Тема ядерного буксира часто вызывает одни и те же вопросы в комментариях к статьям - приходится повторяться в обсуждениях.
Поэтому, на некоторые из них попробую ответить так, как сам понимаю.
Если что - поправьте.
Космический ядерный буксир - это российский проект многоразовой двигательной установки для транспортировки грузов. Он постоянно находится в космосе, не садится на поверхность планет.
При полётах на очень большие расстояния оказывается быстрее, чем "обычные" ракетные двигатели.
Зачем нужен буксир, если он будет лететь до Луны 200 дней?
200 дней - это время полёта ядерного буксира к Луне при доставке груза до 10 тонн.
Вообще, ядерный буксир проектировался прежде всего для Дальнего космоса. Но, "вдруг", для исследования Луны России потребовалась мощная электростанция.
А, раз такая электростанция уже будет в составе буксира, который может летать сам, то разумно сэкономить на ракете и отправить всю установку к Луне своим ходом.
Да, медленно. А куда торопиться? Людей-то на борту нет...
Поэтому, 200 дней полёта не представляют особой проблемы.
То есть, к пилотируемым полётам на Луну буксир не имеет прямого отношения. Это грузовой транспортник + самоходная электростанция.
Так говорили же, что буксир быстрее?
И это правда, но относительная :)
У ядерного буксира очень малая тяга. Однако, топливо в нём расходуется с более высоким КПД, а двигатели могут работать на протяжении всего полёта (условно). То есть, он способен разгоняться длительное время и в итоге достичь более высоких скоростей на больших расстояниях.
Поэтому, при полётах на расстояния примерно до Марса, буксир сравним с ракетами по итоговому времени полёта.
Но, начиная уже с Главного пояса астероидов и дальше, - однозначно придёт к цели раньше аппаратов с ракетными двигателями.
А вот Луна находится слишком близко - буксир просто не успевает набрать скорость. Поэтому космонавты будут летать туда на обычных ракетах, а буксир будет использоваться как беспилотный грузовик.
А куда крепится полезная нагрузка?
Это частный вопрос. Действительно, если посмотреть на изображение стыковочного узла (круг на изображении), то кажется, что там очень мало места между двигателями:
Во-первых, это беспилотный корабль. А значит, нагрузка может быть более компактной - там не нужен большой диаметр для жизненного пространства экипажа.
Во-вторых, никто не мешает вернуться к схеме, когда двигатели разносились на крестовине по сторонам. Просто, сейчас видимо не планируется крупногабаритная нагрузка.
Ядерному буксиру не нужно топливо!
Увы, нужно... Поэтому выше в скобках и было написано "условно" насчёт постоянного разгона во время полёта.
Да, сама ядерная установка заряжается один раз и дозаправки не требует. НО, она вырабатывает электричество, которое питает ионные (плазменные) двигатели, которые выбрасывают из себя разогнанный до высоких скоростей ксенон. И вот эти запасы ксенона - конечны.
Кстати, поэтому буксир видимо придётся иногда заправлять, ведь он делается как многоразовый грузовик для многолетней работы. Использование обычных ракет в качестве буксиров невыгодно.
Так что, с этой точки зрения, ядерный буксир - это всё та же ракета с горючим, только гораздо более выгодная.
Ядерный буксир долетит до звёзд?
(за разумное время...)
Из предыдущего ответа понятно: всё упирается в мощность двигателей и запасы топлива.
Поскольку топливо для ионных двигателей рано или поздно израсходуется, то буксир не сможет разгоняться всю первую половину пути, достигая сверхвысоких скоростей и потом тормозить всю вторую половину полёта...
Ему нужно израсходовать половину топлива на разгон. Затем сколько-то времени лететь с набранной скоростью. А в конце тормозить примерно столько же, сколько длился разгон.
То есть, увы, - максимальная скорость у буксира ограничена... Поэтому неправильно мечтать, что при постоянном ускорении буксир разгонится до скоростей, сравнимых со скоростью света и быстро долетит до ближайших звёзд.
До какой скорости разгонится "Нуклон"?
Поскольку топливо расходуется, то корабль становится легче. А значит, он движется с нарастающим ускорением. Конечная скорость в этом случае расчитывается по формуле Циолковского для ракет:
V = I * ln( M1 / M2 ), где:
V - конечная скорость;
I - удельный импульс;
M1 - начальная масса ракеты с топливом;
M2 - массы ракеты за вычетом израсходованного топлива.
(ln - натуральный логарифм)
Для "Нуклона" известно: масса 55 тонн, включая 10 тонн топлива и 10 тонн условно полезной нагрузки.
В качестве двигателей примем ИД-500 с удельным импульсом 70000 м/с.
Посчитаем предельную скорость разгона при расходовании всего топлива: 14 047 м/c (сейчас примем, что срок работы двигателя не ограничен.)
То есть, предельная скорость разгона "Нуклона" с полезной нагрузкой 10 тонн - 14 км/c. А, если при подлёте к цели нужно будет затормозить, то максимальная скорость перелёта вдвое ниже - 7 км/c.
Далее, учтём начальную скорость, до которой его разгонит ракета-носитель при старте с Земли (почти 8 км/с на орбите 900 км). И тогда уж прибавим скорость Земли вокруг Солнца - 30 км/с, раз речь о межзвёздных полётах...
