В своих миссиях, которые приведут нас обратно на Луну, на Марс и за ее пределы, НАСА изучает ряд концепций движителей следующего поколения. В то время как существующие концепции имеют свои преимущества - химические ракеты имеют высокую плотность энергии, а ионные двигатели очень экономичны - наши надежды на будущее зависят от того, найдем ли мы альтернативы, сочетающие эффективность и мощность.
С этой целью исследователи в Центре космических полетов им. Маршалла НАСА вновь пытаются разработать ядерные ракеты. В рамках программы НАСА по изменению игры, проект «Ядерное тепловое движение» (NTP) позволит создать высокоэффективный космический корабль, способный использовать меньше топлива для доставки тяжелых грузов на далекие планеты и за относительно короткий промежуток времени. ,
Как сказал Сонни Митчелл, проект NTP в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла, в недавнем заявлении для прессы НАСА:
«По мере нашего продвижения в Солнечную систему ядерные двигатели могут предложить единственную действительно жизнеспособную технологическую опцию, позволяющую расширить охват человека до поверхности Марса и за его пределами. Мы рады работать над технологиями, которые могут открыть глубокий космос для исследования человеком ».
Чтобы добиться этого, НАСА вступило в партнерские отношения с BWX Technologies (BWXT), энергетической и технологической компанией из Вирджинии, которая является ведущим поставщиком ядерных компонентов и топлива для правительства США. Чтобы помочь НАСА в разработке необходимых реакторов, которые будут поддерживать возможные будущие полеты с экипажем на Марс, дочерняя компания компании (BWXT Nuclear Energy, Inc.) получила трехлетний контракт на сумму 18,8 млн. Долл. США.
В течение этих трех лет, в течение которых они будут работать с НАСА, BWXT будет предоставлять технические и программные данные, необходимые для внедрения технологии NTP. Это будет состоять из того, что они будут производить и испытывать прототипы топливных элементов и помогать НАСА разрешать любые ядерные лицензии и нормативные требования. BWXT также поможет планировщикам НАСА решать вопросы выполнимости и доступности своей программы NTP.
Как сказал о соглашении Рекс Д. Геведен, президент и главный исполнительный директор BWXT:
«BWXT очень рада работать с НАСА над этой увлекательной ядерной космической программой в поддержку миссии на Марс. Мы обладаем уникальной квалификацией для проектирования, разработки и производства реактора и топлива для атомных космических кораблей. Это подходящее время для превращения наших возможностей в космический рынок, где мы видим возможности долгосрочного роста в области ядерной тяги и ядерной энергетики ».
В ракете NTP реакции урана или дейтерия используются для нагрева жидкого водорода внутри реактора, превращая его в ионизированный водородный газ (плазму), который затем направляется через сопло ракеты для создания тяги. Второй возможный метод, известный как Ядерное электрическое движение (NEC), включает в себя тот же базовый реактор, преобразующий тепло и энергию в электрическую энергию, которая затем приводит в действие электрический двигатель.
В обоих случаях ракета полагается на ядерное деление, чтобы генерировать двигатели, а не химические пропелленты, которые были основой НАСА и всех других космических агентств на сегодняшний день. По сравнению с этой традиционной формой тяги оба типа ядерных двигателей обладают рядом преимуществ. Первое и наиболее очевидное - это практически неограниченная плотность энергии, которую он предлагает по сравнению с ракетным топливом.
Это сократит общее количество необходимого топлива, тем самым уменьшая стартовый вес и стоимость отдельных миссий. Более мощный ядерный двигатель будет означать сокращение времени поездки. По оценкам НАСА, система NTP может совершить рейс на Марс до четырех месяцев вместо шести, что уменьшит количество радиации, которой астронавты будут подвергаться в ходе своего путешествия.
Честно говоря, концепция использования ядерных ракет для исследования Вселенной не нова. На самом деле, НАСА активно изучало возможность использования ядерных движителей в Управлении космического ядерного движения. Фактически, между 1959 и 1972 годами, SNPO провела 23 испытания реакторов на станции разработки ядерных ракет на испытательном полигоне AEC в Неваде, в Jackass Flats, штат Невада.
В 1963 году SNPO также создала программу «Ядерный двигатель для применения в ракетных транспортных средствах» (NERVA) для разработки ядерно-теплового двигателя для дальнего полета экипажа на Луну и межпланетное пространство. Это привело к созданию NRX / XE, ядерного теплового двигателя, который SNPO сертифицировал как отвечающий требованиям миссии с экипажем на Марс.
Советский Союз проводил подобные исследования в 1960-х годах, надеясь использовать их на верхних ступенях своей ракеты N-1. Несмотря на эти усилия, ни одна ядерная ракета никогда не поступала на вооружение из-за сочетания сокращения бюджета, потери общественного интереса и общего свертывания космической гонки после завершения программы Apollo.
Но, учитывая нынешний интерес к исследованию космоса и амбициозную миссию, предложенную на Марс и за его пределы, кажется, что ядерные ракеты могут наконец-то появиться на вооружении. Рассматривается одна популярная идея - многоступенчатая ракета, которая будет опираться как на ядерный двигатель, так и на обычные двигатели - концепция, известная как «бимодальный космический корабль». Основным сторонником этой идеи является доктор Майкл Дж. Хаутс из Центра космических полетов им. Маршалла НАСА.
В 2014 году доктор Хоутс провел презентацию, в которой рассказал, как бимодальные ракеты (и другие ядерные концепции) представляют «изменяющие игру технологии для освоения космоса». В качестве примера он объяснил, как система космического запуска (SLS) - ключевая технология предлагаемой миссии НАСА с экипажем на Марс - может быть оснащена химической ракетой на нижней ступени и ядерно-тепловым двигателем на верхней ступени.
При такой установке ядерный двигатель будет оставаться «холодным» до тех пор, пока ракета не достигнет орбиты, после чего будет развернута верхняя ступень, и реактор будет активирован для создания тяги. Другие примеры, приведенные в отчете, включают спутники на большие расстояния, которые могут исследовать Внешнюю Солнечную систему и пояс Койпера, а также быструю и эффективную транспортировку для пилотируемых полетов по всей Солнечной системе.
Ожидается, что новый контракт компании продлится до 30 сентября 2019 года. В то время проект «Ядерная тепловая тяга» определит возможность использования низкообогащенного уранового топлива. После этого проект потратит год на испытания и совершенствование своей способности производить необходимые топливные элементы. Если все пойдет хорошо, мы можем ожидать, что «Путешествие на Марс» НАСА может просто включать некоторые ядерные двигатели!
