Советский двигатель для миссии NASA

В рамках космической миссии «Психея» впервые будет задействован инновационный двигатель Холла. Космический аппарат размером с микроавтобус, разработанный для NASA спутниковой компанией Maxar, послужит основой для роботизированного корабля, которому предстоит исследовать металлический астероид, уже давно привлекающий исследователей. Предполагается, что корабль стартует в ближайшие месяцы на борту ракеты Falcon Heavy.

Астероид Психея был открыт 17 марта 1852 года итальянским астрономом Аннибале де Гаспарисом из неаполитанской обсерватории Каподимонте и получил название в честь древнегреческой богини Психеи.

Психея – одно из десяти наиболее массивных тел в Главном астероидном поясе Солнечной системы. Помимо этого она является самым массивным астероидом класса М. К нему относят объекты, в состав которых входят в основном железо и никель. Но при этом, как показали радиолокационные исследования, на Психее полностью отсутствуют примеси воды или водосодержащих минералов, что является большой редкостью для металлических астероидов этого класса, зато присутствует небольшое количество пироксенов.

Ранее, учитывая состав Психеи, исследователи выдвинули гипотезу, что она представляет собой остатки протопланеты, существовавшей на заре образования Солнечной системы. Мощное столкновение с более крупным объектом лишило астероид внешнего каменистого слоя, оставив лишь тяжелую металлическую сердцевину. Это все равно как если бы от нашей Земли осталось только одно ядро… И, в общем-то, многие признаки подтверждали данную версию: это и кажущаяся плотность небесного тела, и спектры составляющего его вещества, и свойства поверхности.

Но в то же время если планета была разрушена, то на ее орбите должны были находиться фрагменты родительского тела, как в случае с другим астероидом – Вестой. Однако их нет. Кроме того, Психея не принадлежит ни к одному из астероидных семейств. Впрочем, не исключено, что фрагменты первоначального тела просто рассеялись по Солнечной системе, войдя в зону гравитации других объектов. За миллиарды лет могло произойти многое…

Психея является эллипсоидом с размерами 214х181х145 километров и плотностью 3,3 ± 0,7 грамма на кубический сантиметр. Поскольку ее массивность позволяет ей оказывать гравитационное воздействие на орбиты более мелких астероидов при сближении с ними, то удалось с высокой степенью точности измерить ее массу. По последним данным, она составляет 2,27·1019 килограмма. Любопытно, что наклон оси вращения Психеи – около 95 градусов, то есть она вращается «лежа на боку», как и планета Уран.

Первоначально предполагалось использовать для миссии «Психея» технологию, уже разработанную ранее для строительства зонда Dawn, предназначенного для изучения орбиты карликовой планеты Церера. Станция была запущена 27 сентября 2007 года с мыса Канаверал (США) посредством ракеты-носителя Delta 2. 15 июля 2011 года она достигла Весты и стала первым в мире искусственным спутником астероида. В сентябре 2012 года зонд покинул Весту и 6 марта 2015 года прибыл на орбиту Цереры.

Dawn стал первым космическим аппаратом, который, закончив исследование одного небесного тела, отправился исследовать другой объект, также превратившись в его орбитальный спутник.

Такой тип ускорителя, как двигатель Холла, впервые используется для полетов в открытый космос. По словам экспертов, без подобной технологии это путешествие вообще было бы невозможным, так как использование традиционных химических двигателей требуют колоссальных объемов финансирования. Прежде всего потребовалось бы в пять раз больше топлива. Скажем, миссия «Кассини», исследовавшего Сатурн с 2004 по 2017 год, стоила около 4 миллиардов долларов. Столь большие суммы зарезервированы лишь для крупных приоритетных проектов, в число которых изучение крошечной Психеи не входит. И такие миссии реализуются не чаще, чем 1-2 раза за десятилетие. Новая же разработка позволяет провести исследование астероида сравнительно дешево и уложиться в «бюджетный» миллиард долларов.

Эффектом Холла называют возникновение в электрическом проводнике разности напряжений на краях образца, помещенного в поперечное магнитное поле, при протекании тока перпендикулярно этому полю. Эффект был открыт в 1879 году американским физиком Эдвином Холлом и получил название в честь него.

Впервые двигатели, работающие на основе данного эффекта, начали применять в СССР в 70‑х годах прошлого столетия. Они относятся к электростатическим ракетным двигателям, но обладают большей тягой, чем стандартные ионные, будучи одного размера с последними.

В частности, каждый такой ускоритель способен генерировать в три раза больше тяги, чем ионный двигатель межпланетной станции Dawn. Сегодня их используют для выведения спутников на целевые орбиты, причем не только в России, но и за рубежом. Правда, сотрудники NASA и Maxar полагают, что первый полет будет скорее испытательным и покажет, как может работать эта технология в новой среде, сообщает издание Ars Technica.

«Выход за пределы Земли всегда связан со сложностями, – прокомментировал вице-президент компании Maxar Роберт Кербим. – Удаляясь от Солнца, вы генерируете меньше энергии от солнечных батарей. Радиационная среда будет другой. И встает вопрос, сможем ли мы поддерживать пульсацию ускорителей настолько долго». Если все пойдет по плану, то корабль достигнет цели через 3,5 года после старта.

Подойдя к Психее на максимально близкое расстояние, он в течение шести месяцев должен будет изучить топографию астероида, рельеф поверхности, гравитационные, магнитные и прочие характеристики. Возможно, анализ состава Психеи поможет понять процесс формирования объектов Солнечной системы в целом…

Ирина ШЛИОНСКАЯ