17 июня 2020

Американские военные разместили открытый заказ на ядерный космический двигатель у промышленности

Atomic-Energy.ru

Есть много способов путешествовать в космосе, но подавляющее большинство из них сейчас довольно медленные. Вот почему даже при запуске в оптимальное время космическому кораблю, покидающему Землю, требуется около шести месяцев, чтобы достичь орбиты вокруг Марса.

В то же время в течение последних десятилетий многие ракетостроители рассматривали двигательную установку, приводимую в действие ядерным реактором, как наиболее быстрое практическое средство более быстрого достижения Марса и других мест в Солнечной системе.

Вернер фон Браун, немецкий инженер, перебежавший в Соединенные Штаты Америки после Второй мировой войны, понял потенциал ядерного теплового двигателя еще до того, как его ракета «Сатурн V» высадила людей на Луну с помощью химического двигателя. В конечном итоге это привело к проекту под названием NERVA, который расшифровывался как Ядерный двигатель для применения в ракетостроении. Проект был в конечном счете отменен, чтобы сэкономить деньги и помочь оплатить программу разработки американского космического челнока (Space Shuttle).

С тех пор NASA все же более или менее поддерживало усилия по разработке ядерного теплового двигателя. Основная идея такого двигателя довольно проста – космический ядерный реактор нагревает топливо, такое как жидкий водород, далее оно расширяется через сопло ракеты и, соответственно, обеспечивает тягу. Однако до сих пор ни один такой ракетный двигатель ни разу не летал, и в настоящее время NASA было более заинтересовано в разработке ядерных энергосистем для стационарных планетных баз, чем в работе над двигателем.

Заказ DARPA

Но теперь все поменялось и Министерство обороны США заинтересовалось космическими двигателями. В прошлом месяце Агентство перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) объявило о намерении подготовить летную ядерную тепловую установку, которая должна быть готова к демонстрации в 2025 году.

Посредством такой демонстрационной ракеты для гибких долунных операций, которую обозначили как программа DRACO, оборонное агентство ищет технологию, которая позволит более оперативно управлять космическими аппаратами на околоземной орбите, лунной орбите и повсюду между ними, предоставляя военным большую свободу действий в этих областях.

«Ожидается, что активность в подлунном пространстве значительно возрастет в ближайшие годы», - отмечает майор Натан Грейнер, менеджер программы DRACO, - «Гибкая ядерная тепловая установка позволит Министерству обороны поддерживать необходимую осведомленность об этой космической области».

На первой фазе своего запроса DARPA запросила у промышленности проекты как ядерного теплового реактора, так и соответствующего ему эксплуатационного космического корабля. Этот начальный этап программы продлится 18 месяцев. Последующие этапы приведут к детальному проектированию, изготовлению, наземным испытаниям и демонстрации в космосе. Соответствующие контракты еще не были присуждены, и их стоимость будет определяться рыночными предложениями.

С помощью программы DRACO Министерство обороны США сможет потенциально быстро перемещать большие спутники вокруг долунного пространства. Например, перемещение 4-тонного спутника из точки A в точку B может занять около шести месяцев с использованием солнечной электрической тяги, тогда как это может быть сделано за несколько часов с использованием ядерной тепловой тяги.

Чтобы далее использовать эту технологию для миссий на Марсе, NASA, вероятно, захочет систему с более высокой тягой. Соответственно, DARPA проложит путь с точки зрения разработки этой технологии, доказательства множества дублирующих технологий и демонстрации работы ядерного двигателя в космосе, и это, как ожидается, принесет значительную пользу NASA в будущем. Таким образом, хотя Министерство обороны в первую очередь заинтересовано в долунном космосе, успешные испытания DRACO были бы хорошей новостью и для исследования космоса всем человечеством.

Конвергентные технологии

Джонатан Киртейн, президент перспективных программ BWX Technologies, считает, что решение DARPA продолжать разработку ядерных тепловых двигателей является зрелым. Компания Киртейна, которая производит большинство судовых ядерных реакторов на подводных лодках и авианосцах ВМС США, работает с NASA над разработкой реактора для обеспечения миссии на Марсе.

Одним из последних достижений компании стало производство тугоплавких металлов, которые чрезвычайно устойчивы к нагреванию. По словам Киртейна, для эффективной работы двигатель должен выдерживать огромные перепады температуры и давления на длине всего в два метра. Водородное топливо, в свою очередь, хранится при температуре всего в 19 Кельвин и нагревается до 2500 Кельвин или выше.

В то же время инженеры, проектирующие активные зоны ядерных реакторов, имеют доступ к значительной вычислительной мощности, которая позволяет им моделировать новые конструкции и решения, быстро вычисляя такие переменные, как поток нейтронов и гидродинамика. 

«Теперь, когда на ваших столах есть суперкомпьютеры, вы можете переходить от многолетних вычислений к дням и переходить к проектным решениям намного быстрее, чем раньше», - отметил Джонатан Киртейн.

DARPA, соответственно, решила, что сейчас настало самое время извлечь выгоду из этих зрелых и развивающихся технологий.