Станет ли завтра ядерный двигатель главным помощником в освоении Вселенной

Человечество стоит на пороге создания ядерных разгонных блоков для доставки космических аппаратов в далёкие уголки Вселенной. В прошлом году NASA и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов Пентагона (DARPA) заявили, что до 2025, в крайнем случае, до 2026 года собираются запустить совместный модуль с атомным реактором.

Космический атом с большим будущим

Но сначала немного истории. 25 августа 2012 года одиночный космический зонд «Вояджер-1» пересёк порог так называемого межзвёздного пространства. Тогда он находился на удалении 18 млрд км от Солнца, далеко за пределами нашей системы. Таким образом, на сегодняшний день это наиболее удалённый от Земли объект, созданный человеком. Аппарат стартовал в 1977 году, и почти через полвека он по-прежнему исправно функционирует, отправляя информацию на землю и проникая в космические глубины. Так вот, это стало возможным потому, что её системы работают на ядерной энергии.

Европейское космическое агентство (ESA), со своей стороны, инвестирует программу по использованию ядерных двигателей для освоения космоса. А NASA подписало контракт с Westinghouse на разработку концепта ядерного реактора, который будет питать проектируемую лунную базу. Планируется ввести её в строй до конца десятилетия, и по мнению авторов идеи, данное ноу-хау успешно справится с эксплуатацией в суровых условиях поверхности Луны. И чем глубже мы исследуем солнечную систему и особенно звёздный мир за её пределами, тем привлекательнее выглядит вариант с атомным источником энергии. Ведь при всей своей неоднозначности ядерный двигатель – это чуть ли не вечный двигатель.

Трудности и опасности, подстерегающие дальнюю миссию

Американский стартап Zeno Power на днях стал обладателем премии в S15 млн за содействие NASA в создании радиоизотопных ядерных энергосистем применительно к лунным экспедициям. Эти компактные разработки имеют длинную и тернистую историю космического использования. Бортовое электропитание и теплообеспечение в этом случае будет осуществляться за счёт расщепления ядерных отходов.

Тотальная темнота – специфическая проблема дальних космических полётов. Взять ту же Луну. Ночь длится там 14 земных суток. А в кратерах, например, свет отсутствует всегда. Естественно, генерация энергии из солнечного света невозможна, при этом температура в отдельных местах превышает -200оC.

Космическая миссия по своей сути – довольно рискованная затея, тем более с ядерными компонентами на борту. Ракеты-носители то и дело взрываются, разбрасывая токсичные обломки по околоземному пространству и по Земле.

Кулибин из Алабамы

Профессор Алабамского университета из Хантсвилла Дейл Томас изобретает двигатели с ядерным ускорителем и изучает их работу. Являясь руководителем кафедры промышленной и системной инженерии и инженерного менеджмента, он занимается этим много лет, но пошёл дальше своих коллег. Вместо приведения ракеты в действие через химическую реакцию Томас использует цепную:

Ядерные реакции традиционно задействуются для электроснабжения космических аппаратов, отправляющихся в далёкое путешествие. Так, на «Вояджере» источником питания служат 3 вынесенных на штанге радиоизотопных термоэлектрических генератора, использующих окись плутония-238. Из-за удалённости маршрута солнечные панели там бесполезны. Так вот я стал применять эти реакции в качестве принципа движения. Но есть одна существенная загвоздка – невозможно полностью исключить отказ ядерного двигателя, а последствия его неисправности гораздо хуже, нежели у химического.

Это обстоятельство заставляет пересмотреть методы испытаний ракетных двигателей. В самом деле, ведь до начала серийной эксплуатации они тестируются на земле, где порой ведут себя непредсказуемо: взрываются, ломаются, горят. И это в условиях эксперимента нормально. Но если в ходе испытаний взорвётся ядерный двигатель – это с точки зрения системной экологическо-радиологической безопасности ненормально. Поэтому сбои здесь недопустимы. Такое положение вещей замедляет разработку.

Если за дело взялся Пентагон – жди сюрпризов

Первый ядерный реактор был запущен в космос еще в 1965 году. С тех пор американские учёные бьются над получением технологии с минимумом риска и изобретением такой конструкции, которая готова была бы выдержать взрыв. И в конце концов выход здесь якобы найден. Правда, он пока держится в строжайшем секрете: не случайно ведь к этому направлению подключилось министерство обороны!

Программный директор по разработке космических аппаратов Рами Месалам из Лестерского университета (Англия) делится своими соображениями:

Безопасность всегда лежит в основе проектирования систем атомной энергетики. Но хорошей новостью является то, что у нас есть почти 60-летний опыт её оптимизации. Обуздаем и ракетные ядерные двигатели… Как вариант – на околоземную орбиту корабль выводится посредством обычных твердотопливных ступеней, после чего для дальнейшей миссии запускаются и разгоняются ядерные блоки. Химический двигатель может доставить даже до Луны. Но дальше уже атомный двигатель будет служить ключом к преодолению межпланетного барьера.

Чтоб сказку сделать былью…

Из-за ресурсоограниченности полёты на Марс и дальше в настоящее время затруднены. В NASA, других агентствах по аэронавтике и исследованию космического пространства скрупулёзно рассчитывают сложные траектории, выводящие космических посланников за пределы гравитационных полей, чтобы минимизировать расход топлива. При наличии надёжных ядерных двигателей достаточной производительности подобные проблемы отпадут сами собой.

Профессор Томас резюмирует по этому поводу:

Ядерная тяга по сравнению с химической это примерно, как Ferrari против Volkswagen, из-за разницы в мощности силового агрегата. Однако я не согласен с утверждениями представителей DARPA – мы не успеем ни к следующему, ни к 2026 году. Аппараты с ядерным двигателем, вероятно, действительно взлетят, но не раньше 2030 года. Зато как только этот проект будет реализован, он в корне изменит правила игры, а сюжеты научно-фантастических романов и фильмов прошлого в одночасье станут реальностью.