Экономичный привод для малых спутников позволит им превращаться в межпланетные станции, способные на самостоятельные рейсы к Луне, астероидам или Марсу. В силу дешевизны подобных аппаратов они могут революционизировать изучение космоса.

Инженеры из политехнической школы Лозанны (EPFL) построили прототип ионного двигателя под названием MicroThrust. Он предназначен для космических аппаратов весом от 1 до 100 килограммов. Такие аппараты, нередко создаваемые в университетах и институтах, обычно запускают как дешёвую попутную нагрузку вместе с более крупными спутниками. При этом малыши остаются на тех орбитах, на которые их доставила ракета-носитель.

Но представьте, как расширились бы возможности учёных, если бы недорогие «разведчики» могли самостоятельно разлетаться по Солнечной системе, не нуждаясь в крупных разгонных блоках или в объединении с редкими и дорогими флагманскими межпланетными миссиями.

В разработке сверхкомпактного космического привода помимо EPFL как ведущей организации принимает участие целый ряд институтов и компаний Великобритании, Нидерландов и Швеции. Учёные и инженеры уже создали несколько макетов и моделей, а недавно на свет родился первый рабочий образец двигателя MicroThrust.

Этот двигатель весит менее 200 граммов, включая управляющую электронику и даже топливо (порядка 100 г). Он может быть легко интегрирован в спутник размером всего 10 х 10 х 10 сантиметров, а ведь это известный и набирающий популярность форматCubeSat.

В последние несколько лет NASA использовало в качестве источника энергии для космических зондов плутоний-238 — на нем, в частности, летали корабли серии Voyager. Cassini, находящийся сейчас на орбите Сатурна, также использует плутоний-238. Однако в начале 1980-х годов Штаты начали сворачивать производство плутония, и уже к 1991 году создавать его было просто негде. Одним из последних проектов NASA, где использовался плутоний-238, стал марсоход Curiosity, который сейчас шагает по поверхности Красной планеты.

В 2011 году NASA и Министерство энергетики получили около 10 миллионов долларов на перезапуск программы по производству плутония, и в ближайшее время Штаты будут способны каждый год выдавать по несколько килограммов этого источника энергии.

Именно на плутонии-239 будет работать двигатель  MicroThrust. Этому способствует тот факт, что именно Плутоний-239 на сегодня самый «компактный» материал для ядерного реактора. Топливный блок, содержащий критическую массу этого материала как раз вписывается в кубике с размером ребра 10 см.

Конструкция будет состоять из нескольких частей: широкая полая активная зона реактора, насыщенная ураном, вокруг него бериллиевый отражатель с односторонним механизмом закладки управляемой капсулы с ураном. Как только капсула помещается в реактор, он доходит до своей критической массы. Отдельные нейроны отскакивают от стенок отражателя и попадают обратно в активную зону, что повышает эффективность реакции. С удалением капсулы реакция останавливается.

Реактор будет помещен за защитный экран, чтобы можно было обезопасить остальную территорию станции от радиации. Тепловая энергия будет передаваться по специальной трубе, от реактора до пары экологически чистых двигателей. Принцип их работы основан на замкнутой петле, приводимой в движение разницей температур. В трубе будет содержаться жидкость, превращаемая в пар при нагревании теплом от реактора. Пар приводит в движение поршни двигателя, который, в свою очередь крутит динамо-машину для выработки электричества. После поршней пар попадает в охлаждающий отсек, чтобы, превратившись обратно в жидкость, начать процесс сначала.

«Этот экспериментальный образец по своим характеристикам и уровню вырабатываемой энергии отвечает практически всем изначальным требованиям к проекту» — утверждает инженер лаборатории в Лос Аламосе Дэвид Постон – «Единственный показатель, который потребует доработки для реальных условий – это вырабатываемая двигателем температура, поскольку для осуществления полета в космосе потребуется гораздо больше энергии».

Несмотря на успех эксперимента, проект двигателя требует серьезной доработки до того момента, когда его можно будет использовать в жизни. Для экспедиций за Юпитер потребуется несравненно большее количество энергии. По словам сотрудника НАСА Марка Гибсона, «В реальной экспедиции демонстрируемый сейчас миниатюрный ядерный реактор будет лишь одним из многочисленных модулей двигателя летательного аппарата, и каждый из них будет вырабатывать около киловатта электроэнергии».