигателю работать в течение 10 мин. Этого будет достаточно для поддержания высоты станции, что исключит необходимость дорогостоящей операции по подъему станции с использованием химических ракетных двигательных блоков.
В 2015 году Компания Ad Astra Rocket выиграла 10-ти миллионный тендер на постройку межпланетного ионного двигателя «Vasimr», способного доставить экспедицию на Марс менее чем за сорок дней[10]. В 2016 году компания Ad Astra Rocket сообщила, что КПД двигателя вырастет с 70 до 75%, если использовать криптон вместо аргона. Тяга двигателя достигнет 2 Н. Работы на территории компании в Техасе ведутся по замене старого магнита на сверхпроводящий магнит нового типа без охлаждения жидким азотом. Остается проблема электрического заряда двигателя. При его работе струя выбрасывает заряженные ионы, но оставшиеся электроны заряжают корпус. В наземных условиях невозможно замерить этот эффект зарядки корпуса. Пока считается, что этот эффект мал и на всех электрических ракетных двигателях эта проблема была решена во время испытаний.
Космический корабль с VASIMR в представлении художника Наиболее важным в обозримом будущем применением космических аппаратов с двигателями VASIMR является перевозка грузов (особенно межпланетная). Многочисленные исследования показали, что космический корабль с маршевыми двигателями VASIMR будет более эффективным при движении в космосе по сравнению с кораблями с обычными химическими ракетными двигателями. Космический буксир, ускоряемый одним VF-200, был бы способен переместить 7 т груза с низкой земной орбиты на низкую лунную орбиту примерно за шесть месяцев полёта.
NASA планирует перемещение 34 т полезного груза от Земли до Луны. Для того, чтобы совершить такое путешествие, должно быть сожжено около 60 тонн кислород/водород. Сопоставимый космический буксир требовал бы 5 двигателей VF-200, потребляющих 1 МВт электроэнергии, получаемой от солнечных батарей или от ядерного реактора. Для того, чтобы проделать такую же работу, подобный буксир потратил бы только 8 тонн аргона. Время полёта буксира может быть сокращено за счёт полёта с меньшим грузом или используя большее количество аргона в двигателях при меньшем удельном импульсе (большем расходе рабочего тела). Например, пустой буксир при возвращении к Земле должен покрывать это расстояние за 23 дня при оптимальном удельном импульсе 5000 с или за 14 дней при удельном импульсе 3000 с.
Предполагается, что 200-мегаваттный двигатель класса VASIMR сможет осуществлять полёты с доставкой людей к Марсу всего за 39 дней, по сравнению с шестью месяцами, которые требуются космическим аппаратам с обычными ракетными двигателями.[11]
ru-wiki.org
Сначала выдержка из статьи об этом двигателе:
"Двигатель VASIMR, сокращенно от «Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket», работает, подобно всем космическим двигателям, используя реактивную тягу."
"Едва ли не основная сложность в организации пилотируемой миссии на Марс – ее продолжительность. Текущие технологии потребуют полгода на путешествие только в одну сторону – и этот срок порождает массу дополнительных проблем, от трудностей с жизнеобеспечением до защиты от длительного воздействия радиации. Однако плазменный двигатель нового поколения может сократить время, которое требуется для полета к Марсу, всего до 39 дней.
Традиционные реактивные двигатели ракет создают тягу за счет экзотермической химической реакции между компонентами топлива. Львиная его доля уходит на преодоление земного притяжения и вывода аппарата на орбиту.
В отличие от них, плазменные ракетные двигатели (ПРД) используют в качестве создающего тягу рабочего тела заряженную плазму, то есть полностью ионизированный газ. Работает это так: нейтральный газ (обычно водород или гелий) подается в специальную камеру и ионизируется. Получившаяся холодная плазма поступает во вторую камеру и разогревается. Наконец, в третьей камере создается весьма быстрый направленный поток плазмы, который и толкает аппарат вперед.
Современное состояние техники не позволяет создать такие двигатели, способные преодолеть силу тяжести, однако в работе на орбите они могут оказаться незаменимыми. Во-первых, топлива им требуется на порядки меньше, чем обычным ракетам. Во-вторых, работают они очень подолгу. Разгоняясь понемногу, зато постоянно, они позволяют кораблям, на которых установлены, довольно быстро обгонять своих традиционных собратьев.
