Скрытый текст
Солнечная система поистине огромна, и нужна целая вечность, чтобы совершить перелет между планетами на обычном химическим ракетном двигателе.
Но есть одна технология, которую разработали еще в шестидесятых, — благодаря ей можно существенно сократить время полета. Это ядерный двигатель.
Конечно, запуск ракеты с радиоактивным топливом имеет свои риски. Стоит ли пробовать?
Посмотрим, как бы выглядел полет на Марс на химическом топливе.
Мы отрываемся от Земли и попадаем на низкую околоземную орбиту.
Потом включаем двигатель на разгон и уходим в противоположную от Солнца сторону. Новая эллиптическая орбита, по которой мы теперь летим, пересечется с орбитой Марса через восемь месяцев.
Это называется Гомановский переход — самый эффективный из известных способов путешествия в космосе — минимум топлива, максимум полезной нагрузки. Однако… он занимает много времени.
Во время полета космонавтам нужны еда, вода, кислород, кроме того, на них в течение долгого времени воздействует космическая радиация…
А ведь впереди еще обратный путь — то есть количество ресурсов и радиационную нагрузку придется умножить на два.
Нам нужно лететь быстрее.
Оказывается, НАСА уже пятьдесят лет размышляет, что может стать альтернативой химическим ракетным двигателям.
Ядерные ракетные двигатели.
Нет сомнений, что они ускорят полет, но у ядерных ракет есть свои риски, в связи с чем о них пока мало слышно. Но, возможно, их время не за горами.
В тысяча девятьсот шестьдесят первом году НАСА и Комиссия по Атомной Энергетике разработали концепцию ядерной тепловой тяги или Эн-Ти-Пи.
Впервые ее предложил Вернер фон Браун — он надеялся, что уже в восьмидесятых годах люди полетят на Марс на ядерных ракетах. Но этого не произошло.
Однако ученые провели несколько успешных испытаний ядерных тепловых двигателей и выяснили, что такое возможно.
В химическом ракетном двигателе сжигается относительно стандартное горючее топливо, и высвобождающиеся при этом газы направляются в сопло.
Старый добрый третий закон Ньютона гласит: действию всегда есть равное и противоположное противодействие; поэтому ракета приобретает ускорение в направлении, противоположном истечению газа.
Ядерный двигатель работает по схожему принципу. Небольших размеров шарик из уранового топлива подвергается процессу ядерного распада, при этом высвобождается огромное количество тепла. Оно нагревает водород до двух с половиной тысяч градусов цельсия, который затем с высокой скоростью выбрасывается из хвоста ракеты.
Скорость настолько высока, что эффективность тяги в два или три раза выше, чем у химического ракетного двигателя.
Помните про восемь месяцев, которые займет полет на обычном топливе? Ядерный тепловой ракетный двигатель сократит это время в два раза, и на Марс можно будет попасть за сто дней.
А значит, космонавтам потребуется меньше ресурсов, и они меньше будут находится под воздействием радиации. Но есть еще одно преимущество.
С ядерным ракетным двигателем можно отправляться с Земли на Марс, не дожидаясь противостояния Красной и Голубой планет.
С химическим двигателем, если пропустить нужный момент, то придется ждать два года, но с ядерным ракетным двигателем рейс можно не откладывать.
Первые испытания ядерных двигателей начались в тысяча девятьсот пятьдесят пятом году в рамках Проекта Ровер в лаборатории Лос-Аламос.
Главной задачей стало уменьшение размеров реактора до такой степени, чтобы его можно было установить в ракетном двигателе. На протяжении последующих нескольких лет инженеры разработали и протестировали несколько десятков реакторов разных размеров и выходной мощности.
Так как проект Ровер оказался успешным, НАСА поставило своей задачей после высадки космонавтов на Луну по программе Аполлон организовать миссии на Марс.
Из-за большого расстояния и времени полета они решили, что ядерные двигатели сделают эти миссии более реалистичными.
Конечно, ядерные двигатели несут свои риски. Реактор на борту — это маленький источник радиации, что плохо для экипажа, но за счет сокращения времени полета общая доза будет ниже. Открытый космос — источник сильной радиации, непрерывное галактическое излучение может повредить ДНК космонавтов.
В шестидесятых годах НАСА запустило программу Нерва по созданиею ядерного двигателя для летательных аппаратов. В рамках этой программы разрабатывались технологии ядерных ракет для полета человека на Марс.
В пустыне Невады проводились испытания больших и мощных ядерных двигателей, которые с огромной скоростью выбрасывали в атмосферу газообразный водород.
В те времена законы о защите окружающей среды были намного мягче…
Первую модификацию Нэрва эН-аР-Экс тестировали в течение двух часов, из них 28 минут на полной мощности.
Следующий двигатель запускали 28 раз в общей сложности на 115 минут.
Напоследок провели испытание самого мощного ядерного реактора — Фебус-2А который был способен вырабатывать четыре тысячи мегаватт в течение всего двенадцатиминутного запуска…
Хотя отдельные компоненты так и не были соединены в готовый к полету двигатель, у разработчиков не было сомнений, что ядерная ракета сможет обеспечить полет на Марс. Но потом все изменилось: Штаты просто передумали туда лететь.
Вместо этого решили построить космический шаттл.
Программу свернули в тысяча девятьсот семьдесят третьем году, и с тех пор никто больше не тестировал ядерные двигатели.
Но за прошедшее время технологии улучшились, и теперь идея создания чего-то подобного выглядит перспективнее.
