Новая конструкция ядерной ракеты отправит миссии на Марс всего за 45 дней

Мы живем в эпоху возобновления освоения космоса, когда несколько агентств планируют отправить астронавтов на Луну в ближайшие годы. В следующем десятилетии за этим последуют пилотируемые миссии на Марс НАСА и Китая, к которым в ближайшее время могут присоединиться и другие страны. Эти и другие миссии, которые выведут астронавтов за пределы низкой околоземной орбиты (НОО) и системы Земля-Луна, требуют новых технологий, начиная от жизнеобеспечения и радиационной защиты и заканчивая энергетическими и двигательными установками. И когда дело доходит до последнего, главным претендентом является ядерная тепловая и ядерная электрическая двигательная установка (НТП/НЭП)!

НАСА и советская космическая программа десятилетиями исследовали ядерные двигатели во время космической гонки. Несколько лет назад НАСА возобновило свою ядерную программу с целью разработки бимодальной ядерной двигательной установки — системы, состоящей из двух частей, состоящей из элемента NTP и NEP, — которая могла бы обеспечить транзит к Марсу за 100 дней. В рамках программы НАСА «Инновационные передовые концепции» (NIAC) на 2023 год НАСА выбрало ядерную концепцию для фазы I разработки. Этот новый класс бимодальной ядерной двигательной установки использует «цикл волнового ротора» и может сократить время полета до Марса всего до 45 дней.

Предложение под названием «Бимодальный NTP/NEP с циклом доработки волнового ротора» было выдвинуто профессором Райаном Госсом, руководителем программы по гиперзвуку в Университете Флориды и членом команды Флоридских прикладных исследований в инженерии (FLARE). . Предложение Госса является одним из 14, выбранных NIAC в этом году для разработки фазы I, которая включает грант в размере 12 500 долларов США для оказания помощи в совершенствовании задействованных технологий и методов. Другие предложения включали инновационные датчики, инструменты, технологии производства, системы питания и многое другое.

Удалите всю рекламу во Вселенной сегодня

Присоединяйтесь к нашему Patreon всего за 3 доллара!

Получите опыт без рекламы на всю жизнь

Ядерная двигательная установка по существу сводится к двум концепциям, обе из которых основаны на технологиях, которые были тщательно протестированы и проверены. Для ядерно-теплового движения (NTP) цикл состоит из ядерного реактора, который нагревает жидкое топливо из водорода (LH2) и превращает его в ионизированный газообразный водород (плазму), который затем направляется через сопла для создания тяги. Было предпринято несколько попыток построить испытательную двигательную установку, в том числе проект Rover, совместный проект ВВС США и Комиссии по атомной энергии (AEC), запущенный в 1955 году.

В 1959 году НАСА сменило ВВС США, и программа вступила в новый этап, посвященный космическим полетам. В конечном итоге это привело к созданию ядерного двигателя для ракетных транспортных средств (NERVA), твердотопливного ядерного реактора, который был успешно испытан. С завершением эры Аполлона в 1973 году финансирование программы было резко сокращено, что привело к ее отмене до того, как можно было провести какие-либо летные испытания. Между тем, в период с 1965 по 1980 годы Советы разработали собственную концепцию NTP (РД-0410) и провели единственное наземное испытание перед отменой программы.

С другой стороны, ядерно-электрическая двигательная установка (ЯЭП) использует ядерный реактор для подачи электроэнергии на двигатель на эффекте Холла (ионный двигатель), который генерирует электромагнитное поле, которое ионизирует и ускоряет инертный газ (например, ксенон), создавая толкать. Попытки разработать эту технологию включают Инициативу НАСА по ядерным системам (NSI). Проект Прометей (2003–2005 гг.). Обе системы имеют значительные преимущества перед традиционными химическими двигателями, включая более высокий удельный импульс (Isp), топливную экономичность и практически неограниченную плотность энергии.

Хотя концепции НЭП отличаются тем, что обеспечивают высокий удельный импульс в течение недель или месяцев, уровень тяги довольно низок по сравнению с обычными ракетами и НТП. Потребность в источнике электроэнергии, говорит Госс, также поднимает проблему отвода тепла в космосе, где в идеальных условиях преобразование тепловой энергии составляет 30-40%. И хотя конструкции NTP NERVA являются предпочтительным методом для пилотируемых миссий на Марс и за его пределы, у этого метода также есть проблемы с обеспечением адекватных начальных и конечных массовых фракций для миссий с высокой дельтой v.