Впрочем, двигатель VASIMR, о котором пойдет речь, представляет собой куда более совершенную систему. Работает над ним компания Ad Astra, которая была основана в 2005 г. физиком и бывшим астронавтом Франклином Чен-Диазом (Franklin Chang-Diaz).
В VASIMR в качестве источника плазмы используется благородный газ аргон. Радиочастотный генератор раскаляет его до такой температуры, что его электроны отрываются от ядер, создавая плазму. Эта плазма способна создать тягу уже сама по себе, но для достижения куда большей эффективность ее лучше еще сильнее нагреть. Рабочая температура плазмы в VASIMR достигает миллионов градусов. Получается это при помощи сверхпроводящих электромагнитов. Они создают сильное магнитное поле, в котором заряженные ионы газа колеблются с определенной частотой. При этом на них воздействуют радиоизлучением, вступающим в резонансное взаимодействие с движением ионов плазмы. Они получают все новую и новую энергию. Затем другие электромагниты создают ток плазмы в виде тонкой и очень быстрой струи, которая выбрасывается из сопла и толкает двигатель в противоположном направлении.
По словам разработчиков, VASIMR в сотни раз более производителен, чем традиционные ионные двигатели, в которых ионы просто ускоряются, последовательно проходя через серию электродов, находящихся под все возрастающим напряжением. Кроме того, при такой схеме работы ионы часто соударяются с электродами, довольно быстро приводя к их эрозии и снижая срок жизнедеятельности двигателя. В отличие от них, в VASIMR никакого контакта плазмы с самим двигателем не происходит – примерно как пища разогревается в микроволновке, не касаясь ее стенок. Примерно так же устроены российские плазменные двигатели СПД (только в них используется относительно холодная плазма).
Важно и то, что на текущем уровне мощности VASIMR способен полностью обеспечивать себя за счет солнечной энергии. Так что в будущем такие небольшие ПРД вполне подойдут для установки на спутники и позволят им, не требуя дополнительных источников питания, корректировать свой полет. В Ad Astra видят и другой вариант использования: отправку легких аппаратов с их двигателями к астероидам, которые могут потенциально угрожать нашей планете столкновением. «Вцепившись» в такое небесное тело, аппараты включат двигатели и отведут опасность в сторону.
Что же до 39-дневного перелета к Марсу, то VASIMR потребуется стать куда мощнее – примерно в 1000 раз, чем сегодня. А для этого солнечной энергии будет совершенно недостаточно, так что предполагается, что питаться он будет от бортового ядерного реактора."
"Ионно-плазменный двигатель VASIMR VF-200 успешно выдержал всю программу наземных испытаний и теперь начинается космическая часть испытаний нового двигателя. Буквально совсем недавно представители НАСА дали окончательное согласие на проведение этих испытаний на борту Международной Космической Станции (МКС). Если и эта часть испытаний двигателя VASIMR пройдет столь же успешно, как и наземные испытания, то человечество получит в свое распоряжение двигатель, способный доставить космический аппарат к Марсу не за шесть месяцев, а всего за 40 дней."
А теперь можно и порассуждать об этом.
Чем хорош двигатель VASIMR ? Он хорош тем, что удельный импульс у него от 5000 сек до 30000 сек, т.е скорость истечения газа = от 50 км/сек до 300 км/сек. И что это даёт? А это даёт экономию топлива, т.е. топлива в полёт нужно брать от 17 до 100 раз меньше, чем с обычным ракетным двигателем.
И это даёт возможность путешествовать по всей Солнечной системе и далее в пояс Койпера и в Облако Оорта за приемлемые сроки.
Но тут возникают, конечно, и некоторые проблемы и главная из них -- это создание источника электрической энергии необходимой мощности. И этот источник в настоящее время может быть только ядерным реактором.
Часто пишут о полёте к Марсу за 39 дней с этим двигателем, вот только не пишут о том, что для этого мощность двигателя должна быть 200 000 квт. Сделать такой реактор для космоса вряд ли реально, а вот сделать ядерный космический реактор на 30000 квт электр. пожалуй можно, используя калий как теплоноситель.
Лучшим двигателем для межпланетных КК будет термоядерный двигатель на Гелии-3, но когда это будет реально? Не раньше, чем через 50 лет.
А пока что для полёта к Марсу в качестве источника эл. энергии можно использовать солнечные батареи (для VASIMR) и для начального разгона с НОО ракеты на метане.
maxpark.com
Плазменная ракета может добраться до Марса за 40 дней.
