Как сказал Билл Эмрих, один из ведущих инженеров по разработке ядерных тепловых ракетных элементов в НАСА: Илон Маск и другие хотят доставить людей на Марс и основать там колонию. Если вы хотите отправиться на Марс и оставить людей на Марсе, вы можете сделать это с помощью химических ракет. Это будет трудный, но возможный путь. Но если вы хотите вернуть людей на Землю, вы почти вынуждены использовать ядерные ракеты. А в НАСА мы больше заинтересованы в том, чтобы возвращать людей домой.
Идея ядерных ракетных двигателей, которая возникла еще в 1940-х казалась многим крайне привлекательной, т.к. сделала бы межпланетные путешествия для нас обыденным делом. Тема оказалась сложной, и ни одна из мировых держав до сих пор не смогла похвастаться действительно рабочим прототипом ракеты с ядерной установкой Хотя кажется, не все так безнадежно: НАСА приготовила для нас интересные новости о своих новых разработках! Теперь обо всем по порядку:
Топливо решает
Ядерные реакторы могут производить энергию и тягу, необходимые для быстрой доставки большого космического корабля на Марс и, при желании, даже за его пределы. Важно отметить, что ядерные двигатели предназначены только для межпланетных путешествий, а не для использования в атмосфере Земли: химические ракеты выводят аппарат за пределы низкой околоземной орбиты и только тогда уже срабатывает ядерная двигательная установка.
Задача заключалась в том, чтобы сделать эти ядерные двигатели безопасными и легкими. Как сказал главный инженер по управлению космическими технологиями НАСА Джефф Шихи: ключевой технологией, которую необходимо усовершенствовать, является именно топливо. Нужно, чтобы топливо могло выдерживать сверхвысокие температуры и летучие условия в ядерном тепловом двигателе. Недавно две американские компании заявили, что их топливо достаточно надежно для безопасного, компактного и высокопроизводительного реактора. Фактически, одна из этих компаний уже предоставила НАСА детальный концептуальный проект.
Ядерная тепловая двигательная установка использует энергию, выделяемую в результате ядерных реакций, для нагрева жидкого водорода примерно до 2430 C, что примерно в восемь раз превышает температуру активной зоны ядерных электростанций. Пропеллент расширяется и выбрасывается в сопла с огромной скоростью. Это может обеспечить вдвое большую тягу на массу топлива по сравнению с химической ракетой, позволяя кораблям с ядерными двигателями путешествовать дольше и быстрее. Кроме того, оказавшись в пункте назначения, будь то спутник Сатурна Титан или Плутон, ядерный реактор может переключиться с силовой установки на источник энергии, что позволит аппарату отправлять обратно высококачественные данные в течение многих лет.
Чтобы получить достаточную тягу от ядерной ракеты, раньше требовался оружейный высокообогащенный уран. Низкообогащенное урановое топливо, используемое на коммерческих электростанциях, было бы более безопасным в использовании, однако оно может стать хрупким и развалиться под воздействием высоких температур и химических воздействий со стороны чрезвычайно реактивного водорода.
Три месяца и вы на Марсе
Компания из Сиетла Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies разработала концепцию нового двигателя с ядерным тепловым движением (NTP) и доставила его в НАСА. Специалисты обещают, что их разработка позволит добраться до Марса всего за три месяца. По словам космического директора компании Майкла Идса, их концептуальный двигатель намного безопаснее своих предшественников и может производить удельный импульс вдвое больше своих химических собратьев. Их особенность топлива будет состоять в том, что будет иметь полностью керамическую микрокапсулу для питания реактора двигателя, а также основываться на уране с обогащением выше 5 % и ниже 20 %, которое проявляет себя значительно лучше, чем топливо для энергетических реакторов, но не может быть использовано для гнусных целей, поэтому это значительно снижает риски эксплуатации, говорит Идс. Топливо компании содержит микроскопические частицы уранового топлива с керамическим покрытием, диспергированные в матрице карбида циркония. Микрокапсулы удерживают радиоактивные побочные продукты деления внутри, позволяя уйти теплу.
Другая компания BWX Technologies (Линчбург, штат Вирджиния), также сотрудничащая с НАСА, помимо разработок конструкций, использующих вышеуказанную форму топлива, предлагает альтернативный вариант: топливо, заключенное в металлическую матрицу.
Две компании предлагают две различные модели замедления энергетических нейтронов, образующихся при делении в целях поддержания цепной реакции, позволяющие избежать повреждений конструкции реактора. BWX размещает свои топливные блоки между гидридными элементами, а уникальная конструкция USNC-Tech включает в себя замедлитель из металлического бериллия. Наше топливо остается целым, выдерживает условия горячего водорода и радиации и не поглощает все нейтроны реактора, говорит Идс.
USNC-Tech уже сделала небольшие прототипы оборудования на основе своего нового топлива и передала их НАСА для тестирований.
Список литературы:
- GMT P. 23 D. 2020 | 16:00. Nuclear-Powered Rockets Get a Second Look for Travel to Mars IEEE Spectrum [Электронный ресурс]. URL: spectrum.ieee.org/aerospace/space-flight/nuclear-powered-rockets-get-a-second-look-for-travel-to-mars
- Nuclear Rockets the Future for Space Missions to Mars ASME [Электронный ресурс]. URL: www.asme.org/topics-resources/content/the-future-of-nuclear-rockets-for-space-travel
