Требуется способность быстрого реагирования.
Поскольку продолжительность полета будет иметь большое значение для перехвата кометы, у вас не будет ни бюджета на изменение скорости, ни времени на замедление и встречу с входящей кометой (что потребует примерно в 3 раза больше времени на перехват ΔV пролета). Комета должна быть сбита на лету.
В частности, наш анализ будет сосредоточен на кратчайшие сроки, максимальное возможное столкновение на большом расстоянии (чтобы максимально увеличить время для развития эффекта прогиба), что является высокоскоростным случаем пролета. Но вы должны доставить туда ядерное взрывчатое вещество вовремя, чтобы сделать что-то хорошее.
Считайте, что с нашей самой мощной химической ракетой, когда-либо созданной - Сатурном V, сидящим на подушке, на выход на Луну уходит 3 дня (Аполлон отправляется на Луну). Если вы хотите отправить даже небольшую полезную нагрузку на Марс, то с обычными ракетными двигателями это займет 9-12 месяцев (минимальная энергетическая траектория переброски Хохмана).
Будущие ракеты-носители НАСА для тяжелых стартовых комплексов (РНБ) будут обладать теми же возможностями, что и бывшие ракеты-носители Сатурн V.
Ядерные двигатели ракет.
Как мы уже знаем, ракетная технология Nuclear Thermal (NT) увеличивает скорость выхлопа с предела ~4,5 км/с для химических ракет до ~8,5 км/с, что по-прежнему намного ниже того, что нам необходимо для выполнения задачи по перехвату комет.
С 1955 по 1972 год Лос-Аламосская научная лаборатория (ЛАСЛ) построила более десятка таких ядерных ракетно-термических двигателей в рамках проекта Ровер. В этих двигателях использовалось наиболее эффективное топливо (водород), и отработал горячий газ при температуре <3000 °K, ограниченной температурой, которую могли выдержать графитовые компоненты реактора.
Aerojet and Westinghouse сделали окончательный проект замены двигателя J2 (третья ступень Сатурна V), названного NERVA , с примерно в два раза большим удельным импульсом, Isp = 900 с, чем двигатель обычной химической ракеты, которую он заменил.
Проект Rover/NERVA был прекращен в конце 1972 года, потому что мы не собирались на Марс с астронавтами в ближайшее время, и люди боялись, что ядерный материал может распространиться вокруг стартовой площадки или в Атлантический океан в случае аварии.
Тем не менее, для важных миссий по защите планеты ракета, оснащенная тепловыми двигателями деления ядер, может быть полезна для астероидной угрозы, потому что она может доставить вас туда ~2x быстрее, чем химическая ракета.
Переход на плазменную силовую установку может еще более значительно снизить требуемую массу топлива. Как хорошо известно из рассмотрения уравнения реактивности, уменьшается отдача от экономии топливной массы.
В этот момент масса топлива больше не доминирует в расчете космического пространства миссии, а масса силовой установки космического аппарата (с соответствующими радиаторами отходящего тепла) начинает доминировать над общей массой миссии.
Плазменная силовая установка может осуществляться с помощью подруливающих устройств ядерного деления с электрическим приводом (ЯЭД-ЯЭП), термоядерного электрического двигателя (ТЭП) или, в конечном счете, выхлопа активной зоны плавления (ТЭП-ЯП).
В сценарии планетарной обороны время играет важную роль. Таким образом, традиционные маломощные плазменные двигательные установки (такие как подруливающие устройства Hall или электростатические ионные) не могут быть использованы.
Даже экспериментальные концепции плазменных подруливающих устройств могут быть рассмотрены только при наличии источника питания с высокой удельной мощностью (α) (>1-10 кВт/кг).
Проблема с типичными солнечными или даже ядерными электроприводными технологиями (ЭП) заключается в том, что удельная мощность α источника энергии слишком мала, если только мы не используем термоядро с передовым топливом (с низкой производительностью нейтронов). Контролируемый термоядерный синтез является единственным потенциальным источником энергии, кроме ядерных взрывчатых веществ и антивещества, обладающим необходимой удельной мощностью.
При этом солнечно-электрические системы имеют удельную мощность (на земном расстоянии от Солнца) порядка ~100 Вт/кг, которая уменьшается в 1/25 раза на Юпитере и 1/100 на Сатурнском расстоянии.
В качестве примера деления можно привести реактор и радиаторную систему SAFE-400 ядерного цикла Брэйтона, способные вырабатывать 100 кВт электроэнергии массой 584 кг при удельной мощности (без подруливающего устройства) 171 Вт/кг. Соединив его с 80% эффективным ионным подруливающим устройством типа НСТАР, используемым в настоящее время на рассвете, имеющим удельный импульс Isp = 3100 с (но использующим 40 единиц, суммарный вес 1000 кг, что соответствует 100 кВт доступной электроэнергии), можно получить удельную мощность системы 63 (Вт/кг), но с тягой всего 4 Н.
Вместо этого, используя реактивный термоядерный реактор открытого цикла (прямой тяги), а не типовую ядерно-электрическую систему, для которой отходящее тепло реактора деления должно быть отвергнуто, можно значительно повысить удельную мощность при увеличении ИСП, а также значительно увеличить общую располагаемую тягу (полную мощность).