В ракете VASIMR магнитные поля выбрасывают заряженную плазму из задней части двигателя, создавая импульс в противоположном направлении
Компания Ad Astra Rocket протестировала самую мощную на сегодняшний день плазменную ракету в мире. Компания объявила, что двигатель ракеты VASIMR VX-200 показал мощность в 201 киловатт в вакуумной испытательной камере, преодолев принципиальный рубеж в 200 киловатт на первом же запуске. Во время испытания также было отмечено, что уменьшенный прототип ракетного двигателя VASIMR демонстрируется на полной рабочей мощности.
«Это самая мощная плазменная ракета в мире на сегодняшний день», заявил Франклин Чанг-Диаз, бывший астронавт NASA и исполнительный директор Ad Astra Rocket Company. Компания подписала соглашение с NASA протестировать 200-киловаттный двигатель VASIMR на Международной космической станции в 2013 году. Двигатель способен давать станции периодические маневровые ускорения для поддержания необходимой высоты (орбита МКС постоянно снижается в силу сопротивления воздуха; прим. mixednews.ru). Ускорение орбитальной станции в настоящее время обеспечивают космические аппараты с традиционными двигателями, которые потребляют около семи с половиной тонн горючего в год. Снизив с помощью VASIMR этот объём до 0.3 тонны, Чанг-Диаз заявил, что это сбережёт NASA многие миллионы долларов в год.
Но компания Ad Astra имеет куда более амбициозные планы для своего двигателя – такие например, как высокоскоростная миссия на Марс. Десяти- и двадцати-мегаваттные двигатели VASIMR могут доставить человеческий экипаж на Марс всего за 39 дней, в то время, как традиционные ракеты потребуют для этого шесть и более месяцев. Меньшее время путешествия означает, что астронавты будут меньше времени подвержены воздействию космической радиации, которая является серьёзной проблемой для марсианских миссий. VASIMR также может быть адаптирован для тяжёлой загрузки, характерной для роботехнических миссий, правда при этом он будет двигаться с меньшей скоростью, нежели с легковесным человеческим экипажем.
Чанг-Диаз работал над совершенствованием технологии VASIMR с 1979 года, ещё до того, как в 2005 году для дальнейшего развития проекта была основана компании Ad Astra. Данная технология использует радиоволны для нагрева таких газов, как водород, аргон, и неон, и создания горячей плазмы. Магнитные поля выбрасывают заряженную плазму из задней части двигателя, создавая импульс в противоположном направлении. Благодаря высокой скорости, которую позволяет развить такой принцип, двигатель VASIMR потребляет гораздо меньше топлива по сравнению с традиционными двигателями. В добавок к этому, VASIMR не имеет физических электродов, которые вступали бы в контакт с плазмой, что продлевает срок жизни конструкции и позволяет создавать более высокую плотность энергии по сравнению с другими двигателями.
joyreactor.cc
– Новости от 15 августа 2017 года –
Ad Astra Rocket был создан в 2005 году бывшим астронавтом НАСА Франклин Чан-Диасом. Ad Astra Rocket работает над одним проектом, в частности: плазменным двигателем VASIMR. Франклин Чан-Диас совершил семь полетов в «Шаттле». Несколько десятилетий назад он представил плазменный двигатель VASIMR.
Двигатель VASIMR способен изменять свою специфическую мощность и импульс. Как и ионные двигатели, он может работать очень долго, чтобы обеспечить медленное, но очень экономичное ускорение пропеллента. Он также может обеспечить очень сильный импульс, но менее экономичный, если у вас есть мощный источник электроэнергии. VASIMR очень многообещающий, но также требует много энергии.
Эксплуатация VASIMR сложна и включает в себя множество методов электромотива. Водород и гелий последовательно подаются при температуре 30 000 градусов, а затем несколько миллионов градусов, что превращает его в плазму. Этого было бы достаточно, чтобы произвести большой толчок. Но плазменный двигатель VASIMR более эффективен: благодаря нагреву плазмы, возможно, еще больше ускорить его благодаря магнитным полям. Кроме того, магнитное сопло направляет плазму в желаемом направлении для создания тяги. Затем ионы плазмы достигают максимальной скорости 50 километров в секунду.
