Людству конче потрібен новий тип транспорту, якщо ми хочемо вийти за межі нашої планети. Звичайні ракети на рідкому паливі жодним чином не годяться для подорожей у настільки величезному просторі, що ми навіть Сонце бачимо завжди в минулому – світло, найшвидша існуюча річ, від Сонця до Землі рухається вісім хвилин. Навіть світло від Місяця летить до Землі три секунди. Ракети на рідкому паливі не можуть доставити вантажі на Місяць раніше, ніж за три-чотири дні. Технології на кшталт варп-двигуна – це фантастика без можливості втілення. Значно реальнішими є двигуни на основі атомних реакторів і уже намічений запуск першого такого космічного буксиру десь в 2030-х.
Основи космічного польоту
Єдиним способом рухатися в космосі є виконання другого закону Ньютона (описується формулою F=ma). А саме – отримати реактивну силу (F), надзвичайно швидко (a) викидаючи щось важке (m).
У випадку ракети, із її сопла надзвичайно швидко вилітають згорілі гази. Швидкість цим газам надає процес згоряння, який відбувається в камері згоряння, та подальше проходження газів крізь сопло.
Іншого способу рухатися в космічній невагомості немає. Потрібно відкинути від себе щось важке, щоб полетіти в протилежний бік.
Іноді це ставить космонавтів в незручне положення. Опинившись в центрі космічного корабля і не маючи чогось важкого в кишенях, щоб відкинути від себе, космонавт просто крутиться на місці, не в змозі переміститися.
Що заважає традиційним ракетам в космічних польотах
Традиційні ракети на рідкому паливі годяться для виведення речей на навколоземну орбіту. Це лише кілька сотень чи тисяч кілометрів над поверхнею Землі.
Однак коли потрібно подолати десятки мільйони кілометрів – хімічні ракети абсолютно не підходять. Сьогодні їх використовують, оскільки немає іншої альтернативи.
Ви можете згадати, що існують іонні та плазмові космічні двигуни, які розганяють газ електричним полем і використовуються для дальніх польотів. Утім, ці двигуни мають мізерну тягу і їм потрібні роки, щоб розігнати супутник вагою кілька десятків кілограмів. Хімічна ракета зробить це за хвилину.
Однак перевага хімічних ракетних двигунів – надзвичайно висока тяга, що дозволяє їм переміщувати сотні тонн вантажів у космосі – походить від їхнього недоліку. Такі двигуни споживають тонни палива та окиснювача щосекунди.
Іонний ракетний двигун – це як мопед, а хімічний ракетний двигун – як вантажівка. На каністрі пального мопед може пів країни об’їхати, а вантажівка проїде всього кілька кілометрів. Зате на мопед нічого не навантажиш, тоді як вантажівка вмістить кілька таких мопедів ще й місце залишиться.
На сцену виходить ядерний космічний двигун
Ядерний двигун у деякому наближенні можна назвати іонним двигуном на стероїдах. Якщо в іонних ракетних двигунах газ, який викидається, нагрівається слабкою батарейкою, тому їхня тяга невелика. У ядерному двигуні нагрівання газу робитиме надпотужна реакція атомного поділу урану.
Ядерний поділ виділяє неймовірну кількість теплової енергії, що виділяється, коли атом розщеплюється нейтроном. Саме тому 1 кг уранового палива в легководних реакторах відповідає майже 10 000 кг нафтопродуктів або 14 000 кг вугілля та дозволяє виробляти 45 000 кВт-год електроенергії.
Завдяки цьому ядерний двигун не дуже швидко викидає газ із сопла двигуна, створюючи високу тягу, але для такої роботи йому потрібно менше палива, ніж хімічній ракеті.
Говорячи інженерною мовою – ядерні космічні двигуни мають високий питомий імпульс. Питомий імпульс показує, як довго 1 кг палива створює тягу в 1 кг. Розраховується за формулою ((кг*сек)/кг). Тому ракетний двигун з питомим імпульсом 800 секунд в рази ефективніший за двигун з питомим імпульсом 500 секунд.
Ядерні теплові двигуни мають приблизно вдвічі більший питомий імпульс, ніж хімічні ракети.
Ядерний космічний двигун отримав дорожню карту
Консорціум компаній щойно завершив свою першу спробу 11-річного проекту, який міг би відправити в космос перший космічний буксир з ядерним двигуном. Проект називається RocketRoll, і він прокладає шлях до футуристичної концепції місії, яка може кардинально змінити те, як людство використовує свої космічні технології.
RocketRoll створює дорожню карту для передових силових установок для довготривалих космічних місій. Це важливий крок у створенні технологічного демонстратора: новаторська місія, яка вперше демонструє ефективність і можливості нової технології.
Завершення проекту RocketRoll, який тривав приблизно рік, означає, що консорціум може розпочати роботу над проектуванням і запуском самого демонстратора, який може зробити космічний корабель з ядерним двигуном де-факто варіантом для майбутніх космічних апаратів.
«Ядерний двигун може бути в рази ефективнішим, ніж найефективніший хімічний двигун, або перевищувати електричну потужність, обмежену сонячною енергією, таким чином дозволяючи досліджувати там, де жодна інша технологія не може досягти», – повідомляють у европейському космічному агентстві ESA Commercialization Gateway.
Проект RocketRoll — абревіатура від більш незграбної «Попередня європейська оцінка ядерної електричної тяги». Він має на меті запропонувати ядерну електричну силову установку як технологічну демонстрацію до 2035 року. Як демонстратор, космічний корабель мав би перевірити дизайн проекту і виявити, яких технологій, випробувань чи інших аспектів ядерної системи не вистачає перед а розпочато більш масштабну місію.
За словами ESA, RocketRoll вивчить переваги використання буксира з ядерним електричним двигуном (NEP) над класичними силовими установками для складних місій, які очікуються для майбутнього матеріально-технічного забезпечення та дослідження космосу.
Відповідно до релізу Tractebel, стратегія компанії полягає в розробці цілого ряду ядерних енергетичних рішень, від радіоізотопних до ядерних систем. Іншими словами, як саме буде вироблятися ядерна енергія на борту технологічного демонстратора, ще належить побачити. У команди є близько 10 років, щоб зрозуміти це, але ядерний поділ є особливо популярною системою.
У 2023 році Пентагон уклав з компанією Lockheed Martin контракт на 33,7 мільйона доларів США на розробку ядерних двигунів у рамках програми Joint Emergent Technology Suppling On-Orbit Nuclear (точно JETSON). Того ж року NASA та DARPA залучили аерокосмічного підрядника для допомоги в розробці DRACO, або демонстраційної ракети для гнучких цисмісячних операцій, яка працюватиме на ядерній енергії, створеній ядерним розщепленням, а Rolls Royce оголосила про прогрес у розробці прототипу ядерного двигуна.
На початку цього року програма NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) вибрала імпульсну плазмову ракету, що працює на енергії ділення, як одну з шести своїх концепцій місії.
