Компании и исследовательские группы приступили к созданию двигателей для космических аппаратов на основе ядерного синтеза. Британский стартап Pulsar Fusion рассчитывает провести демонстрацию своей установки на орбите в 2027 году, а американские Princeton University и Helicity Space продолжают разработку собственных систем. Такие двигатели теоретически позволят добираться до Марса за недели, до Сатурна — за месяцы, а до Плутона — за годы.
Как сообщает Live Science, ядерный синтез представляет собой объединение двух атомов в более тяжёлое ядро с выделением энергии в виде света и тепла. Именно этот процесс происходит внутри Солнца, где при температуре около 15 млн градусов Цельсия водород превращается в гелий. На Земле учёные пока не создали коммерчески пригодный термоядерный реактор: одной из главных проблем остаётся удержание сверхгорячей плазмы, а установленный рекорд её стабильного поддержания составляет 22 минуты.
В космосе плазму предполагается не удерживать длительное время, а выбрасывать из двигателя, создавая постоянную тягу. Теоретически аппарат сможет разгоняться до сотен или тысяч миль в секунду, что значительно превысит скорость любого космического аппарата в истории. Однако установку необходимо сделать достаточно компактной для размещения на ракете, обеспечить её топливом и мощными магнитами, а также защитить стенки от плазмы.
В марте Pulsar Fusion впервые продемонстрировала «первую плазму» в термоядерном двигателе Sunbird. В ходе испытания на предприятии компании в Блетчли газообразный криптон на короткое время превратился в плазму, которую удалось удержать электромагнитным полем. «Плазма будет находиться в системе именно там, где нужно», — заявил Live Science основатель и генеральный директор Pulsar Fusion Ричард Динан. По его словам, теперь компании предстоит нагреть плазму до температур, близких к необходимым для синтеза.
Pulsar Fusion планирует использовать дейтерий и гелий-3, а полученную энергию направлять на нагрев гелия-4, который станет рабочим телом для создания тяги. Для полёта к Марсу, по словам Динана, потребуется несколько сотен граммов топлива, однако для разгона до расчётных скоростей двигателю понадобится от 10 до 20 метрических тонн дейтерия. Максимальная заявленная скорость Sunbird достигает 529 тыс. км/ч — примерно в десять раз больше нынешней скорости аппарата Voyager 1. При этом перелёт к Марсу может сократиться с девяти месяцев вдвое, поскольку двигатель способен работать месяцами.
Похожую концепцию Direct Fusion Drive более 20 лет изучает физик Принстонского университета Сэмюэл Коэн в рамках проекта Starfire. Его прототип уже создаёт плазму с температурой около 10 млн градусов Цельсия, но для синтеза дейтерия и гелия-3 необходимо достичь примерно 1 млрд градусов. Helicity Space разрабатывает двигатель Helicity Drive, использующий импульсы плазмы, и рассчитывает запустить систему в 2030-х годах; в 2023 году компания привлекла $5 млн. Учёные подчёркивают, что до практического применения ещё предстоит решить задачи стабилизации плазмы, создания устойчивых материалов и уменьшения размеров установки, хотя в перспективе термоядерная тяга может открыть путь к дальним полётам, включая миссии к Седне.