РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Будущие покорители космоса: на что способны ракеты с ядерным двигателем

Чтобы исследовать Солнечную систему и космос за ее пределами быстро и безопасно, космические корабли должны иметь ядерные двигатели. Законы, регулирующие ядерные космические полеты, изменились, и работа над ракетами следующего поколения уже началась.
Будущие покорители космоса: на что способны ракеты с ядерным двигателем
NASA

Мечтая о Марсе, да и не только о нем, человечество создает новые ракеты с реактивными двигателями. Но вы можете быть удивлены, узнав, что современные ракеты летают не намного быстрее, чем ракеты прошлого.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Есть много причин гнаться за скоростью полетов. Первый шаг любого космического путешествия — выход на орбиту с помощью реактивных двигателей, у которых пока нет альтернатив. Когда же корабль попадает в космос, все становится гораздо интереснее — ему нужно дополнительное ускорение. Вот тут ядерные системы и вступят в игру. Если космонавты хотят исследовать что-то более отдаленное, чем Луна и, возможно, Марс, им нужно будет двигаться очень и очень быстро.

Есть две причины стремиться к этому: безопасность и время. По пути на Марс люди будут подвергаться воздействию очень высоких уровней радиации, что может вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Радиационная защита весит немало, и чем дальше путь, тем массивнее она должна быть. Лучший способ уменьшить радиационное облучение — просто быстрее добраться до места назначения.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но безопасность человека — не единственное преимущество, которое дает скорость. По мере того, как мы исследуем глубины космоса, появляется необходимость получать данные о нем как можно быстрее. Нам уже некогда ждать по 10 лет, пока аппараты доберутся до окраин Солнечной системы. Зонду Voyager 2 потребовалось 12 лет, чтобы долететь до Нептуна.

Чем отличаются двигатели

При сравнении двигателей необходимо учитывать три важных аспекта:

  • тягу — насколько быстро система может ускорить корабль;
  • массовую эффективность — сколько тяги система может произвести для данного количества топлива;
  • плотность энергии — сколько энергии может произвести данное количество топлива.

В настоящее время наиболее распространенными двигателями являются химические, работающие на топливе, а также электрические, использующие солнечную энергию.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Химические двигатели обеспечивают большую тягу, но они неэффективны, а ракетное топливо недостаточно энергоемко. Ракета «Сатурн V», которая доставила астронавтов на Луну, производила 35 миллионов Ньютонов и в нее пришлось заправить 4,3 миллиона литров топлива. По сути эта ракета — огромный топливный бак.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Электрические двигательные установки генерируют тягу, питаясь от солнечных батарей. При этом используется электрическое поле для ускорения ионов — двигатель Холла. Подобные двигатели применяются в спутниках и могут иметь более чем в пять раз большую массовую эффективность, чем химические. Но их тяга никуда не годится — около трех ньютонов. Если бы вы оснастили таким мотором автомобиль, то до 100 км/ч он разгонялся бы примерно за два с половиной часа. Кроме того, чем этот двигатель дальше от Солнца, тем меньше энергии он получает.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Одна из причин, из-за которых возобновились разработки атомных двигателей, заключается в том, что они обладают невероятной плотностью энергии. Урановое топливо, используемое в ядерных реакторах, имеет плотность энергии в четыре миллиона раз превосходящую плотность химического ракетного топлива. Согласитесь, легче доставить в космос немного урана, чем миллионы литров жидкого топлива.

Два типа ядерных двигателей

Инженеры разработали два типа ядерных систем для космических путешествий. Первый называется ядерно-тепловым двигателем (nuclear thermal propulsion). Эти системы очень мощные и в меру эффективные. Они имеют небольшой ядерный реактор, подобный тем, которыми оснащаются атомные подводные лодки. В нем нагревается водород, который впоследствии ускоряется через сопло ракеты — так получается тяга. Инженеры NASA считают, что полет на Марс с ядерным двигателем будет на 20-25% быстрее.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ядерно-тепловые двигательные установки более чем в два раза эффективнее химических двигателей. Это означает, что они генерируют вдвое больше тяги при одинаковом количестве ракетного топлива — до 100 000 ньютонов. Этого достаточно, чтобы разогнать автомобиль до скорости 100 км/ч за четверть секунды.

