США створюють ядерний двигун для військових місячних ракет

Ядерні двигуни обіцяють революцію в космонавтиці.

У ядерному двигуні реактивний струмінь буде нагріватися енергією атомного реактора.

Агентство DARPA виділило 14 мільйонів доларів США (близько мільярда рублів за поточним курсом) на розробку ядерного двигуна для космічних ракет. З його допомогою американські військові збираються підкорювати навколомісячний простір.

Новий проект називається DRACO ( "Дракон"). Це абревіатура від словосполучення DARPA Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations ( "Демонстраційна ракета DARPA для гнучких навколомісячному маневрів"). Конкурс на його реалізацію виграла компанія Gryphon Technologies.

У разі успіху ця система зробить революцію в освоєнні космосу. Розповідаємо, чому.

У космосі немає доріг для коліс або води для гребних гвинтів. Єдиний принцип, який може використовувати двигун в порожнечі - реактивний рух. Це означає, що з сопел корабля виривається струмінь речовини (так званого робочого тіла). Виникаючий  при цьому імпульс штовхає корабель в протилежну руху струменя сторону. Питання в тому, яка сила розганяє робоче тіло.

Хімічні двигуни: міць на годину

Сьогодні пілотовані космічні кораблі, такі як російські "Союзи" і американські Dragon від компанії SpaceX, використовують хімічні двигуни. У них робочим тілом служать розпечені гази, які утворюються при згорянні палива.

Такий двигун вельми ненажерливий, а між тим вантажопідйомність ракет-носіїв (і, відповідно, запас пального на борту корабля) дуже обмежена.

Це створює цілий ряд проблем. Перш за все, космічні польоти затягуються. Адже апарату не вистачає палива, щоб дістатися з включеним двигуном, скажімо, з Землі на Місяць. Саме тому "Аполлон" майже весь час летить по інерції, включаючи двигуни лише на кілька хвилин для корекції курсу. У підсумку шлях до Селени займав у них кілька днів, протягом яких астронавти піддавалися впливу космічної радіації. І якщо кілька днів опромінення ще можна перенести без особливої шкоди для здоров'я, то шлях до Марса тривалістю в кілька місяців може вбити людину.

Крім того, малий запас ходу позбавляє космонавтів свободи маневру. Корабель не може зробити гак, згорнути куди-небудь по дорозі і так далі, якщо така траєкторія була заздалегідь ретельно розрахована з урахуванням мізерного резерву пального. А якщо станеться непередбачене, і апарат вийде на нерозраховану траєкторію, як це трапилося в випробувальному рейсі нового корабля Boeing CST-100 Starliner? Тоді її доведеться міняти за допомогою двигунів. А значить, в якийсь момент палива може не вистачити для життєво важливою корекції курсу.

Електричні двигуни: маневреність для Дюймовочки

Застосовуються на космічних апаратах і електричні реактивні двигуни. У них робочим тілом служать іони газу (зазвичай ксенону), які прискорюються електричним полем. Така система має набагато більшу питому тягу (тягу на кілограм робочого тіла), ніж хімічний двигун. Але подібний двигун не може створити щільний струмінь робочого тіла. Тому він малопотужний, хоча і економічний. Через це електричними силовими установками постачають тільки невеликі апарати, які, зрозуміло, не можуть нести на борту екіпаж.

Ядерна мрія

У разі DRACO все буде інакше. Робоче тіло (передбачається, що це буде водень) буде нагріватися теплом від уранового ядерного реактора. Розпечений струмінь газу буде вириватися з сопла куди швидше, ніж в хімічних двигунах. Як повідомляється в описі програми на сайті DARPA, по питомій тязі нова система буде  в 2-5 разів вигідніше потужних, але ненажерливих хімічних двигунів. А сама тяга буде в десять тисяч разів вище, ніж у економічних, але малопотужних електричних установок.

Іншими словами, нова розробка дозволить створити важкий космічний корабель з великим запасом ходу. Він буде позбавлений від проблем сучасних кораблів з хімічними двигунами.

Метою проекту DRACO проголошується створення прототипу і випробування його на навколоземній орбіті. Тривалість проекту не уточнюється. Не розкривається також, що американські військові мають намір робити в навколомісячному просторі.

Атомний космос

Відзначимо, що ядерні реактори на борту космічних апаратів - не новина. Перший такий супутник (американський Snapshot) відправився на орбіту ще в 1965 році. А, починаючи з 1970 року, СРСР запустив в космос в цілому 31 апарат з ядерною силовою установкою "Бук". При цьому використовувалися ядерні реактори, в яких відбувався поділ ядер урану, як на земних АЕС.

Крім того, в космосі давно і активно використовуються радіоізотопні джерела електроенергії (РІТЕГ). У них енергія виділяється за рахунок розпаду радіоактивних елементів (зазвичай плутонію-238). Наприклад, такі установки забезпечують енергією обидва "Вояджера", а також марсоходи Curiosity і недавно запущений Perseverance.

Однак до сих пір всі ці пристрої - і реактори, і РІТЕГ - використовувалися тільки для вироблення електроенергії (в тому числі і для живлення електричних двигунів). Вони не застосовувалися для нагріву робочого тіла в реактивному двигуні, як це передбачає проект DRACO. Це і справді технологія завтрашнього дня.