Агентство DARPA выделило 14 миллионов долларов США (около миллиарда рублей по текущему курсу) на разработку ядерного двигателя для космических ракет. С его помощью американские военные собираются покорять окололунное пространство.
Новый проект называется DRACO (“Дракон”). Это аббревиатура от словосочетания DARPA Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (“Демонстрационная ракета DARPA для гибких окололунных манёвров”). Конкурс на его реализацию выиграла компания Gryphon Technologies.
В случае успеха эта система произведёт революцию в освоении космоса. Рассказываем, почему.
В космосе нет дорог для колёс или воды для гребных винтов. Единственный принцип, который может использовать двигатель в пустоте – реактивное движение. Это значит, что из сопел корабля вырывается струя вещества (так называемого рабочего тела). Возникающий при этом импульс толкает корабль в противоположную движению струи сторону. Вопрос в том, какая сила разгоняет рабочее тело.
Химические двигатели: мощь на час
Сегодня пилотируемые космические корабли, такие как российские “Союзы” и американские Dragon от компании SpaceX, используют химические двигатели. В них рабочим телом служат раскалённые газы, которые образуются при сгорании топлива.
Такой двигатель весьма прожорлив, а между тем грузоподъёмность ракет-носителей (и, соответственно, запас горючего на борту корабля) очень ограничены.
Это создаёт целый ряд проблем. Прежде всего, космические полёты затягиваются. Ведь аппарату не хватает топлива, чтобы добраться с включённым двигателем, скажем, с Земли на Луну. Именно поэтому “Аполлоны” почти всё время летели по инерции, включая двигатели лишь на несколько минут для коррекции курса. В итоге путь к Селене занимал у них несколько дней, в течение которых астронавты подвергались воздействию космической радиации. И если несколько дней облучения ещё можно перенести без особого вреда для здоровья, то путь к Марсу продолжительностью в несколько месяцев может убить человека.
Кроме того, малый запас хода лишает космонавтов свободы манёвра. Корабль не может сделать крюк, свернуть куда-нибудь по дороге и так далее, если такая траектория не была заранее тщательно рассчитана с учётом скудного резерва горючего. А если произойдёт непредвиденное, и аппарат выйдет на нерасчётную траекторию, как это случилось в испытательном рейсе нового корабля Boeing CST-100 Starliner? Тогда её придётся менять с помощью двигателей. А значит, в какой-то момент топлива может не хватить для жизненно важной коррекции курса.
Электрические двигатели: маневренность для Дюймовочки
Применяются на космических аппаратах и электрические реактивные двигатели. В них рабочим телом служат ионы газа (обычно ксенона), которые ускоряются электрическим полем. Такая система имеет гораздо большую удельную тягу (тягу на килограмм рабочего тела), чем химический двигатель. Но подобный двигатель не может создать сколько-нибудь плотную струю рабочего тела. Поэтому он маломощен, хотя и экономичен. Из-за этого электрическими силовыми установками снабжают только небольшие аппараты, которые, разумеется, не могут нести на борту экипаж.
В случае DRACO всё будет иначе. Рабочее тело (предполагается, что это будет водород) будет нагреваться теплом от уранового ядерного реактора. Раскалённая струя газа будет вырываться из сопла куда быстрее, чем в химических двигателях. Как сообщается в описании программы на сайте DARPA, по удельной тяге новая система будут в 2–5 раз выгоднее мощных, но прожорливых химических двигателей. А сама тяга будет в десять тысяч раз выше, чем у экономичных, но маломощных электрических установок.
Другими словами, новая разработка позволит создать тяжёлый космический корабль с большим запасом хода. Он будет избавлен от проблем современных кораблей с химическими двигателями.
Целью проекта DRACO провозглашается создание прототипа и испытание его на околоземной орбите. Сроки проекта не уточняются. Не раскрывается также, что американские военные намереваются делать в окололунном пространстве.
Атомный космос
Отметим, что ядерные реакторы на борту космических аппаратов – не новость. Первый такой спутник (американский Snapshot) отправился на орбиту ещё в 1965 году. А, начиная с 1970 года, СССР запустил в космос в общей сложности 31 аппарат с ядерной силовой установкой “Бук”. При этом использовались ядерные реакторы, в которых происходило деление ядер урана, как на земных АЭС.
Кроме того, в космосе давно и активно используются радиоизотопные источники электроэнергии (РИТЭГи). В них энергия выделяется за счёт распада радиоактивных элементов (обычно плутония-238). Например, такие установки снабжают энергией оба “Вояджера”, а также марсоходы Curiosity и недавно запущенный Perseverance.
Однако до сих пор все эти устройства – и реакторы, и РИТЭГи – использовались только для выработки электроэнергии (в том числе и для питания электрических двигателей). Они не применялись для нагрева рабочего тела в реактивном двигателе, как это предполагает проект DRACO. Это и в самом деле технология завтрашнего дня.
Читайте по теме. В США разрабатывают термоядерный двигатель для космического аппарата
