Человечеству необходим новый тип транспорта, если мы хотим выйти за пределы нашей планеты. Обычные ракеты на жидком топливе никоим образом не годятся для путешествий в столь огромном пространстве, что мы даже Солнце видим всегда в прошлом – свет, самая быстрая существующая вещь, от Солнца к Земле движется восемь минут. Даже свет от Луны летит к Земле три секунды. Ракеты на жидком топливе не могут доставить грузы на Луну раньше, чем через три-четыре дня. Технологии типа варп-двигателя — это фантастика без возможности воплощения. Значительно реальнее двигатели на основе атомных реакторов и уже намечен запуск первого такого космического буксира где-то в 2030-х.
</a</a >Основы космического полета
Единственным способом двигаться в космосе является исполнение второго закона Ньютона (описывается формулой F=ma). А именно – получить реактивную силу (F), чрезвычайно быстро (a) выбрасывая что-то тяжелое (m).
В случае ракеты из ее сопла чрезвычайно быстро вылетают сгоревшие газы. Скорость этим газам придает процесс сгорания, происходящий в камере сгорания, и последующее прохождение газов через сопло.
Другого способа двигаться в космической невесомости нет. Нужно отбросить от себя что-то тяжелое, чтобы улететь в противоположную сторону.
Иногда это ставит космонавтов в неловкое положение. Оказавшись в центре космического корабля и не имея чего-нибудь тяжелого в карманах, чтобы отбросить от себя, космонавт просто крутится на месте, не в состоянии переместиться.
Что мешает традиционным ракетам в космических полетах
Традиционные ракеты на жидком топливе годятся для вывода вещей на околоземную орбиту. Это всего несколько сотен или тысяч километров над поверхностью Земли.
Однако когда нужно преодолеть десятки миллионов километров – химические ракеты совершенно не подходят. Сегодня они используются, поскольку нет другой альтернативы.
Вы можете упомянуть, что существуют ионные и плазменные космические двигатели, разгоняющие газ электрическим полем и используемые для дальних полетов. Впрочем, эти двигатели имеют скудную тягу и им нужны годы, чтобы разогнать спутник весом несколько десятков килограммов. Химическая ракета сделает это через минуту.
Однако преимущество химических ракетных двигателей – чрезвычайно высокая тяга, позволяющая им перемещать сотни тонн грузов в космосе – происходит от их недостатка. Такие двигатели потребляют тонны топлива и окислителя ежесекундно.
Ионный ракетный двигатель – это как мопед, а химический ракетный двигатель – как грузовик. На канистр горючего мопед может пол страны объехать, а грузовик проедет всего несколько километров. Зато на мопед ничего не погрузишь, тогда как грузовик вместит несколько таких мопедов еще и место останется.
На сцену выходит ядерный космический двигатель
Ядерный двигатель в некотором приближении можно назвать ионным двигателем на стероидах. Если в ионных ракетных двигателях выбрасываемый газ нагревается слабой батарейкой, поэтому их тяга невелика. В ядерном двигатели нагрева газа будет делать сверхмощная реакция атомного разделения урана.
Ядерное деление выделяет невероятное количество выделяемой тепловой энергии, когда атом расщепляется нейтроном. Поэтому 1 кг уранового топлива в легководных реакторах соответствует почти 10 000 кг нефтепродуктов или 14 000 кг угля и позволяет производить 45 000 кВт-ч электроэнергии.
Благодаря этому ядерный двигатель не слишком быстро выбрасывает газ из сопла двигателя, создавая высокую тягу, но для такой работы ему нужно меньше топлива, чем химическая ракета.
Говоря на инженерном языке – ядерные космические двигатели обладают высоким удельным импульсом. Удельный импульс показывает, как долго 1 кг топлива создает тягу в 1 кг. Рассчитывается по формуле ((кг*сек)/кг). Поэтому ракетный двигатель с удельным импульсом 800 секунд в разы эффективнее двигателя с удельным импульсом 500 секунд.
Ядерные тепловые двигатели обладают примерно вдвое большим удельным импульсом, чем химические ракеты.
Ядерный космический двигатель получил дорожную карту
Консорциум компаний только что завершил свою первую попытку 11-летнего проекта, который мог бы отправить в космос первый космический буксир с ядерным двигателем. Проект называется RocketRoll, и он прокладывает путь к футуристической концепции миссии, которая может кардинально изменить, как человечество использует свои космические технологии.
RocketRoll создает дорожную карту для передовых силовых установок для продолжительных космических миссий. Это важный шаг в создании технологического демонстратора: новаторская миссия, впервые демонстрирующая эффективность и возможности новой технологии.
Завершение проекта RocketRoll, который длился около года, означает, что консорциум может начать работу над проектированием и запуском самого демонстратора, который может сделать космический корабль с ядерным двигателем де-факто вариантом для будущих космических аппаратов.
«Ядерный двигатель может быть в разы эффективнее самого эффективного химического двигателя или превышать электрическую мощность, ограниченную солнечной энергией, таким образом позволяя исследовать там, где никакая другая технология не может достичь», — сообщают в европейском космическом агентстве ESA Commercialization Gateway.
Проект RocketRoll – аббревиатура от более неуклюжей «Предыдущая европейская оценка ядерной электрической тяги». Он намерен предложить ядерную электрическую силовую установку как технологическую демонстрацию до 2035 года. Как демонстратор, космический корабль должен проверить дизайн проекта и выявить, каких технологий, испытаний или других аспектов ядерной системы не хватает перед началом более масштабной миссии.
По словам ESA, RocketRoll изучит преимущества использования буксира с ядерным электрическим двигателем (NEP) над классическими силовыми установками для сложных миссий, ожидаемых для будущего материально-технического обеспечения и исследования космоса.
Согласно релизу Tractebel, стратегия компании заключается в разработке целого ряда ядерных энергетических решений, от радиоизотопных до ядерных систем. Иными словами, как именно будет производиться ядерная энергия на борту технологического демонстратора, еще предстоит увидеть. У команды есть около 10 лет, чтобы понять это, но ядерное разделение особенно популярной системой.
В 2023 году Пентагон заключил с компанией Lockheed Martin контракт на 33,7 миллионов долларов США на разработку ядерных двигателей в рамках программы Joint Emergent Technology Suppling On-Orbit Nuclear (точно JETSON). В том же году NASA и DARPA привлекли аэрокосмического подрядчика для помощи в разработке DRACO или демонстрационной ракеты для гибких цисмесячных операций, которая будет работать на ядерной энергии, созданной ядерным расщеплением, а Rolls Royce объявила о прогрессе в разработке прототипа ядерного двигателя.
В начале этого года программа NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) выбрала импульсную плазменную ракету, работающую на энергии деления, как одну из шести своих концепций миссии.
