Новое топливо успешно выдержало условия ядерных ракетных реакторов
Компания General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) успешно испытала ядерное топливо, которое однажды может стать движущей силой и источником энергии для космического корабля будущего. Испытания подтверждают, что топливо может выдержать суровые условия ядерного ракетного реактора.
До сих пор основным способом движения космических аппаратов были химические ракеты. Химические двигатели вывели первый спутник в космос, первого человека на Луну и отправили первые зонды для исследования дальнего космоса за пределами солнечной системы.
Однако химические ракеты достигли теоретических пределов своих возможностей. Фактически, они уже достигли этого, когда первая немецкая ракета Фау-2 достигла границ космоса в 1942 году. С тех пор все достижения были направлены на то, чтобы сделать ракеты больше и эффективнее за счет инноваций, периферийных по отношению к самому ракетному двигателю.
Существуют альтернативы химическим ракетам, такие как ионные двигатели и солнечные паруса, но они производят мизерную тягу и имеют ограниченное применение. Для действительно амбициозных проектов космическим инженерам нужно что-то, что по крайней мере на треть мощнее лучшей химической ракеты.
Если бы такой двигатель можно было сделать, он бы позволил осуществлять быстрые перелеты между низкой околоземной орбитой и Луной, иметь возможность быстро менять орбиты в короткие сроки и отправлять большие пилотируемые миссии на Марс и другие планеты в разумные сроки.
Лучшим, фактически единственным кандидатом для этого сегодня является система ядерного теплового движения (NTP) или ядерная ракета. Впервые задуманная в 1945 году, это ракета, которая заменяет сжигание химического топлива ядерным реактором, который используется для нагрева топлива. Это топливо, скорее всего, водород, хотя можно использовать что угодно, включая воду. Это потому, что само топливо не обеспечивает никакой энергии. Топливо просто реакционная масса, которая должна быть выброшена для создания тяги в соответствии с первым законом Ньютона.
Основной принцип прост, но в инженерии дьявол всегда кроется в деталях. Одна из таких деталей заключается в том, что такой реактор должен работать при очень высоких температурах и сильных вибрациях. Речь идет о температурах выше 2000 °C, с высокореактивным перегретым водородным газом в придачу.
Любое обычное ядерное топливо с трудом выдержало бы это, но ракетным инженерам нужно топливо, которое не только способно выдержать испытание временем, но и не растрескивается и не раскалывается в процессе.
По словам Скотта Форни, президента GA-EMS, недавние испытания, проведенные в Центре космических полетов имени Маршалла доказали, что новейшее топливо может выживать без эрозии или деградации при рабочих температурах.
Топливо подвергалось полному воздействию реакторного тепла и водородного газа и выдерживалось там в течение 20 минут — примерно столько же, сколько ядерный двигатель должен был бы выдержать во время маневра на разгоне. Другие испытания изучали, как топливо справляется с изменениями в защитных характеристиках, которые не были указаны.
«Насколько нам известно, мы являемся первой компанией, которая использовала установку для испытаний компактных топливных элементов в условиях окружающей среды (CFEET) в NASA MSFC, чтобы успешно протестировать и продемонстрировать выживаемость топлива после термоциклирования при температурах и скоростях изменения температуры, характерных для водорода», — сказала Кристина Бэк, вице-президент GA-EMS Nuclear Technologies and Materials.
«Мы также провели испытания в неводородной среде в нашей лаборатории GA-EMS, которые подтвердили, что топливо показало исключительные результаты при температурах до 3000 °K (2726 °C), что позволило бы системе NTP быть в два-три раза эффективнее обычных химических ракетных двигателей. Мы рады продолжить наше сотрудничество с NASA по мере того, как мы совершенствуем и тестируем топливо для соответствия требованиям к производительности будущих окололунных и марсианских миссий».