Ad Astro Rocket только что прошел второй этап контракта с NASA. Действительно, в 2015 году NASA инвестировала 10 млн долларов в Ad Astra Rocket, чтобы компания провела обширные испытания своего двигателя VASIMR. Целью является проведение в 2018 году испытания непрерывной работы плазменного двигателя VASIMR мощностью 100 киловатт.
Одной из основных проблем, стоящих перед нами, является энергоснабжение VASIMR. В своей нынешней конструкции двигатель рассчитан на оптимальную работу мощностью 200 киловатт. Но даже огромные солнечные панели международной космической станции не могут обеспечить мощность более 120 киловатт. Достаточно будет ядерного реактора, идентичного ядерному авианосцу. Как и многие средства движения, VASIMR ограничен отсутствием таких источников энергии.
Изображение NASA; Опубликовано в Public domain, через Википедия
www.fromspacewithlove.com
VASIMR на испытательном стенде
Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом (англ. Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, VASIMR™) - электромагнитный плазменный ускоритель, предназначен для реактивного ускорения КА. Реактивный двигатель использует радиоволны для ионизации рабочего тела с последующим разгоном полученной плазмы с помощью электромагнитного поля для получения тяги.
Метод нагрева плазмы, используемый в VASIMR, изначально был разработан в результате исследования в области термоядерного синтеза. Цель разработки VASIMR заполнить разрыв между высокоэффективными реактивными системами малой тяги с высоким удельным импульсом и низкоэффективными системами большой тяги с низким удельным импульсом. VASIMR способен работать в режимах близким к системам большой тяги и малой. Концепция двигателя предложена учёным и бывшим астронавтом Франклином Чанг-Диазом из Коста-Рики в 1979 г, продолжая развитие до нынешних дней (2009 г).
VASIMR, иногда рассматриваемый как Электротепловой Плазменный Ускоритель (ЭПУ), использует радиоволны для ионизации и нагрева рабочего тела и электромагнитные поля для ускорения плазмы для получения ускорения. Этот тип двигателя можно рассматривать как вариацию безэлектродного плазменного ускорителя, отличающегося в способе ускорения плазмы. Оба типа двигателя не имеют никаких электродов. Основное преимущество такого проекта в исключении проблемы эрозии электродов. Более того, так как все части VASIMR защищены магнитным полем и не приходят в прямой контакт с ионизированной плазмой, потенциальная продолжительность эксплуатации двигателя, построенного по такому проекту, гораздо выше ионного двигателя.
Проект включает в себя три части 1) превращение газа в плазму с использованием радиоволновых антенн; 2) возбуждение плазмы с помощью дальнейшего нагрева в ускорителе; 3) использование электромагнитов для создания магнитного сопла, которое конвертирует полученную тепловую энергию плазмы в кинетическую энергию реактивной струи. Изменяя количество энергии на радиоволновый разогрев и количество рабочего тела, направленного на создание плазмы, VASIMR способен как производить малую тягу с высоким удельным импульсом, так и относительно высокую тягу с низким удельным импульсом.
Диаграмма VASIMR
Следует отметить, что в отличие от обычных циклотронно-резонансных нагревающих процессов, ионы в VASIMR сразу же проходят через магнитное сопло быстрее времени, необходимого для достижения термодинамического равновесия. Основываясь на новаторской теоретической работе 2004 года Арефьева (Arefiev) и Брейзмана (Breizman) из университета Техаса в Остине (англ. UT-Austin), практически вся энергия в ионной циклотронной волне будет равномерно распределена в ионизированной плазме за один проход в циклотронном абсорбционном процессе. Это позволяет ионам покинуть магнитное сопло с очень узким распределением энергии, что дает упрощенное и компактное распределение магнитов в двигателе.[1]
Текущие VASIMR должны обладать удельными импульсами в диапазоне от 3,000 до 30,000 секунд (скорости истечения от 30 до 300 км/с). Нижний предел этого диапазона сопоставим с некоторыми существующими концепциями ионных двигателей. Регулируя получение плазмы и нагрев, VASIMR может управлять удельным импульсом и тягой. Двигатель также способен использовать гораздо более высокие уровни энергии (Мегаватты) по сравнению с существующими концепциями ионных двигателей. Поэтому VASIMR может обеспечить в десятки раз большую тягу, при условии наличия подходящего источника энергии.
