НАСА делает серьезный шаг к космическим ядерным двигателям

Через четыре года, если все пойдет хорошо, в космос впервые будет запущен ядерный ракетный двигатель. Сама ракета будет обычной, но другое дело — выводимая на орбиту полезная нагрузка.

НАСА объявило в среду, что планирует запуск ракетного двигателя с ядерной силовой установкой в ​​космос уже в 2027 году. Космическое агентство США инвестирует около 300 миллионов долларов в проект по разработке двигательной установки следующего поколения.

«НАСА планирует отправиться на Марс с этой системой», — сказал Энтони Каломино, инженер НАСА, который возглавляет программу агентства по космическим ядерным двигателям. «И этот тест действительно даст нам такую основу».

Назад в будущее

Традиционные химические двигатели отлично подходят для запуска ракет с поверхности Земли, но такие машины ужасно неэффективны для передвижения по Солнечной системе. Они совершенно не экономят топливо; они его буквально проглатывают. Чтобы добраться до Марса, требуется огромное количество топлива и жидкого окислителя, и при этом на полет уйдет не менее шести месяцев. Чтобы люди действительно стали космическим видом, должен быть лучший способ для межпланетных путешествий.

Вернер фон Браун, немецкий инженер, бежавший в Соединенные Штаты после Второй мировой войны, осознал потенциал ядерных тепловых двигателей еще до того, как его ракета «Сатурн-5» с химическими двигателями высадила людей на Луну. В конце концов, это привело к проекту под названием NERVA (ядерный двигатель для ракетных транспортных средств). В конце концов его отменили, чтобы дать дорогу программе шаттлов.

Основная идея проста: ядерный реактор быстро нагревает топливо, вероятно, жидкий водород, а затем этот газ расширяется и выходит через сопло, создавая тягу.

Но спроектировать все это для космических двигателей сложно, а еще есть нормативные трудности со строительством ядерного реактора и безопасным запуском его в космос.

Так что технология ядерных тепловых двигателей долго лежала на полке. Наконец, в 2020 году представители Агентства перспективных исследовательских проектов заявили (DARPA), что хотят испытать летную ядерную тепловую двигательную установку. Это положило начало программе под названием «Демонстрационная ракета для гибких окололунных операций» (DRACO).

Позже к ним присоединилось НАСА с целью разработки аналогичной технологии для миссии на Марс. Причина очевидна: многие ученые и инженеры считают , что единственным устойчивым способом развития программы исследования Марса является использование ядерных двигателей.

План вперед

В среду НАСА и DARPA объявили, что выбрали Lockheed Martin в качестве основного подрядчика по сборке экспериментального корабля с ядерным тепловым реактором (X-NTRV) и его двигателя. BWX Technologies станет одним из партнеров Lockheed Martin и займется разработкой ядерного реактора и изготовлением высокопробного низкообогащенного уранового топлива для питания реактора.

Стоимость составляет 499 миллионов долларов, сказала Табита Додсон, программный менеджер DARPA, в ходе телеконференции с журналистами.

НАСА возьмет на себя инициативу по разработке ядерного двигателя, а DARPA будет курировать множество других вопросов, от ядерных нормативных требований до операций миссии и всех анализов безопасности корабля. Ядерный реактор будет запущен в «холодном» режиме из соображений безопасности и не будет включен, пока не выйдет на достаточно высокую орбиту.

Эта окончательная орбита еще не определена, но, вероятно, она будет находиться на высоте от 700 до 2000 км над поверхностью Земли, так что возвращение корабля в атмосферу планеты произойдет через сотни лет после того, как произойдут какие-либо ядерные реакции.

По словам Табиты Додсон, ракета с ядерной силовой установкой будет запущена в обтекателе полезной нагрузки ракеты Falcon 9 или Vulcan и будет выглядеть почти так же, как верхняя ступень обычной ракеты.

Она будет состоять из большого бака с водородным топливом, ядерного реактора, несущей конструкции космического корабля и сопла. Как только она выйдет на безопасную орбиту, реактор включится. Затем жидкий водород будет нагреваться от 20 Кельвинов (всего на 20° по Цельсию выше абсолютного нуля) до 2700 Кельвинов менее чем за секунду.

А потом? Что ж, посмотрим. Есть некоторые неизвестные характеристики реактора и его уранового топлива в условиях невесомости.

«Важно помнить, что это демонстрационный двигатель, — сказала Табита Додсон. «И, как и при любом другом испытании ракетного двигателя, НАСА, возможно, потребуется провести серию дополнительных работ по разработке двигателя, чтобы приблизиться к идеальному работающему двигателю».

Не забывайте о водороде

Этот эксперимент интересен не только испытанием ядерного двигателя. В то время как много новых технологий будет использовано для разработки ядерного реактора, который может работать в условиях микрогравитации, много усилий также будет направлено на управление жидким водородным топливом транспортного средства.

До сих пор жидкий водород успешно хранился в космосе только в течение нескольких дней, так как он кипит при температуре выше 20 Кельвинов. Табита Додсон сказала, что миссия будет пытаться хранить жидкий водород в его ультрахолодном состоянии в течение нескольких месяцев, что даст достаточно времени для нескольких испытаний ядерного теплового двигателя.

После того, как топливо закончится, двигатель больше не сможет работать, хотя диспетчеры миссии на земле все еще сохранят связь с космическим кораблем.

Миссия может быть продлена, если ее можно будет дозаправлять роботами, и конструкторы космического корабля пытаются предусмотреть такую ​​возможность.