Когда речь заходит о покорении дальнего космоса, большинство представляет себе гигантские ракеты, оглушительный рёв двигателей и столбы пламени. Однако настоящая революция в межпланетных перелётах может произойти почти бесшумно — за счёт технологий, которые разгоняют заряженные частицы до невероятных скоростей. Речь о плазменных двигателях, и сегодня именно с ними связаны наиболее амбициозные планы человечества по освоению Солнечной системы.
Мне не раз приходилось слышать скептические замечания о том, что плазменные установки — это лишь красивая теория. Но факты говорят об обратном: такие двигатели уже десятилетиями работают на реальных космических аппаратах. Более того, российские инженеры сейчас испытывают сразу несколько перспективных конструкций, каждая из которых решает собственную задачу — от продления жизни небольших спутников до сокращения времени полёта к Марсу в разы.
От первых импульсов до орбитальной рутины
История плазменных двигателей началась задолго до того, как они стали привычным элементом спутниковых платформ. Ещё в начале XX века Константин Циолковский размышлял о приборах, способных ускорять частицы и доставлять аппараты к ближайшим звёздам за десятилетия. Эти идеи легли в основу работ, которые развернулись в Советском Союзе в 1950-х годах. В отделе плазменных исследований Института атомной энергии вместе со специалистами ОКБ-1 под руководством Сергея Королёва началась практическая разработка электрореактивных установок.
Прорывным стал 1964 год. Советская автоматическая станция «Зонд-2», направлявшаяся к Марсу, впервые в истории применила в открытом космосе абляционные импульсные плазменные двигатели. Сблизиться с Красной планетой тогда не удалось из-за проблем с раскрытием солнечных батарей, но сам факт запуска доказал работоспособность технологии. Параллельно американцы отправили на суборбитальную траекторию ракету с ионными двигателями, однако приоритет в практическом использовании плазменных установок в космосе остался за нашей страной.
Настоящий технологический фундамент был заложен в декабре 1971 года, когда на орбиту вышел спутник «Метеор-1-10» со стационарным плазменным двигателем, созданным Алексеем Морозовым. В такой установке рабочее тело, чаще всего ксенон, превращается в ионизированную плазму, которая затем ускоряется электромагнитным полем и создаёт реактивную тягу. Эта схема оказалась настолько удачной, что до сих пор большинство космических аппаратов с плазменными двигателями летают именно на СПД. Значительная часть таких устройств выпускается российским ОКБ «Факел» и востребована по всему миру. С помощью российского двигателя, например, европейский зонд Smart-1 добрался до Луны с околоземной орбиты.
При этом важно понимать: плазменные двигатели созданы именно для безвоздушного пространства. В атмосфере, где сопротивление среды требует высокой тяги, они проигрывают классическим химическим решениям. Зато в вакууме их преимущества раскрываются полностью — высокий удельный импульс и длительный ресурс позволяют аппаратам развивать скорости на порядок выше, чем при использовании традиционных ракетных технологий, и при этом тратить заметно меньше топлива.
Марсианская гонка и российский ответ
Сегодня мировая конкуренция за возможность отправить человека к Марсу становится всё более напряжённой. Основатель SpaceX Илон Маск уже заявлял, что в ближайшие годы его компания отправит к Красной планете беспилотные корабли, а затем попробует доставить и первый экипаж. В долгосрочной перспективе он рассчитывает на создание самодостаточного поселения. Однако скорость и безопасность таких миссий напрямую зависят от двигательных технологий.
Российский ответ на этот вызов — мощный плазменный ракетный двигатель, разрабатываемый Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований, входящим в «Росатом». Работы над технологией стартовали ещё в 2021 году, а в феврале 2025-го учёные представили лабораторный прототип. Сейчас проект переходит к этапу стендовых и ресурсных испытаний, лётный образец планируется создать к 2030 году.