VASIMR не подходит для запуска полезной нагрузки с поверхности Земли из-за его низкого соотношения тяги к массе и может быть использован только в вакууме. Он может быть использован в качестве последней ступени, сокращая потребность в топливе для транспортировки в космосе. Ожидается, что двигатель должен выполнять эти операции за доли стоимости от стоимости на основе технологий химического реактивного движения:
Другие применения VASIMR, такие как быстрая транспортировка людей к Марсу, требуют очень высоких энергий, источников энергии с небольшой массой, такой как ядерная энергия.
В Августе 2008 г., Тим Гловер (Tim Glover), директор по развитию фирмы Ад Астра (Ad Astra), публично заявил, что первым ожидаемым применением двигателя VASIMR является "заброс грузов (не людей) с низкой околоземной орбиты на низкую лунную орбиту" и будет предназначено для поддержки программы НАСА возвращения на Луну.[2]
Основным разработчиком VASIMR является Ад Астра Рокет Компани (англ. Ad Astra Rocket Company). На данный момент основные усилия были направлены на улучшение общей эффективности двигателя, путём увеличения уровней используемой энергии. Согласно данным компании, текущая эффектиность VASIMR составляет 67%. Опубликованные данные по двигателю VX-50 говорят о том, что двигатель способен использовать 50КВт на излучение в радиодиапазоне, обладает КПД 59%, вычисленное следующим образом: 90% NA эффективность процесса получения ионов × 65% NB эффективность процесса ускорения ионов. Модель VX-100, как ожидается, будет иметь общую эффективность 72%, путём улучшения параметра NB, то есть эффективности ускорения ионов, до 80%.[3][4]
Однако имеются дополнительные меньшие потери эффективности, относящиеся к конвертации постоянного тока в радиоволновую энергию и потребление энергии сверхпроводящими магнитами. Для сравнения, рабочий ионный двигатель НАСА HiPEP, обладает общей эффективностью ускорителя 80%.[5][6] Опубликованные данные испытаний по VASIMR модели двигателя VX-50 показывают, что он способен производить 0.5 Н тяги. Ад Астра планировала проведение испытаний прототипа двигателя VX-200 в начале 2008 г. с мощностью излучения в радиодиапазоне 200 КВт с целью достижения требуемой эффективности, требуемой тяги и удельного импульса.
24 октября 2008 года компания заявила, что аспект генерации плазмы двигателем VX-200 с помощью радиоволн первой ступени или твердотельным высокочастотным излучателем энергии достиг планируемых рабочих показателей. Ключевая технология, твердотельное преобразование энергии постоянного тока в радиоволны, стала крайне эффективной и достигла уровня 98%. Радиоволновый импульс использует 30 КВт для превращения газа аргон в плазму, оставшиеся 170 КВт расходуются на разгон и разогрев плазмы в задней части двигателя с помощью ион-циклотронного резонансного разогрева.[7]
На основании данных, опубликованных по предыдущим испытаниям VX-100[8], можно ожидать, что двигатель VF-200, который должен быть установлен на МКС, будет иметь системную эффективность 60-65% и уровень тяги 5 Н. Оптимальный удельный импульс предполагается на уровне 5 000 сек с использованием в качестве рабочего тела газа аргон. Удельная мощность оценивается в 1.5 кг/КВт, что означает, что вес данной версии VASIMR будет составлять только 300 кг.
Одна из оставшихся проблем - определение соотношения потенциально-возможной тяги по отношению к действительному её значению. То есть, будет или нет горячая плазма находится на расстоянии от двигателя на самом деле. Это будет подтверждено в 2009 г, когда двигатель VX-200 будет установлен и протестирован в достаточно большой вакуумной камере. Другая проблема - управление выделяемым паразитным теплом при работе (60% эффективности означает около 80 КВт ненужного тепла), решение которой критически важно для продолжительного функционирования двигателя VASIMR.
VASIMR двигатель МКС будет использоваться в пакетно-монопольном режиме, с периодическими включениями. Так как производство электроэнергии на МКС не достаточно велико, система будет включать в себя систему батарей с достаточно малым потреблением тока для подзарядки, которая будет позволять работу двигателя в течение 10 мин. Однако этого, как ожидается, будет достаточно для поддержания высоты станции, что исключит необходимость дорогой операции по подъему станции с использованием ускорителей на основе химических реакций горения.