В шестидесятых годах единственным доступным источником топлива был высокообогащенный уран.
Однако сейчас инженеры полагают, что подойдет обычное топливо для атомных электростанций.
Оно безопаснее, и список полигонов, где можно проводить испытания, гораздо шире.
Кроме того, проще ловить в выхлопе радиоактивные частицы и избавляться от них.
Таким образом, снизится общая стоимость разработки.
Двадцать второго мая две тысячи девятнадцатого года Конгресс Сэ-Шэ-А выделил 125 миллионов долларов на разработку ядерных тепловых ракетных двигателей.
И хотя это никак не связано с “Артемидой двадцать — двадцать четыре” — программой НАСА по возвращению на Луну, — тем не менее, цитирую: “призываем НАСА составить долгосрочный план, предусматривающий разработку ядерной тепловой установки, в том числе график, включающий испытания в космосе и описание будущих миссий, а также двигательных и силовых установок, создание которых предусматривает данный проект” — конец цитаты.
В общем деньги возвращаются в область исследования ядерных двигателей.
А что насчет термоядерных двигателей?
Когда мы увидим двигатели Эпштейна из “Пространства”?
Здесь тоже есть хорошие новости, но прежде чем перейти к ним, я хочу поблагодарить Эндрю Стюарта, Джастина Олсона, Джессику Фелтс, Эди Джеймса, Джереми Джозвака и еще восемьсот девять человек, которые поддерживают нас на патреоне.
Благодаря им вы смотрите наши видео, а мы их выкладываем в открытый доступ для всех, кто хочет узнать больше о космосе.
Если вы также хотите поддержать наш канал, переходите по ссылке в описании.
Расщепление ядра — это один из способов использовать энергию атома.
Но для этого нужен обогащенный уран и в процессе образуется токсичный радиоактивный мусор. А как насчет термоядерного синтеза?
Когда ядра атомов водорода сливаются, образуя гелий и высвобождая при этом энергию?
Термоядерные реакции происходят на Солнце благодаря его огромной массе и высокой температуре ядра, но поставить термоядерную реакцию себе на службу до сих пор остается для нас, людей, сложной задачей.
Надеюсь, что в ходе таких проектов как ИТЭР, реализуемый в Европе, мы научимся управлять термоядерным синтезом уже в ближайшее десятилетие.
А затем, нам только и останется, что уменьшить термоядерные реакторы, чтобы они смогли заменить ядерные в ракетных двигателях. Но даже если не получится использовать термоядерные реакторы в качестве неисчерпаемого источника энергии, они ведь все равно смогут обеспечить огромную тягу.
И, возможно, для этого нам не надо ждать десятилетия.
Ученые из лаборатории физики плазмы Принстонского университета разрабатывают концепцию Двигателя Прямого Термоядерного Синтеза — Ди-эФ-Ди, и они планируют справиться гораздо раньше.
В основе будет термоядерный реактор, разработанный Самуэлем Коэном в две тысячи втором году и использующий принцип обращенной магнитной конфигурации.
Горячая плазма из гелия-три и дейтерия собирается в магнитном контейнере.
Гелий-три редко встречается на Земле. Он очень ценится, поскольку при термоядерных реакциях с его участием выделяется меньше опасного радиоактивного и ядерного мусора по сравнению с другими ядерными и термоядерными реакторами.
Как и в ядерных ракетных двигателях, в термоядерных топливо нагревается до высоких температур и выбрасывается в сопло, создавая тягу.
Работает это так: устанавливают в ряд несколько линейных магнитов, которые удерживают невероятно горячую плазму.
Антенны вокруг плазмы настроены на определенную частоту ионов, благодаря чему в плазме создается ток.
Энергия ионов увеличивается до показателей, при которых атомы сливаются, образуя новые частицы.
Эти частицы блуждают в магнитном поле, пока не их не подхватят силовые линии и, разогнав хорошенько, не выбросят через сопло ракетного двигателя…
Теоретически, термоядерный ракетный двигатель сможет обеспечить тягу от двух с половиной до пяти ньютонов на мегаватт мощности и удельный импульс в десять тысяч секунд. Для сравнения — у ядерных двигателей этот показатель — восемьсот пятьдесят секунд, а у химических — четыреста пятьдесят.
Ди-эФ-Ди также сможет вырабатывать электричество, которое нужно космическому аппарату вдали от Солнца, когда солнечные панели бесполезны.
Ди-эФ-Ди сможет доставить аппарат массой 10 тонн к Сатурну за два года. Или что-нибудь массой в одну тонну к Плутону за четыре года.
Станции “Новые горизонты” понадобилось на это десять лет.
Поскольку Ди-эФ-Ди — это, помимо прочего, термоядерный реактор мощностью один мегаватт, то по прилете на место он сможет обеспечить энергией все оборудование на борту.
Это намного больше, чем могут дать ядерные батареи, установленные сейчас в аппаратах миссий вроде Вояджера или Новых Горизонтов…
И только представьте себе, какие возможности эта технология открывает для межзвездных миссий!
Я знаю, что прошло уже несколько десятилетий с тех пор, как НАСА проводила испытания ядерных ракет с намерением сократить время полета, но похоже, что мы возвращаемся к этой технологии.
Я думаю, что в течение следующих лет мы увидим новое оборудование и новые испытания систем, построенных с использованием этой технологии.
Лично меня невероятно воодушевляет, что благодаря термоядерным двигателям у нас появляется надежда посетить другие планеты.
Следите за нашими выпусками, я обязательно сообщу, когда состоится первый полет.
Pages: 1 2