Установка работает в импульсно-периодическом режиме и достигает средней мощности около 300 кВт. Это даёт тягу в 6 Н и удельный импульс порядка 100 км/с. Для сравнения, скорость истечения плазменного потока в десятки раз превышает скорость струи при сгорании химического топлива, которая едва дотягивает до 4,5 км/с. Энергетический КПД устройства превышает 80%, а непрерывная работа возможна на протяжении минимум ста дней. Такие параметры позволяют рассчитывать на сокращение времени полёта к Марсу до 30–60 суток вместо почти года, который требуется при использовании современных технологий.
Зарубежные конкуренты тоже не стоят на месте. Наиболее известная альтернатива — двигатель VASIMR компании Ad Astra Rocket с тягой до 5,4 Н и мощностью 200 кВт. Однако российский прототип превосходит его по комплексу характеристик: выше тяга, больше мощность и значительно лучше удельный импульс. Это даёт отечественной разработке серьёзное преимущество в перспективных межпланетных миссиях.
Впрочем, «Росатом» — не единственный игрок на этом поле внутри страны. В НИЦ «Курчатовский институт» идут испытания безэлектродного плазменного двигателя. Прототип проверяют в установке, имитирующей условия космического пространства. Разработчики также рассматривают возможность использования устройства в полётах к другим планетам, включая Марс.
Однако одного мощного двигателя для пилотируемой миссии недостаточно. Космос остаётся крайне недружелюбной средой: необходимо решать вопросы радиационной защиты, организации жизнеобеспечения экипажа и электропитания маршевой установки. В качестве источника энергии рассматриваются компактные ядерные реакторы, но тогда возникает нетривиальная задача отвода лишнего тепла от аппарата в условиях вакуума.
Малые спутники и борьба с космическим мусором
Пока дальние перелёты остаются делом будущего, плазменные технологии уже сегодня меняют облик околоземной космонавтики. Для орбитальных спутников электрореактивные двигатели стали незаменимым инструментом коррекции орбиты и выполнения манёвров. Без них невозможно строить многоспутниковые группировки и контролируемо сводить отработавшие аппараты с орбиты, снижая риск накопления космического мусора.
Особый интерес представляют разработки для наноспутников массой от одного до десяти килограммов. Учёные НИЯУ МИФИ ещё в феврале 2023 года завершили огневые испытания абляционной импульсной плазменной установки VERA с увеличенной тягой. Устройство успешно проверили в составе наноспутника «Святобор-1». Инженерам удалось радикально уменьшить габариты и массу двигателя, сохранив приемлемую тягу при потребляемой мощности не более 3 Вт.
Параллельно специалисты Московского авиационного института совместно с коллегами из МФТИ создали маломощный плазменный двигатель на криптоне для низкоорбитальных спутников. Такая силовая установка сможет поддерживать орбитальную высоту, помогать аппарату избегать столкновений с космическим мусором и контролируемо сводить его с орбиты после завершения службы. Предполагаемый срок работы в космосе — до семи лет.
Ещё одна разработка МАИ адресована сверхмалым спутникам формата CubeSat. Импульсный плазменный двигатель по своей сути близок к установке VERA, но превосходит конкурентов по суммарному импульсу тяги. Кроме того, он отличается простотой в изготовлении, что облегчает серийное производство.
Не останавливаются и работы по совершенствованию классических стационарных плазменных двигателей. В марте 2023 года успешно прошли испытания СПД-70М на криптоне, созданного в ОКБ «Факел». Годом позже в Центре Келдыша провели огневые проверки плазменного двигателя КМ-55 для малых спутников.
Технологический задел на десятилетия
Российским учёным и инженерам предстоит ещё немало работы, прежде чем новые плазменные установки займут место на серийных космических аппаратах. Тем не менее уже сейчас понятно: страна сохраняет одну из сильнейших в мире школ в области электрореактивных двигателей. Именно наши специалисты первыми отправили в открытый космос и включили плазменный двигатель на автоматической межпланетной станции, первыми запустили на орбиту стационарный плазменный двигатель в составе искусственного спутника Земли.
Когда новые разработки будут полностью завершены и успешно проявят себя в реальных условиях, это укрепит позиции России в гонке по освоению ближнего и дальнего космоса. А главное — приблизит момент, когда путешествие к Марсу перестанет быть многолетним испытанием и превратится в выполнимую миссию для человека.