Наиболее важным применением в обозримом будущем для VASIMR-ускоряемых КА является транспортировка грузов. Многочисленные исследования показали что, несмотря на более продолжительное время полета, VASIMR-ускоряемый аппарат будет гораздо более эффективным при движении в космосе по сравнению с традиционными интегрированными химическими ракетами. Космический буксир, ускоряемый одним VF-200, был бы способен переместить 7 тонн груза с низкой земной орбиты на низкую лунную орбиту примерно за шесть месяцев полета. НАСА планирует перемещение 34 тонн полезного груза от Земли до Луны. Для того, чтобы совершить такое путешествие, должно быть сожжено около 60 тонн кислород/водород. Сопоставимый космический буксир требовал бы 5 двигателей VF-200, потребляющих 1 МВт электроэнергии, получаемой от солнечных батарей или от ядерного реактора. Для того, чтобы проделать такую же работу, подобный буксир потратил бы только 8 тонн аргона. Время полета буксира может быть сокращено за счёт полета с меньшим грузом или используя большее количество аргона в двигателях при меньшем удельном импульсе (большем расходе топлива). Например, пустой буксир при возвращении к Земле должен покрывать это расстояние за 23 дня при оптимальном удельном импульсе 5,000 секунд или за 14 дней при удельном импульсе 3,000 секунд.
Предполагается, что 10-20-мегаваттный двигатель класса VASIMR сможет осуществлять миссии по доставке людей к Марсу всего за 39 дней, по сравнению с шестью месяцами, которые требуются традиционным ракетам.[11]
dictionary.sensagent.com
Плазменная ракета может добраться до Марса за 40 дней.
В ракете VASIMR магнитные поля выбрасывают заряженную плазму из задней части двигателя, создавая импульс в противоположном направлении
Компания Ad Astra Rocket протестировала самую мощную на сегодняшний день плазменную ракету в мире. Компания объявила, что двигатель ракеты VASIMR VX-200 показал мощность в 201 киловатт в вакуумной испытательной камере, преодолев принципиальный рубеж в 200 киловатт на первом же запуске. Во время испытания также было отмечено, что уменьшенный прототип ракетного двигателя VASIMR демонстрируется на полной рабочей мощности.
«Это самая мощная плазменная ракета в мире на сегодняшний день», заявил Франклин Чанг-Диаз, бывший астронавт NASA и исполнительный директор Ad Astra Rocket Company. Компания подписала соглашение с NASA протестировать 200-киловаттный двигатель VASIMR на Международной космической станции в 2013 году. Двигатель способен давать станции периодические маневровые ускорения для поддержания необходимой высоты (орбита МКС постоянно снижается в силу сопротивления воздуха; прим. mixednews.ru). Ускорение орбитальной станции в настоящее время обеспечивают космические аппараты с традиционными двигателями, которые потребляют около семи с половиной тонн горючего в год. Снизив с помощью VASIMR этот объём до 0.3 тонны, Чанг-Диаз заявил, что это сбережёт NASA многие миллионы долларов в год.
Но компания Ad Astra имеет куда более амбициозные планы для своего двигателя – такие например, как высокоскоростная миссия на Марс. Десяти- и двадцати-мегаваттные двигатели VASIMR могут доставить человеческий экипаж на Марс всего за 39 дней, в то время, как традиционные ракеты потребуют для этого шесть и более месяцев. Меньшее время путешествия означает, что астронавты будут меньше времени подвержены воздействию космической радиации, которая является серьёзной проблемой для марсианских миссий. VASIMR также может быть адаптирован для тяжёлой загрузки, характерной для роботехнических миссий, правда при этом он будет двигаться с меньшей скоростью, нежели с легковесным человеческим экипажем.
Чанг-Диаз работал над совершенствованием технологии VASIMR с 1979 года, ещё до того, как в 2005 году для дальнейшего развития проекта была основана компании Ad Astra. Данная технология использует радиоволны для нагрева таких газов, как водород, аргон, и неон, и создания горячей плазмы. Магнитные поля выбрасывают заряженную плазму из задней части двигателя, создавая импульс в противоположном направлении. Благодаря высокой скорости, которую позволяет развить такой принцип, двигатель VASIMR потребляет гораздо меньше топлива по сравнению с традиционными двигателями. В добавок к этому, VASIMR не имеет физических электродов, которые вступали бы в контакт с плазмой, что продлевает срок жизни конструкции и позволяет создавать более высокую плотность энергии по сравнению с другими двигателями.
reactor.cc
