В 60-х и 70-х годах прошлого века Соединенные Штаты и Советский Союз отчаянно пытались создать ядерный двигатель. И даже разработали несколько прототипов. Наиболее известными из них являются совместная программа НАСА и Комиссии по атомной энергетике США – NERVA, и советская программа по разработке ядерного двигателя РД-0410.
Однако ни одно из созданных устройств никогда не использовалось для полетов в космос. Почему? На это есть несколько причин. Давайте разберемся в этом вопросе. И попробуем понять – а что же происходит в этом направлении сегодня?
Что такое ядерный двигатель?
Для начала давайте разберемся, как работает тепловой ядерный двигатель. Тяга, которую развивает подобное устройство, возникает при использовании ядерного реактора деления для нагрева топлива с низкой молекулярной массой. В этом качестве предлагается использовать водород. При стремительном нагреве атомы водорода получают колоссальное количество кинетической энергии и выбрасываются с очень с высокой скоростью, создавая реактивную тягу. Все просто.
Использования силовой установки подобного типа дает огромные преимущества перед обычными ракетными двигателями. Поскольку демонстрирует высокую эффективность. Ядерный двигатель способен создавать удельные импульсы (Isp) выше 800 секунд. Для сравнения – обычная химическая тяга обычно обеспечивает Isp от 300 до 450 секунд. Разница очевидна.
Что касается недостатков, то наиболее важным из них является выброс радиоактивных материалов через сопло. Хотя это перестает быть проблемой, если двигатель запускается в космосе. Также нужно учитывать генерируемое излучение, которое может повлиять как на электронику, так и на живых существ. Еще можно отметить плохое соотношение развиваемой тяги к собственному весу изделия. Ну и высокую цену, которую нужно заплатить за ядерный двигатель.
Из плюсов можно добавить еще, что неактивированный ядерный двигатель не является радиоактивным. В отличие от тех же РИТЭГов.
Низкая эффективность
Но, возможно, главный недостаток ядерных тепловых двигателей заключается в том, что их эффективность, хотя она и высока, не особо впечатляет. Особенно по сравнению с другими перспективными двигательными установками. (Например, ионная двигательная установка может легко выдавать от 2000 до 5000 Isp секунд. Хотя тяга, обеспечиваемая этими типами двигателей, обычно мизерна). Этот факт стал причиной того, что космические агентства и симпатизирующие им организации посчитали, что с внедрением подобного двигателя однозначно возникнут трудности. И его недостатки не перевешивают его преимуществ.
Но ситуация может скоро измениться. Потому что в 2020 году управление перспективных исследований Министерства обороны США DARPA запустило программу DRACO. Ее цель – разработать тепловой ядерный двигатель. Который можно было бы использовать для полетов в окололунное пространство.
9 апреля 2021 года DARPA заключило контракт на сумму 22 миллиона долларов с компанией General Atomics на разработку компактного ядерного реактора, который может быть использован в ядерном двигателе. Удельная масса этого устройства должна быть аналогичной таковой у обычного химического двигателя. Но Isp должен быть от двух до пяти раз выше.
У General Atomics есть полтора года, чтобы спроектировать подходящий реактор для программы на первом этапе. Реактор должен быть типа HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium), то есть в нем будет 20% урана-235. Предположительно, в окончательной конструкции будет использоваться твердый сердечник. Такой же как тот, что использовался в программах 1960-х годов. Но не жидкий или газовый сердечник. Да, их использование, в принципе, может значительно повысить эффективность двигателя. Однако сильно усложнит конструкцию.
Лунный корабль
Позже DARPA объявило и о контрактах на разработку корабля программы DRACO. В соответствии с опубликованной информацией, компания Lockheed Martin получила 2,9 миллиона долларов, а Blue Origin – 2,5 миллиона. Обе компании приступят к разработке своих концепций кораблей после того, как General Atomics завершит проектирование реактора.
Однако совершенно очевидно, что этих денег недостаточно для создания космического корабля, на котором будет установлен тепловой ядерный двигатель. Скорее всего, речь идет лишь об этапе эскизного проектирования.
Как уже говорилось в начале этой статьи, ядерные двигатели не опасны, если запускаются в отключенном состоянии на орбиту. Но после запуска все меняется. И нужно быть очень осторожным, чтобы они не попали в атмосферу Земли.
Программа DRACO – не единственная инициатива США по возрождению ядерных тепловых двигателей. НАСА тоже имеет свою собственную программу. Ее цель – тоже разработать ядерный двигатель. И НАСА даже заключило контракт на 9,4 миллиона долларов с компанией BWX Technologies, которая должна определить общие параметры конструкции реактора нового ядерного двигателя.