Вторая система называется ядерным электроракетным двигателем (nuclear electric propulsion). В реальности его еще не существует, но идея состоит в том, чтобы использовать мощный реактор для выработки электроэнергии, которая затем приводила бы в действие электрическую двигательную установку — все тот же двигатель Холла. Такая установка была бы примерно в три раза эффективнее ядерно-тепловой.

Спустя 60 лет простоя (ядерный двигатель – разработка 1960-х годов) ракета с ядерным двигателем может отправится в космос в течение ближайшего десятилетия. Это откроет новую эру освоения космоса. Марс станет гораздо ближе, а полеты к нему — дешевле. Научные же эксперименты будут проводиться быстрее, а исследователи будут осыпать нас открытиями, сделанными в разных уголках Солнечной системы и за ее пределами.

виктор губер
виктор губер 06 Марта 2022, 15:14
Быстро передвигаться мы научимся только тогда,когда сможем преодолевать пространство и время.То есть выйдя из точки А моментально попадаем в точку Б.Просто не лететь а перемещаться.Но до этого нам как до Луны задом.
Леонид Гудов
Леонид Гудов 08 Февраля 2022, 14:21
О дальних космических путешествиях остаётся лишь мечтать пока не создадут двигатель работающий на эффекте антигравитации!
Михаил Смирнов
Михаил Смирнов 12 Июля 2021, 14:49
прикольно. Реальная работа по разработке и внедрению ведётся в Роскосмосе и Росатоме, а статья опять про пендосов, у которых даже программы не открыто по ядерному тягачу. Но картинку и ссылки в заметке ведут к пендосам. Как любят у нас лизать жопу амерам... любую лижут, лишь бы хозяин похвалил заграничный...
Ne On
Ne On 06 Июля 2021, 19:48
Конечно, нужно переходить на ядерную энергию для движения в космосе! Лучше - только термоядерная. Есть надежда, что ИТЭР что-то сдвинет в этом вопросе.
Василий Парфенов
Василий Парфенов 17 Июля 2020, 16:22
Оскорбления у нас, мягко говоря, не приветствуются
Мухамбек Рахманов
Мухамбек Рахманов 09 Июля 2020, 22:24
Насколько я помню из курса советской школы, в любом реактивном двигателе присутствует рабочее тело. В химических реактивных двигателях им служит ракетное топливо и окислитель, в ионном газ. В ядерно-тепловом двигателе отпадает необходимость в окислителе поскольку реактивная струя образуется за счет разогрева рабочего тела в ядерном реакторе, по этому утверждать о равном количестве топлива ошибочно, по сколько вместо окислителя космический корабль может взять с собой дополнительный запас рабочего тела, будет ошибочно называть это топливом, поскольку ни какого сгорания не происходит. Почему в качестве рабочего тела назван именно водород? Им может служить любой газ или жидкость, так что ядерно-теплоаой двигатель достаточно неприхотлив в выборе рабочего тела. Что касается скорости истечения струи  она имеет конечный результат и он меньше чем в ионных двигателях. Время межпланетных полетов все равно останется достаточно большим. Ядерно электро ракетный двигатель суть тот же ионный. Разница только в источнике электроэнергии. Они позволят достигать большей скорости, но рабочим телом служит обычно инертный газ. Так что уже нет такой универсальности в выборе рабочего тела. А теперь поправьте меня если я не прав))
Денис Ставропольский
Денис Ставропольский 08 Июля 2020, 13:55
Некоторые этапы - это авария под Неноксой с выбросом радиации? Да уж, круто...
Анатолий Калаганов
Анатолий Калаганов 04 Июля 2020, 21:42
Росатом разрабатывает, уже вроде даже испытания скоро будут. Или уже некоторые этапы были. Круто, конечно.
SergA
SergA 04 Июля 2020, 14:08
«Марс станет гораздо ближе» Ужас.
SergA
SergA 04 Июля 2020, 13:58
«Ракета «Сатурн V», которая доставила астронавтов на Луну, производила 35 миллионов Ньютонов» И куда делось потом такое немыслимое количество Ньютонов? А клонирование Ньютонов с помощью ракеты запатентовано?
SergA
SergA 04 Июля 2020, 13:55
«вы можете быть удивлены, узнав, что современные ракеты летают не намного быстрее, чем ракеты прошлого» Не можем. Мы грамотные.