В научном мире всё больше внимания уделяется экзопланете Proxima Centauri b — ближайшему к Земле миру за пределами Солнечной системы, который потенциально может быть пригоден для жизни. Несмотря на её удалённость — более четырёх световых лет от нас — учёные всерьёз задумываются о возможных миссиях к этому объекту. Однако расстояние остаётся главным препятствием: традиционные космические аппараты просто не способны преодолеть его за разумное время. Именно поэтому набирают популярность идеи, которые выходят за рамки привычной инженерной мысли.
Одну из таких идей предложила Амели Лутц в своей магистерской работе в Виргинском политехническом институте. Она исследовала возможность использования термоядерного двигателя для отправки к Проксиме Центавра исследовательского зонда массой в несколько сотен килограммов. Такой аппарат, по её расчётам, сможет не просто пролететь мимо планеты, а выйти на её орбиту и проводить длительные наблюдения.
В состав предполагаемого космического зонда входит 11 различных научных приборов. Это, в частности, спектрометры, магнитометры, а также системы визуализации и зондирования, позволяющие «заглянуть» под потенциальные ледяные покровы планеты. Для передачи данных обратно на Землю на борту будет размещён мощный передающий модуль. Одним из предложенных решений для увеличения дальности и пропускной способности связи стала идея использовать гравитационную линзу самой Проксимы Центавра. Такая система, по расчётам, способна обеспечивать передачу данных со скоростью до 10 мегабит в секунду на каждый ватт затраченной мощности.
Ключевая особенность проекта Лутц — источник энергии. Вся система, включая двигатель и электрическое питание приборов, базируется на использовании термоядерного реактора. Автор работы рассмотрела три типа таких установок: магнитно-инерционную термоядерную установку, двигатель на инерциально-электростатическом удержании, а также микротермоядерную установку с антиматерией в качестве инициатора. Последняя конструкция — самая компактная, но требует наличия антиматерии, которая невероятно редка и крайне дорога.
Для каждой установки были проанализированы четыре вида возможного топлива: дейтерий–дейтерий, дейтерий–тритий, протон–бор-11 и дейтерий–гелий-3. Наиболее сбалансированным вариантом оказался последний. D–He3 даёт высокий выход энергии, имеет низкий уровень нейтронного излучения и работает при относительно умеренных температурах. Главная проблема — крайне ограниченные запасы гелия-3 на Земле. Тем не менее, уже давно обсуждаются способы его добычи на Луне.
Чтобы оценить эффективность различных комбинаций двигателя и топлива, были смоделированы несколько профилей миссии. Один из них предполагает пролёт без торможения со скоростью 24 000 км/с — слишком быстро для полноценного научного исследования. Другой сценарий предлагает замедление во второй половине полёта, позволяющее пролететь мимо планеты со скоростью около 25 км/с. Однако наибольший интерес представляет возможность выхода на орбиту вокруг Proxima Centauri b, что потребует высокой энергоэффективности, малой массы и минимального нейтронного излучения.
Лучшей конфигурацией оказалась комбинация термоядерного ракетного двигателя с использованием топлива D–He3. По расчётам Лутц, такой аппарат массой 500 кг сможет достичь системы Проксимы и выйти на орбиту вокруг планеты примерно за 57 лет. Это амбициозный срок для межзвёздной миссии с полноценной исследовательской программой.
Однако пока все эти расчёты остаются теоретическими. Ни один из предложенных термоядерных двигателей не был реализован на практике. Для их воплощения потребуется не только масштабный технический прогресс, но и политическая воля. Тем не менее, перспективы, открывающиеся перед человечеством в случае реализации подобных проектов, делают эти исследования крайне важными — возможно, именно они положат начало новой эпохе освоения звёзд.
Схема работы термоядерного двигателя, включая основные подсистемыНАСА