Космічна революція? У NASA запропонували нову концепцію ядерного двигуна для ракети

Технологічний прорив

Грант від NASA на створення нової технології отримала компанія американська компанія Positron Dynamics, яка планує використовувати паливо на основі аерогелю з ураном.

Суть двигунів типу FFRE полягає у використанні процесу ядерного поділу, аналогічного тому, що лежить в основі роботи атомних електростанцій. Тільки замість електрики ці двигуни повинні генерувати потяг для руху ракет.

Одним із головних недоліків цього двигуна є необхідність утримання плазми строго спрямованим потоком, а також захист компонтентів двигуна від радіоактивних речовин.

Для цього інженери Positron Dynamics планують створити щось на кшталт паливних баків для урану із надлегкого аерогелю. Цей матеріал використовують переважно в дослідних цілях або як теплоізоляційну речовину для промислового застосування.

Що стосується утримання перегрітої плазми, яка безпосередньо буде створювати тягу, це хочуть зробити за допомогою надпровідних магнітів. У подібний спосіб плазму планують утримувати в експериментальних термоядерних реакторах, тому в галузі існує достатньо схожих напрацювань.

«Аерогель — це надзвичайно „повітряний“ матеріал, який виглядає неземним, коли хтось тримає його в руках. Вбудовування в нього частинок палива для підтримки ланцюгової реакції поділу, що контролюється, було б зручним способом утримувати паливо разом, водночас дозволяючи загальній конструкції бути досить легкою, щоб її можна було підняти на орбіту», — пише автор Universe Today Енді Томасвік.

За його словами, використання аерогелю та надпровідних магнітів у FFRE дозволить інженерам спрямовувати всі уламки поділу в одному напрямку, ефективно перетворюючи їх на вектор тяги. Теоретично має вийти безпечний і вкрай ефективний ракетний двигун.

Поки що представники NIAC тільки профінансували дослідження проекту на ранній стадії. Але для створення першого дослідного зразка інженерам доведеться вирішити ще багато технічних завдань.

Ядерна тепло-електрична тяга

Раніше NIAC також схвалив розробку ядерної теплової та ядерної електричної рухової установки (NTP/NEP)". Ініціатором проекту став керівник програми гіперзвукового руху Університету Флориди професор Райан Госсе, його ідею включили до 14 концепцій, відібраних NIAC для надання дослідницьких грантів.

«Цей бімодальний дизайн забезпечує швидкий перехід для пілотованих місій (45 днів до Марса) і революціонізує дослідження далекого космосу нашої Сонячної системи», — заявив Госсе.

Нова установка заснована на закритому більш ніж 50 років тому проекті ядерного двигуна для ракетних транспортних засобів NERVA, який став одним із перших твердопаливних ядерних двигунів, що пройшли успішні випробування.

Суть роботи цього двигуна полягає у нагріванні рідкого водневого палива (LH2) в ядерному реакторі для його перетворення на іонізований газоподібний водень-плазму, який створює реактивну тягу при подальшому спалюванні в соплах.

Держсе планує об'єднати таку технологію з ядерно-електричною руховою установкою (NEP), ядерний реактор якої забезпечує електроенергією двигун для створення електромагнітного поля. Це дозволяє іонізувати та прискорювати інертний газ (наприклад, ксенон) для створення тяги.

Розробники проекту NERVA та інших ядерних установок заявляли про досягнення питомого імпульсу більш ніж 10 тис. секунд. У своїй концепції Госсе планує вирішити проблему відведення тепла установки NERVA, а також забезпечити питомий імпульс 1400—2000 секунд завдяки бімодальній тепловій та електричній ядерній конструкції NTP/NEP.

Поки що головним нововведенням американського інженера є пропозиція використовувати хвильовий ротор, який має значно підвищити ефективність згоряння палива в результаті стиснення повітря, що всмоктується.

«У поєднанні з циклом NEP робочий цикл Isp може бути додатково збільшений до 1800−4000 секунд з мінімальним додаванням сухої маси», — пояснив автор концепції.

Використання такого двигуна має скоротити тривалість пілотованих місій на Марс з кількох років до кількох місяців. Такий прорив може вирішити ключові проблеми відправлення людей на сусідню планету, включаючи радіаційне опромінення, тривалий вплив мікрогравітації на організм і т.д.

Ефективна силова установка для ракети-носія на основі ядерного реактора також зможе забезпечити енергією тривалі наземні місії, в рамках яких не можна буде використовувати сонячну або вітрову енергію.