Как продлить жизнь плазменным двигателям в космосе

Современные требования к спутниковым двигателям диктуют жесткий стандарт: ресурс непрерывной работы должен составлять не менее 10 тысяч часов. Однако стандартный материал ускорителей — боросил — неизбежно деградирует. Ионы ксенона, разогнанные электрическим полем в сотни вольт, при столкновении со стенками разрушают не только керамику, но и элементы магнитной системы. Это меняет топологию магнитных силовых линий и заставляет двигатель переходить в нештатные режимы работы.

Научные группы сегодня сосредоточены на создании детальных компьютерных моделей, которые позволяют заглянуть внутрь ускорительного канала. Физики из НИЯУ МИФИ работают над переходом от простых одномерных к сложным двумерным и трехмерным моделям. Задача осложняется тем, что двигатели работают в нестационарном, колебательном режиме с постоянными выбросами плазмы. Исследователи пытаются найти баланс: изменить геометрию магнитной системы так, чтобы ионы реже бомбардировали стенки, не жертвуя при этом тягой и удельным импульсом. Сейчас ученые используют как собственные наработки, так и специализированное ПО вроде библиотеки BOUT++, изначально созданной для задач термоядерной энергетики. По словам Александра Степаненко, создание полноценной трехмерной модели, учитывающей все физические процессы, остается главной целью, которая позволит перейти от теоретических расчетов к созданию принципиально новых, более выносливых технических изделий для будущих межпланетных миссий.