Стенды испытаний термоядерных двигателей потребуются уже завтра...

Не пора ли подумать о стенде для испытаний не совсем обычного двигателя,

двигателя с термоядерной плазмой?

В Новосибирске (ИЯФ) уже провели ряд успешных экспериментов, которые показали, что в отличие от термоядерного реактора для выработки электроэнергии, которые заменят обычные ядерные реакторы на АЭС, вопрос с двигателями может быть решен в ближайшие годы. Дело в том, что для двигателей требуется в несколько раз более холодная плазма (О плазме с температурой 100 000 градусов Цельсия можно говорить, как о холодной. Все ведь относительно.) Понятно, что никакие материалы настоящего и будущего удержать такую "холодную плазму" в какой нибудь трубе не в состоянии. Плазма подвешивается в магнитном поле специальной конфигурации. В Токамаке это тороидальное поле и в нем удалось достичь температуры плазмы в миллионы градусов, что достаточно для термоядерной реакции синтеза. Для двигателей такие температуры не нужны и геометрия должна быть цилиндрического типа. Но возникает проблема утечки плазмы через концы цилиндра. Магнитное поле успешно удерживает её от разлета в радиальном направлении. Но в осевом направлении существовавшие до сих пор ловушки удерживать плазму не могли. Схема-удержания-плазмы-шнековыми-магнитными-полями.png
Специально спроектированное вращающееся магнитное поле, напоминающее работу шнеков мясорубки, может, как показали эксперименты на установке СМОЛА (Спиральная Магнитная Открытая Ловушка), решить эту проблему. С помощью созданной экспериментальной установки можно удерживать от разлета ионы термоядерной плазмы в так называемых линейных магнитных удерживающих системах. Ясно, что все измерения при создании и испытании таких установок проводятся с использованием телеметрии. А для измерения силы тяги, создаваемой выбрасываемой из двигателя плазмой, вполне подойдут обычные реактивные датчики, расположенные на конструкции двигателя вдали от зоны высоких температур. В прочем, вопрос с измерением крутящего момента, возникающего из-за закрученного потока плазмы, а так же компенсации этого момента в полевых условиях (имеются в виду космические полевые условия) является так же актуальным. Без компенсации будет происходить вращение космического транспортного средства вокруг продольной оси.

При создании испытательного стенда для тестирования таких двигателей придется предусмотреть исследование системы охлаждения.

Здесь можно использовать теоретический и экспериментальный опыт МФТИ, сотрудники которого предложили уникальный способ охлаждения с помощью распыления нагретой воды в пространство вокруг двигателя и возврат охлажденных капель на борт корабля, так что массообмен является замкнутым, а охлаждение самих капель происходит в результате теплового излучения в космос.
Так как вокруг корабля вакуум, выведенные на небольшое расстояние от него капли можно располагать для их остывания без риска потерять хоть одну каплю по пути следования.
Дистанционное (телеметрическое)измерение температуры плазмы возможно с помощью многоканального спектрального пирометра. В частности определенный телеметрический канал измеряет Допплеровское уширение спектральной линии какого либо определенного иона (по нему можно определить температуру).

Многоканальная телеметрия может обеспечить измерение целого набора спектральных линий, чтобы адекватно оценить состояние плазмы в струе двигателя.

А вот проектирование и изготовление испытательного стенда

будет задачей более сложной, так как утечки такой "холодной" плазмы, например, при аварийном отключении подачи электроэнергии на магнитные катушки, может вызвать неприемлемые последствия для оборудования испытательного стенда и персонала.

Помимо прямой задачи - создания двигателя для космических полетов, на испытательных стендах могут решаться и другие задачи, в частности, создание импульсных термоядерных реакторов получения энергии термоядерной реакции для земного применения.

Фотографии на стр. заимствованы с сайта Российского Научного Фонда