Відповідний об'ємний звіт опублікований на порталі Національних академій наук, інженерії та медицини (NASEM). Друкована копія коштує 45 доларів (близько 3300 рублів), а безкоштовний PDF-файл можна завантажити після реєстрації. У публікації провідні експерти ракетно-космічної галузі призводять свою авторитетну думку з двох ключових питань: теплові ядерні ракетні двигуни (NTP, ЯРД) і ядерні силові установки для електроракетних двигунів (NEP).
Обидва ці напрями діяльності в тій чи іншій мірі пророблялися і навіть втілювалися «в металі», але для марсіанських місій цього недостатньо. Нагадаємо, Національне управління з аеронавтики і дослідженню космічного простору США (NASA) планує висадити людей на Червоній планеті близько 2039 року. Цьому буде передувати пілотований обліт Марса або його супутника Фобоса в 2033 році. Начебто часу більш ніж достатньо, проте експерти вважають, що якщо не вжити заходів, летіти доведеться на хімічних ракетах і сильно обмежувати програму місій. Весь звіт пронизаний однією думкою: без збільшення фінансування і «агресивного» темпу розробок ядерні реактори колонізаторам Марса не допоможуть ніяк.
Можна подумати, що NASA і супутні американські відомства просто в черговий раз намагаються переконливо випросити у політиків і громадськості розширення фінансування. В якійсь мірі це так, але, з іншого боку, всі запити цілком обгрунтовані. Якщо абстрагуватися від точки зору «їм просто грошей більше треба», в звіті є багато корисних і розумних міркувань. Особливо цікаво почитати думку зарубіжних фахівців ракетно-космічної галузі на тлі багаторічної епопеї з розробкою ядерного космічного буксира в Росії. Отже, в звіті виділяються відразу кілька фундаментальних труднощів в розробці кожного з напрямків.
Теплові ядерні ракетні двигуни (ЯРД)
З точки зору простоти конструкції NTP - безумовний лідер в сфері космічних ядерних технологій. По суті, це звичайний теплової ракетний двигун, в якому робоче тіло (зазвичай водень) нагрівається не хімічною реакцією з окислювачем, а протікаючи через активну зону атомного реактора. Схема всієї установки оманливе примітивна: газ з бака потрапляє на тепловиділяючі збірки, нагрівається і розширюється, а потім з величезною швидкістю витікає зі сопла. Подібні установки навіть проходили тестування в минулому столітті, а деякі були готові до введення в експлуатацію. Але не зрослося.
Для створення потужних, безпечних і довговічних ЯРД потрібно вирішити всього-то одну проблему. А точніше, придумати такі матеріали, які витримають необхідні температури в активній зоні. Як правило, ефективність подібних двигунів максимальна при нагріванні водню до 2700 градусів Кельвіна. Залежно від конструкції це значення коливається між 2,5 і трьома тисячами градусів. І в цьому напрямку матеріалознавства поки глухо: або поодинокі експериментальні розробки, або провали на випробуваннях.
Додаткового головного болю додає питання тестів таких двигунів - на дворі вже далеко не екзальтовані космічної гонкою 1960-і, викиди тисяч кубометрів радіоактивних газів в атмосферу нині громадяни не потерплять ніде. Так що і зі стендами доведеться щось вигадувати - або проводити випробування відразу в космосі.
Нарешті, залишається проблема зберігання водню протягом всієї подорожі до Марса і назад. Цей газ в рідкому стані дифундує у багато матеріалів і буде залишати бак через мікропори в матеріалі стінок, та й досить швидко випаровується.
Реактори для електричних ракетних двигунів
Фактично NEP (Nuclear electric propulsion) - саме той напрямок, яким йдуть підрядники «Роскосмосу». Ядерний реактор, як і на Землі, просто виробляє енергію, а її вже витрачають неймовірно ефективні електричні ракетні двигуни (ЕРД). Так, в цьому варіанті тяга буде сміховинною, зате її можна підтримувати хоч всю дорогу - робочого тіла витрачається дуже мало. А питома імпульс, головна міра ефективності реактивних двигунів, у ЕРД просто вкрай високий в порівнянні з хімічними «колегами».
З ядерними реакторами в космосі все ще складніше. У NASA і російських інженерів є досвід розробки та експлуатації таких енергетичних установок на орбіті. Але для міжпланетної подорожі їх потужність буде потрібно підняти на пару порядків - з одиниць або десятків кіловат на мегавати. А це зовсім нові складності з системами охолодження, забезпечення безпеки і перетворення теплової енергії в електрику.
Трохи особняком у звіті стоїть питання «поверхневих» реакторів, тобто тих, що будуть живити бази на Місяці або Марсі, якщо сонячних панелей недостатньо. Ну або для необхідної потужності фотоелектричні перетворювачі просто неможливо підвезти через занадто великих габаритів. Цей напрямок визнано пріоритетним з трьох причин. По-перше, вже є довів свою працездатність проект Kilopower, який можна масштабувати. Це компактний ядерний реактор з двигунами Стірлінга електричною потужністю до 10 кіловат. По-друге, такі установки потрібні для місячної програми «Артеміда», яка розгорнеться раніше. Ну, і, по-третє, роботи по «поверхневим» реакторів побічно просунутий і NEP, оскільки багато в чому можуть бути уніфіковані.
стримуючі фактори
Так, на думку американських фахівців, ядерні енергетичні установки - якщо не необхідний, то вкрай бажаний елемент пілотованих марсіанських місій. І аргументи на користь цієї точки зору дуже сильні. Як мінімум астронавтам не доведеться зазнавати підвищеним дозам космічного випромінювання по півроку: атомний космічний буксир здатний дістатися до Марса за півтора-два місяці. А це скорочує час всього польоту туди-назад більш ніж вшестеро або дає більше часу для роботи на поверхні Червоної планети.
Але є й досить неприємні нюанси, обумовлені досвідом. Лідером з використання ядерних реакторів в космосі по праву можна вважати Радянський Союз. Він же - абсолютний рекордсмен за кількістю небезпечних інцидентів з супутниками, що мали чималі кількості радіоактивних матеріалів на борту.
В результаті неполадок з такими апаратами СРСР, нехай і ненароком, але все-таки закидав шматками високозбагаченого урану-235 північний захід Канади і острів Вознесіння. А деякі навколоземні орбіти на висотах між 760 і 860 кілометрами ще кілька сотень років будуть небажані для розміщення там будь-яких супутників: на них знаходяться металеві крапельки теплоносія з реактора апарату «Космос-1818» діаметром до 30 міліметрів.
Легко зрозуміти, чому все розробки в цій області йдуть так повільно - до них пред'являються ще більш суворі вимоги щодо безпеки конструкції, ніж зазвичай в ракетно-космічній галузі. І навіть якщо все теоретичні і експериментальні дані покажуть надійність ядерних реакторів для далеких польотів, не факт, що їх будуть масово використовувати. У сучасному суспільстві вкрай сильні антиатомний настрою, так що думка помістити подібну енергетичну установку на ракету мало кому сподобається.
Джерело: Naked Science