Получим 45 км/с относительно Солнца. Примерно с такой скоростью летел к Плутону аппарат "New Horizons", некоторое время удерживавший пальму первенства по скорости. Но, он и весит неполные полтонны...
ПС: удельный импульс у обычных ракетных двигателей на порядок ниже:
твердотопливные - примерно до 2600 м/с
керосиновые - около 3000 м/с
водородные - около 4200 м/с
разницу в максимальной скорости можете посчитать сами... но, не забудем, что время набора скорости у них несравнимо меньше.
За сколько буксир долетит до ближайшей звезды?
Расстояние до Альфы Центавра - 41 248 784 860 452 км. (и пусть это будет прямая...)
Скорость полёта "Нуклона" относительно Солнца мы только что посчитали - 45 км/с.
Получается, что время полёта именно этого ядерного буксира до ближайшей звезды с торможением около неё - примерно 29 000 лет.
Или в два раза быстрее, если не тормозить в конечной точке... можно и ещё быстрее, если урезать полезную нагрузку и/или добавить топлива :)
Увы, чем больше я наращивал массу топлива в расчётах, тем слабее был эффект - корабль получается слишком тяжёлым на старте и медленно разгоняется...
В общем, мощность сегодняшних двигателей надо поднять на целых два порядка, чтобы начать задумываться о звёздах.
Поправьте, если я неверно посчитал - пишу в канун Нового года ;-)
ПС: здесь не учтены гравитационные манёвры вокруг Солнца и планет. Они могут довольно сильно увеличить скорость. Однако, этот прирост придётся учесть при расчёте топлива для торможения.
Но, как правильно мне заметили в комментариях, через десятки тысяч лет реактор может просто перестать работать... впрочем, при наличии турбины в электро-генераторе, это произойдёт гораздо быстрее...
ПС2: влияние гравитации Солнца и планет тоже опущено. Во-первых это сложно, а во-вторых для оценочного расчёта излишне - всё равно львиная доля пути приходится на межзвёздное пространство.
ПС3: ещё раз поясняю: это просто пример возможностей ядерного буксира при полёте на сверхбольшие расстояния (все же помнят известную цифру 80 000 лет полёта на "обычной" ракете к ближайшей звезде...). На самом деле, есть множество других факторов, и нормальный расчёт межзвёздного полёта требует отдельной статьи.
А зачем там солнечные батареи?
Действительно, раз на борту есть электростанция, то солнечные батареи смотрятся странно...
Объяснение простое - на корабле нет электричества до запуска реактора :).
Для разворачивания излучателей и выдвижения фермы нужна энергия - вот её и дадут солнечные батареи. Посмотрите порядок подготовки буксира к запуску - реактор запускается в самом конце:
Долетим ли на буксире до Марса?
По крайней мере, на первом поколении ядерных буксиров люди летать точно не будут. Дело в высоком уровне радиации, которая идёт от реактора.
Не буду грузить цифрами, но в техзадании допускаются слишком высокие дозы, явно недопустимые для человека. Лучше подождать замеров на первой установке.
Поговаривают о неких защитных экранах, но пока это преждевременно.
Ядерный буксир - это повторение технологий 40-летней давности?
И да, и нет.
Во время космической гонки СССР и США действительно были попытки использовать в космосе двигатели на ядерных ректорах. Но, это были другие установки. В частности:
- водород подавался в реактор, нагревался и выбрасывался напрямую в космос. В проектируемой сейчас российской установке "Нуклон" - замкнутый цикл, два закрытых контура и "электрические" двигатели - это совсем другой аппарат;
- мощности тех установок были на порядок ниже, чем у "Нуклона";
- для охлаждения использовались пары жидкого металла, который мог конденсироваться и закупоривать радиаторы, что вело к аварии.
Дальше не буду - это отдельная статья получится. От установок того поколения СССР и США отказались не от хорошей жизни. Непонятно только, зачем сейчас американцы к 2024-25 годам опять планируют повторить ту старую технологию...
Теперь о преемственности. Да, сами реакторы на быстрых нейтронах были ещё в СССР. Насколько сегодняшние отличаются от тех - не знаю...
И охлаждение идёт всё так же через радиаторы-излучатели. Но, эти излучатели имеют иную конструкцию и мало чувствительны к пробою метеоритами - это уже современное российское ноу-хау. Да и сама схема их разворачивания - тоже современное решение.
Повторюсь, что главное в итоге - та самая мощность, которая на порядок выше, чем у установок 40-летней давности.
Когда полетим?
Много раз озвучивалось, но не все видели.
Технически, через 5 лет возможно начало ресурсных испытаний. То есть, будут испытания полных копий того, что реально полетит - это к вопросу о проработанности проекта...
"Нуклон" - вещь новая и дорогая. Срок ресурсных испытаний сравним со сроком службы. Поэтому, запуск на орбиту - к 2030 году. (источник)
Дорогие друзья, каналу очень нужна ваша поддержка
Подпишитесь на мой канал :)
Нажмите палец вверх - Вам не сложно, а автору приятно.
Статьи по теме:
"Нуклон": похоже, что Россия "сделает" США в лунной гонке
Новости о ядерном буксире: госзаказ и подробности устройства
Сборка российского космического ядерного буксира начата