Французские физики изобрели способ, с помощью которого можно усовершенствовать ионные двигатели и заставить их работать в несколько раз дольше. Это может существенно ускорить подготовку первых экспедиций на Марс.

Речь идет о двигателе на эффекте Холла, который используется в космонавтике еще с 1971 года. Сегодня он функционирует на многих спутниках связи и космических зондах с целью корректировки их орбиты. Эти двигатели планируется использовать для путешествий на Марс, но есть одна проблема: текущая продолжительность работы двигателей Холла составляет около 10 тысяч часов работы, а подобные космические миссии требуют свыше 50 тысяч часов.

Холловский двигатель работает как обычный ионный: поток заряженных ионов (атомов, лишившихся одного или нескольких электронов), проистекающих от положительно заряженного катода к отрицательному аноду, создает реактивную струю, толкающую корабль. Дополнительную тягу создают электроны, гасящие утекающий с корабля положительный заряд.

Существенным отличием двигателей Холла является наличие у них так называемого виртуального катода вместо реального. Его роль выполняют скомбинированные магнитное поле и удерживаемое в двигателе электронное облако. Небольшой объем рабочего газа (обычно это ксенон) подается в камеру, где под разрядом электрического тока он ионизируется. Под действием электростатического поля ионы разгоняются и создают тягу. Возникающее в двигателе магнитное поле приводит к ускорению проистекающих с виртуального анода электронов, что не только создает дополнительную тягу за счет этих частиц (хоть электрон и во много раз легче тяжелых ионов), но и позволяет достичь более высокой скорости самой ионной струи.

Двигатель Холла прекрасно работает вот уже много лет, но его удачная конструкция одновременно с этим удерживала его от дальнейшего развития. Часть двигателя, содержащая анод, виртуальный катод и облако электронов, называется разрядной камерой. Ее главным недостатком является быстрая изнашиваемость. Во время работы двигателя она постоянно подвергается бомбардировке тяжелыми ионами, из-за чего камеру часто приходится чинить или заменять.

Сотрудники Французского национального центра научных исследований разработали способ, благодаря которому можно избежать столь быстрого износа. Они предложили вынести область взаимодействия ионов и электронов за пределы полости камеры с помощью необычного взаимного расположения анода и магнитного поля, полностью избавившись в конструкции от так называемой стенки разрядной камеры. В первую очередь именно эта стенка ограничивала срок работы двигателя 10 тысячами часов.

Ионные двигатели создают намного меньшую тягу, чем химические, однако из-за их чрезвычайной экономичности (двигатель Холла потребляет в миллионы раз меньше топлива) они могут работать достаточно длительное время, разгоняя корабль до больших скоростей. В случае космической экспедиции на Марс меньший запас топлива был бы чрезвычайно полезен, так как на корабле освободилось бы место для экипажа или ценных с точки зрения науки грузов.

Точных данных о том, какое время сможет функционировать новый французский ионный двигатель, пока нет. Но если инженеры смогут заставить его работать свыше 50 тысяч часов, он может спровоцировать настоящую революцию в исследовании космоса.