Космический корабль с ядерным двигателем
Космический корабль с ядерным двигателем — разрабатываемый, но пока не осуществлённый на практике, тип ракетной техники.
Общие сведения
Огромные размеры Солнечной системы затрудняют освоение Космоса, с одной стороны потому, что требуется длительное время на полёт даже к ближайшим планетам (например, по современным технологиям полёт к Марсу может занимать до 150—300 дней, вообще говоря это то что в праве называется «неразумные сроки»), что дополнительно подвергает риску жизнь и здоровье экипажа из-за излучения и т. д., удорожает полёт, так как на более долгий полёт требуется тратить больше ресурсов, а с другой стороны это делает такие полёты психологически неприемлемыми из-за несовпадений ритмов человека с длительностью таких полётов; чрезмерная длительность полётов делает их экономически непривлекательными.
Поэтому не может идти речи о серьёзном освоении ближайших планет и спутников при существующих скоростях космическим аппаратов.
Одним из вариантов увеличения скорости космических кораблей является проект снабжения их ядерными двигателями. Например, существуют расчёты, что при помощи таких двигателей можно достигать Марса за 30 дней[1].
История разработок
Ядерный ракетный двигатель применяет энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги и представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором, как источником тепла, системы подачи рабочего тела, и сопла. Рабочее тело (обычно — водород) — подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и выбрасывается через сопло, производя реактивную тягу.
Ядерные ракетные двигатели бывают жидкостными (нагрев жидкого рабочего тела в нагревательной камере от ядерного реактора и вывод газа через сопло) и импульсно-взрывными (ядерные взрывы малой мощности при равном промежутке времени), а также твёрдофазными, жидкофазными и газофазными, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).
Разрабатывались с середины 1950-х годов в Соединённых Штатах (проект NERVA) и Советском Союзе (проект РД-0410).
В варианте ядерного импульсного двигателя атомные заряды мощностью около килотонны на этапе взлёта должны были взрываться со скоростью 1 заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься толкателем — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием, и, затем, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции передавался космическому кораблю. Когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно понижать. Для того, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы такой космический корабль при взлёте должен был лететь строго вертикально. В Соединённых Штатах были проведены несколько испытаний модели летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов применялась обычная химическая взрывчатка), подтвердивших принципиальную возможность управляемого полёта космического аппарата с импульсным двигателем.
В 1958—1965 годах компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США шли разработки применения импульсных ядерных ракетных двигателей в рамках проекта «Орион», идея которого была предложена Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом. Программа «Орион» была рассчитана на 12 лет, её расчётная стоимость составляла 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на программу «Аполлон» по высадке на Луну. Разработчики даже проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 миллионов т и экипажем до 20 тысяч человек. По расчётам, один из уменьшенных вариантов этого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тысяч т), разогнавшись до скорости 10 тысяч км/с, мог бы достичь звезды Альфы Центавра за 130 лет. Но в 1965 году проект «Орион» был закрыт.
В 1950-х — 1970-х годах разрабатывался советский аналогичный проект, по которому устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30—40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать главный ядерно-импульсный двигатель. Главной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Однако этот проект тоже не был осуществлён.
В начале 1960-х годов в СССР разрабатывался тяжёлый межпланетный корабль. По плану двигатели этого корабля получали энергию от ядерной энергетической установки.
В 1960-е годы космонавтика Соединённых Штатов была на пути к Луне. Но одновременно, в Зоне 25 (рядом с Зоной 51) на полигоне Невады американские учёные работали над проектом полёта на Марс на ядерных двигателях под наименованием NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ». При испытаниях реактору ядерного ракетного двигателя специально позволили перегреться. При температуре в 4 тысяч °C реактор взорвался. Через 5 месяцев произошла нерукотворная авария, когда перегрелся ядерный двигатель «Феб».
В 1970—1988 годах в СССР был осуществлен запуск 32 космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой, а в 1960—1980 годах был разработан и прошел испытания на Семипалатинском полигоне ядерный ракетный двигатель[2].
В 1991 году американский инженер Роберт Зубрин предложил идею ядерного ракетного двигателя на гомогенном растворе солей ядерного топлива.
В 2010 году в РФ стали проводится работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем для создания ракетоносителя с ядерной силовой установкой на борту мощностью 1 МВт.
