Долгое время термоядерные двигатели оставались лишь теоретической концепцией, обещавшей быстрые перелёты по Солнечной системе: до Марса за недели, до Сатурна за месяцы, до Плутона за годы. Однако сейчас сразу несколько компаний занимаются разработкой практических двигателей на основе термоядерного синтеза и уже достигают значимых результатов. Британский стартап Pulsar Fusion рассчитывает отправить демонстрационную миссию в космос в 2027 году, а Принстонский университет и американская Helicity Space продолжают собственные работы над термоядерными двигателями.
Если эти усилия увенчаются успехом, миссии по Солнечной системе для роботов и людей могут стать доступными как никогда прежде, а человечество превратится в настоящий космический вид. «Если мы продолжим двигаться по текущей траектории, всё, что мы знаем о космических путешествиях, изменится в течение десятилетия», — заявил в интервью Live Science Стефан Линтнер, генеральный директор и соучредитель Helicity Space. Однако остаётся вопрос: не слишком ли это хорошо, чтобы быть правдой, и сможет ли мечта о термоядерном двигателе когда-нибудь осуществиться полностью.
Термоядерный синтез — это процесс, при котором два атома соединяются, образуя более тяжёлый, и высвобождают избыточную энергию в виде света и тепла. Самый известный пример такого процесса — реакции внутри Солнца при температуре до 15 миллионов градусов Цельсия, где атомы водорода сливаются в гелий. Если бы этот процесс удалось воспроизвести на Земле, он дал бы огромное количество энергии. «Святой Грааль — это бесплатная энергия для всех», — сказал Линтнер. Целые города и страны преобразились бы, наступил бы новый век чистой и изобильной энергии.
Многие эксперименты уже проведены, а крупные термоядерные установки, такие как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) во Франции, находятся в стадии строительства. Однако коммерчески жизнеспособные термоядерные реакторы пока не созданы. Одна из главных проблем — удержание турбулентной сверхгорячей плазмы, необходимой для синтеза, при нужной температуре. Текущий рекорд удержания составляет 22 минуты. Если перенести ту же концепцию в космос, появляется способ питания космического аппарата, причём проблемы с удержанием плазмы не возникают: плазму можно выбрасывать из корабля, создавая постоянную тягу для разгона в безвоздушном пространстве.
«Термоядерная тяга в чём-то сложнее, а в чём-то проще, чем производство энергии на Земле», — сказала Live Science Бхувана Сринивасан, профессор аэронавтики и астронавтики Вашингтонского университета. Космический аппарат с термоядерным двигателем мог бы разгоняться до сотен или даже тысяч миль в секунду — в несколько раз быстрее любого корабля в истории. В самом оптимистичном сценарии он достиг бы значительной доли скорости света, что сделало бы межзвёздные путешествия возможными. Разумеется, есть и огромные трудности: реактор должен быть достаточно компактным, чтобы поместиться в корабле, запускаемом ракетой, тогда как такие установки, как ИТЭР, размером с дом. Также нужны источник топлива, мощные магниты для защиты стенок двигателя от плазмы и способ создания экстремального нагрева.
В марте Pulsar Fusion впервые продемонстрировала «первую плазму» внутри термоядерного двигателя. В ходе испытания на предприятии компании в Блетчли один из двигателей Sunbird ненадолго превратил газ криптон в плазму, показав, как компания может удерживать плазму в выхлопной системе. Демонстрация показала, что «плазма будет находиться в системе там, где вы хотите», удерживаемая электромагнитным полем, рассказал Live Science Ричард Дайнан, генеральный директор и основатель компании. «Сложная задача теперь — нагреть плазму до температур, близких к синтезу».