Космическая революция? В NASA предложили новую концепцию ядерного двигателя для ракеты

Технологический прорыв

Грант от NASA на создание новой технологии получила компания американская компания Positron Dynamics, которая планирует использовать топливе на основе аэрогеля с ураном.

Суть двигателей типа FFRE заключается в использовании процесса ядерного деления, аналогичного тому, который лежит в основе работы атомных электростанций. Только вместо электричества эти двигатели должны генерировать тягу для движения ракет.

Одним из главных недостатков этого двигателя является необхоимость удержания плазмы строго направленным потоком, а также защита компонтентов двигателя от радиоактивных веществ.

Для этого инженеры Positron Dynamics планируют создать нечто вроде топливных баков для урана из сверхлегкого аэрогеля. Этот материал используют преимущественно в исследовательских целях или в качестве теплоизоляционного вещества для промышленного применения.

Что касается удержания перегретой плазмы, которая непосредственно будет создавать тягу, 一 это хотят сделать с помощью сверхпроводящих магнитов. Подобным образом плазму планируют удерживать в экспериментальных термоядерных реакторах, поэтому в отрасли существует достаточно подобных наработок.

«Аэрогель — это необычайно „воздушный“ материал, который выглядят неземным, когда кто-то держит его в руках. Встраивание в него частиц топлива для поддержания контролируемой цепной реакции деления было бы удобным способом удерживать топливо вместе, в то же время позволяя общей конструкции быть достаточно легкой, чтобы ее можно было поднять на орбиту», — пишет автор Universe Today Энди Томасвик.

По его словам, использование аэрогеля и сверхпроводящих магнитов в FFRE позволит инженерам направлять все осколки деления в одном направлении, эффективно превращая их в вектор тяги. В теории должен получится безопасный и крайне эффективный ракетный двигатель.

Пока представители NIAC только профинансировали исследование проекта на ранней стадии. Но для создания первого опытного образца инженерам предстоит решить еще много технических задач.

Ядерная тепло-электрическая тяга

Ранее NIAC также одобрил разработку «ядерной тепловой и ядерной электрической двигательной установки (NTP/NEP)». Инициатором проекта стал руководитель программы гиперзвукового движения Университета Флориды профессор Райан Госсе, — его идею включили в 14 концепций, отобранных NIAC для предоставления исследовательских грантов.

«Этот бимодальный дизайн обеспечивает быстрый переход для пилотируемых миссий (45 дней до Марса) и революционизирует исследование дальнего космоса нашей Солнечной системы», 一 заявил Госсе.

Новая установка основана на закрытом более 50 лет назад проекте ядерного двигателя для ракетных транспортных средств NERVA, который стал одним из первых твердотопливных ядерных двигателей, прошедшим успешные испытания.

Суть работы этого двигателя заключается в нагревании жидкого водородного топлива (LH2) в ядерном реакторе для его превращения в ионизированный газообразный водород-плазму, который создает реактивную тягу при дальнейшем сжигании в соплах.

Госсе планирует объединить такую технологию с ядерно-электрической двигательной установкой (NEP), ядерный реактор которой обеспечивает электроэнергией двигатель для создания электромагнитного поля. Это позволяет ионизировать и ускорять инертный газ (например, ксенон) для создания тяги.

Разработчики проекта NERVA и других ядерных установок заявляли о достижении удельного импульса более чем в 10 тыс. секунд. В своей концепции Госсе планирует решить проблему отвода тепла установки NERVA, а также обеспечить удельный импульс в 1400—2000 секунд благодаря бимодальной тепловой и электрической ядерной конструкции NTP/NEP.

Пока главным новшеством американского инженера является предложение использовать волновой ротор, который должен значительно повысить эффективность сгорания топлива в результате сжатия всасываемого воздуха.

«В сочетании с циклом NEP рабочий цикл Isp может быть дополнительно увеличен до 1800−4000 секунд с минимальным добавлением сухой массы», 一 объяснил автор концепции.

Использование такого двигателя должно сократить длительность пилотируемых миссий на Марс с нескольких лет до нескольких месяцев. Такой прорыв может решить ключевые проблемы отправки людей на соседнюю планету, включая радиационное облучение, длительное влияние микрогравитации на организм и т. д.

Эффективная силовая установка для ракеты-носителя на основе ядерного реактора также сможет обеспечить энергией длительные наземные миссии, в рамках которых нельзя будет использовать солнечную или ветровую энергию.