Пентагон разрабатывает ядерную космическую ракетную систему
В США первые разработки ядерных ракетных двигателей велись еще в середине прошлого века, но были заброшены на долгие годы. В 2020 году о технологии вновь вспомнил Пентагон, поручив создать космическую систему DRACO с ядерным двигателем. О том, как ведется его разработка сегодня, рассказало издание ArsTechnica.
Разработка ракетных двигателей (использующих тепло, вырабатываемое ядерным реактором, для нагрева и расширения рабочего тела) космического назначения началась в 1950-х годах по инициативе ВВС США. Научная лаборатория Лос-Аламоса предложила несколько концепций ядерных двигателей, и в 1958 году передала их в руки NASA и Комиссии по атомной энергии (AEC). Основной проект получил название NERVA.
За 18 лет в рамках него построили и протестировали на наземных стендах в общей сложности 23 двигателя с твердотельными реакторами, продемонстрировав основные агрегаты и возможности системы, но из-за сокращения финансирования в пользу программы Apollo выйти на летные испытания и создать полноценную установку для космического применения не удалось. В результате в 1973 году проект закрыли из-за смещения фокуса NASA с дальнего космоса на низкую околоземную орбиту.
К слову – аналогичные работы подобного масштаба велись и в СССР и завершились в 1988 году комплексными стендовыми испытаниями агрегатов двигателя в натурных условиях.
Более 40 лет спустя NASA вновь вспомнило про ядерные двигатели, сначала во время работы над орбитальным аппаратом Jupiter Icy Moon Orbiter (JIMO) в 2003-2005 году, а затем при разработке технологий для исследования Марса, альтернативных принятому тогда проекту Constellatiom. В 2017 году агентство запустило маломасштабную исследовательскую программу по созданию ядерных космических ракет, бюджет которой был очень скромным – около $18 млн. Два года спустя Конгресс США принял законопроект об ассигнованиях, согласно которому на разработку ядерных двигателей было выделено уже $125 млн. Но дальше бумаг дело не дошло. Однако в 2020 году к делу присоединилось Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), которому срочно понадобился демонстратор ядерной космической ракеты.
В апреле 2021 года военное ведомство объявило о начале работы над совместным с NASA проектом DRACO («Демонстрационная ракета для окололунных операций»). Его целью назвали «обеспечение средствами космического базирования для сдерживания стратегических атак противника».
«Допустим, у вас срочная задача, для выполнения которой нужно быстро перейти из пункта А в пункт Б в окололунном пространстве, либо нужно следить за другой страной, которая что-то делает вблизи Луны, и перемещаться очень быстро. С такой платформой, как DRACO, это будет возможно», - отмечали в DARPA. К 2022 году этап предварительного проектирования был завершен, и контракт на создание ядерного двигателя на $500 млн (50% оплачивает DARPA, 50% - NASA) получила Lockheed Martin.
По данным ArsTechnica, DRACO будет космическим аппаратом среднего размера, высотой менее 15 м и диаметром менее 5,4 м - размеры будут зависеть от стандартного головного обтекателя ракеты Vulcan Centaur, на которой он, вероятно, будет запущен.
Технология будет создана на основе наработок NERVA – аппарат будет оснащен водородными баками в верхней части двигательного отсека и турбонасосами, подающими водород через активную зону ядерного реактора, но отделенную от нее радиационным экраном.
В отличие от NERVA, реактор на этот раз снаряжается «низкообогащенным ураном высокой пробы» HALEY (high-assay-low-enriched uranium). Исходя из требований DARPA, удельный импульс DRACO составит не менее 700 секунд – почти на 250 секунд больше, чем у RL-10 – самого эффективного американского химического двигателя космического назначения.
«Основная техническая сложность здесь заключается в работе с жидким водородом, хранящимся при температуре 20 К. Он очень холодный и его молекулы проникают практически сквозь любую стенку», - сказал вице-президент Lockheed Martin Кирк Ширман. В DRACO будет использоваться пассивное водородное охлаждение, а резервуары будут термоизолированы от перегрева Солнцем. Таким образом, водород должен оставаться при температуре 20К, но для более длительных полетов ядерным космическим кораблям потребуется активное охлаждение.
Основное внимание в разработке обращается на радиационную безопасность установки на всех этапах эксплуатации. Например, цепная реакция в DRACO начинается только после выведения аппарата на целевую орбиту. «Сначала мы проведем серию проверок, чтобы убедиться, что все датчики и приводы работают. Затем, постепенно, мы начнем включать реактор», - рассказывают в DARPA.
«У DRACO действительно большой потенциал для будущего, для всего мира. Он действительно может привести к новым открытиям. Это начало пути, который, возможно, продолжат ваши внуки. Мы надеемся войти в историю», - поделился мечтами Ширман.
