NASA отправит ядерные ракеты на Луну и Марс

Технологии ядерных космических двигателей были разработаны еще в 1960-х годах, но оказались невостребованными до недавнего времени.

Ядерные ракетные двигатели в два раз эффективнее обычных, но, несмотря на относительно простую идею, они сложны в плане производства и эксплуатации. В случае пилотируемых полетов придется озаботиться дополнительной защитой экипажа, а серьезная авария может привести к ядерному взрыву. Однако В NASA считают, что для будущих миссий к Луне и Марсу такие риски оправданны.

Специалист NASA в области ядерных двигателей Билл Эмрих считает, что использование химических двигателей для полетов на Марс слишком неэффективно: чтобы лететь куда-то дальше Луны, гораздо лучше использовать ядерный двигатель.

Эмрих исследует ядерные двигатели с начала 90-х годов, но действительно актуальной его работа становится сейчас, когда администрация Трампа подталкивает NASA к тому, чтобы поскорее снова высадить американских астронавтов на Луне, а потом и на Марсе. В действительности для полетов на Луну нет необходимости в ядерном двигателе, но во время этих полетов можно испытать технологию для последующего использования в марсианских миссиях.

Нужно понимать, что, конечно же, NASA не собирается использовать ядерные двигатели для того, чтобы выводить ракеты на орбиту, — это слишком рискованно. Если разогретый ядерный реактор взорвется на стартовой площадке или, еще хуже — где-нибудь в стратосфере, то масштаб катастрофы будет сопоставим с аварией в Чернобыле.

Вместо этого обычная ракета с химическим двигателем будет выводить на орбиту космический корабль, оборудованный ядерной установкой, которая будет включаться уже на орбите. Благодаря огромному количеству производимой энергии реактор обеспечит автономное существование будущих колонизаторов Марса во время полета. Кроме того, ядерный двигатель позволит долететь до Марса примерно в два раза быстрее.

Наука или политика?

Возвращение к технологиям времен холодной войны может кому-то показаться странным или даже опасным. Но дело в том, что для многих задач освоения космоса необходимо постоянное обеспечение энергией высокой плотности, и в некоторых случаях ядерная энергетика — единственный вариант.

В августе Рекс Геведен, бывший помощник директора NASA, а ныне глава компании BWX Technologies, высказал эту идею в Национальном космическом совете США. Геведена поддержал директор агентства Джим Брайденстайн, который сказал вице-президенту США Майку Пенсу, что использование ядерных реакторов — это «возможность, которой Соединенные Штаты должны воспользоваться». По словам Брайденстайна, ядерные двигатели «изменяют игру».

NASA заключило контракт с энергетической компанией BWX Technologies на $18,8 млн еще в 2017 году. Поэтому лоббирование ядерной энергетики достаточно логично со стороны BWX, которая планирует продолжить разработку топливного элемента с использованием низкообогащенного урана.

Судя по всему, политики воспринимают идею ядерных космических двигателей с энтузиазмом, так как это поможет США сохранить лидерство в освоении космоса, в первую очередь Луны и Марса.

Хорошо забытое старое

В 1960-х годах у NASA было несколько разработок ядерных двигателей. Было очевидно, что энергетически реактор гораздо выгоднее химического двигателя, и это дало повод задуматься об основании базы на Луне и первой марсианской экспедиции. Были даже планы покорить Марс уже в начале 1980-х годов, однако через некоторое время ядерные ракетные двигатели потеряли популярность, и это направление было заморожено.

Холодная война уже закончилась, и острой необходимости покорять космос вопреки СССР у США уже не было. Однако были и технические препятствия для создания реальных рабочих двигателей.

Концепция ядерного ракетного двигателя достаточно проста: в реакторе расщепляются атомы водорода, и выделяющаяся энергия обеспечивает движение. Проблема заключается в том, что реактор должен выдерживать высокие температуры, до которых раскаляются частицы. Рабочая температура обычных атомных реакторов примерно 315 ℃, но в ракетном двигателе корпус установки должен выдерживать более 2200 ℃.

Проект NTREES

Последние десять лет в NASA постепенно возвращаются к идее ядерных двигателей. Упомянутый выше Билл Эмрих возглавляет один из основных проектов в этом направлении, который называется NTREES. Цель команды Эмриха — решить проблему перегрева реактора. Для этого инженеры подбирают подходящие жаропрочные материалы и моделируют экстремальные условия, соответствующие условиям внутри работающего ядерного двигателя. Однако вместо того, чтобы задействовать в эксперименте процессы ядерного деления, двигатель нагревают до нескольких тысяч градусов с помощью электричества. При этом затрачиваемой на эксперимент электроэнергии запросто хватило бы на обеспечение нескольких домов. Принцип работы экспериментальной установки Эмрих сравнивает с огромной микроволновой печью.

Использование огромной камеры симулятора позволяет избежать затрат и опасностей, связанных с испытаниями настоящего ядерного двигателя, которые NASA проводила в 60-х годах.

Следующим шагом стало изучение возможностей для встраивания реактора в Space Launch System — ракету-носитель нового поколения для доставки тяжелых грузов.

***

Ядерные двигатели вполне могут стать реальностью уже в ближайшие годы, и это позволит вывести освоение космоса на новый уровень. Космические проекты прошлого века послужили основой для того, чтобы сейчас инженеры смогли разработать двигатели, применимые на практике в будущем.

После того как NASA выделило почти $19 млн BWX Technologies для разработки топлива и компонентов реактора, необходимых для ядерного двигателя, Конгресс США выделил еще $100 млн на развитие технологии. В этом году Конгресс вновь увеличил финансирование — на $125 млн.

Однако, прежде чем будет запущен первый ядерный ракетный двигатель, в NASA должны пересмотреть правила, регулирующие подобные полеты. В августе Белый дом выпустил меморандум, в котором поручил агентству разработать протоколы безопасности для эксплуатации ядерных реакторов в космосе. По планам в 2024 году должен состояться первый полет на ядерном двигателе. Это совпадает со сроками, к которым в администрации президента планируют вновь высадить американских астронавтов на Луне. Может быть, на этот раз они отправятся на ядерной ракете.