Предполагаемый облик NTP.
Источник изображения: UCNC
Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в ？гражданских？ целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.
Опасность космической радиации оказывается гораздо серьезнее, чем риск заражения в результате аварии на таком двигателе. Наиболее опасна из всех сдерживающих векторов для проектов отправки людей к другим телам Солнечной системы — космическая радиация. Излучение нашей звезды и галактические лучи могут серьезно подпортить здоровье экипажу миссии. Поэтому при планировании полетов к Марсу инженеры и ученые стараются как можно сильнее сократить время в пути.
Одним из многообещающих способов добраться до Красной планеты всего за три месяца может стать новый NTP-двигатель. Его концепт разработала и отправила на рассмотрение в NASA компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из Сиэтла, США. Название агрегата расшифровывается просто — Nuclear Thermal Propulsion (NTP), то есть ？тепловая ядерная силовая установка？. От своих ранее созданных или придуманных аналогов новинка отличается максимально безопасной конструкцией.
Ключевой компонент разработки USNC — топливные ？таблетки？ из урана средней степени обогащения. Они содержат от 5% до 20% высокоактивного изотопа U-235, покрытого керамикой на основе карбида циркония. Такая степень обогащения лежит примерно посередине между ？гражданскими？ реакторами АЭС и военными. Фирменная технология керамического покрытия делает ？таблетки？ невероятно устойчивыми к механическим повреждениям и воздействию экстремальных температур.
Принципиальная схема теплового ядерного ракетного двигателя
Источник изображения: Wikipedia | Tokono
В компании обещают, что их тепловыделяющие элементы значительно превосходят по этим параметрам используемые сейчас на атомных электростанциях. А в результате двигатель будет иметь более высокий удельный импульс при меньшей степени обогащения урана, чем в более ранних вариантах ЯРД. Помимо полета к Марсу, среди целей амбициозного проекта — и другие миссии в пределах Солнечной системы. Перспективы концепта в ближайшее время будут рассматривать специалисты NASA и американского Министерства обороны (DoD). Возможно, ведомства даже разрешат его коммерческое применение частными компаниями.
Теоретически ЯРД на основе современных технологий может иметь удельный импульс (УИ) в семь раз выше, чем у химических реактивных двигателей. А это один из ключевых параметров эффективности. При этом, в отличие от электрических и плазменных, УИ ядерного ракетного двигателя сочетается с высокой тягой. Одним из лимитирующих факторов применения ЯРД, помимо вопросов безопасности, являются крайне высокие температуры в активной зоне реактора.
Чем выше температура истекающих из двигателя газов, тем большую энергию они имеют. А соответственно, и тягу создают. Однако человечество пока не придумало относительно недорогих и безопасных материалов, которые могут выдерживать более трех тысяч градусов Цельсия без разрушения. Созданное USNC решение будет работать на пределе возможностей современного материаловедения (3000°C) и обладать удельным импульсом вдвое выше, чем лучшие жидкостные двигатели.
Испытания первого ядерного реактивного двигателя в 1967 году
Источник изображения: NASA
В официальном пресс-релизе не уточняется, какое именно рабочее тело будет использоваться в NTP. Обычно во всех проектах ЯРД активная зона реактора нагревает водород, реже — аммиак. Но, поскольку речь идет о долгосрочной миссии, создатели могли выбрать какой-то иной газ. Хранить на борту водород в жидком виде целых три месяца — непростая задача. А ведь нужно еще для обратного пути что-то придумывать.
Отправить ядерный реактор в космос — не новая идея. Советский Союз, например, создал целую серию спутников разведки с подобными силовыми установками. Но они использовались только для выработки электроэнергии, да и вся их история завершилась не самым приятным образом. Как минимум один из этих аппаратов незапланированно сошел с орбиты и рухнул на Землю. Из-за этого даже разгорелся международный скандал, и СССР пришлось выплачивать компенсацию за обеззараживание местности.