NASA разрабатывает ракету, способную долететь до Марса за 45 дней

Космическое агентство возобновило свою ядерную программу с целью разработки бимодальной ядерной силовой установки.

Мы живем в эпоху новой космической эры. Прямо сейчас сразу несколько агентств планируют отправить астронавтов на Луну в ближайшие годы. А уже в следующем десятилетии NASA и Китай планируют пилотируемые миссии на Марс. Вскоре к ним могут присоединиться и другие страны. 

Эти и другие миссии, которые выведут астронавтов за пределы низкой околоземной орбиты (НОО) и системы Земля-Луна, требуют новых технологий, начиная от жизнеобеспечения и радиационной защиты и заканчивая энергией и двигательной установкой. Когда дело доходит до последнего, ядерная тепловая и ядерная электрическая двигательная установка является главным претендентом на использование. 

В прошлом веке учёные потратили десятилетия на исследования ядерных двигателей во время космической гонки. Несколько лет назад NASA возобновило свою ядерную программу с целью разработки бимодальной ядерной силовой установки, которая могла бы обеспечить полеты к Марсу за 100 дней.

В рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) на 2023 год агентство выбрало ядерную концепцию для первого этапа разработки. Этот новый класс бимодальной ядерной двигательной установки использует «цикл подъема волнового ротора» и может сократить время полета до Марса всего до 45 дней.

Фото: Ryan Gosse

По сути, всё сводится к двум концепциям, каждая из которых опирается на технологии, которые были тщательно протестированы и проверены. Для ядерно-тепловой двигательной установки (NTP) цикл состоит из ядерного реактора, нагревающего жидкое водородное топливо, превращая его в ионизированный газообразный водород (плазму), который затем направляется через сопла для создания тяги.

С другой стороны, ядерно-электрическая двигательная установка (NEP) полагается на ядерный реактор, который обеспечивает электроэнергией двигатель на эффекте Холла (ионный двигатель). Он генерирует электромагнитное поле, которое ионизирует и ускоряет инертный газ (например, ксенон). 

Первый запуск китайской ракеты на метане обернулся неудачей

читать

Потребность в источнике электроэнергии, говорит Госсе, также поднимает вопрос отвода тепла в космосе, где преобразование тепловой энергии в идеальных условиях составляет 30-40 процентов. И хотя конструкции NTP являются предпочтительным методом для миссий с экипажем на Марс и далее, этот метод также имеет проблемы с обеспечением адекватных начальных и конечных массовых долей для миссий с высоким дельта-v.

Вот почему предпочтение отдается предложениям, включающим оба метода движения (бимодальный), поскольку они сочетают в себе преимущества обоих. Новое предложение предусматривает бимодальную конструкцию на основе реактора NERVA с твердой активной зоной, которая будет обеспечивать удельный импульс (Isp) в 900 секунд, что в два раза превышает нынешние характеристики химических ракет.

Основываясь на обычной двигательной технологии, пилотируемая миссия на Марс может длиться до трех лет. Такие миссии планируют запускать каждые 26 месяцев, когда Земля и Марс находятся на максимальном сближении и будут проводить в пути минимум от шести до девяти месяцев.

Транзит продолжительностью 45 дней сократит общее время миссии до месяцев, а не лет. Это значительно снизит основные риски, связанные с полетами на Марс, включая радиационное облучение, время, проведенное в условиях микрогравитации, и связанные с этим проблемы со здоровьем.