При словах "ядерный буксир" и " транспортно-энергетический модуль", которые использует Роскосмос, у публики обычно возникает зевота. Вот корабль Starship от Маска для освоения Марса - это стильно и круто.
А тут - какой-то "буксир", скучно же...
Интересно, если написать "ядерный планетолёт" - что-нибудь изменится в восприятии?
Чтобы понять, почему мы ещё не летаем на Марс, нужно уразуметь, что всё сводится к двигателям. Чем они мощнее - тем быстрее полёт от планеты к планете, тем реальнее колонизация Солнечной системы, тем быстрее долетим "до Марса".
За сегодняшние 7-8 месяцев полёта до Марса на обычной ракете, колонисты получат 2/3 дозы радиации, полученной за всю жизнь на Земле! Кому нужна такая романтика? (подробнее про радиацию при полёте на Марс)
Тут хоть "буксир", хоть "толкач" - главное быстрее проскочить и "дозу" не хватануть.
А Маск проектирует обычную ракету... Теперь понятно, почему этот проект по 7-месячному полёту на Марс - полная авантюра?
И, даже если как-то решат проблему с радиацией, время полёта всё равно останется слишком большим. Starship - это новая модель ракеты на старом принципе.
Надо лететь в разы быстрее, но обычные ракеты достигли своего предела. Дальше - стена, всё, приехали...
Как это преодолеть
Для перемещения в вакууме нужно оттолкнуться от чего-то. Ну или отбросить что-то от себя. Хочешь быстрее - значит нужно отбросить это "что-то" с большей скоростью.
Просто школьная физика: p=m*v
Или: импульс двигателя равен произведению отброшенной массы на скорость её выхода из движка.
Надо или увеличить массу топлива, или поднять скорость его истечения.
Понятно, что разумнее не увеличить массу топлива, а поднять КПД установки, повысив скорость истечения струи из сопла. А для этого нужна более высокая температура в рабочей зоне. Но, это касается первых ядерных космических установок - они производили радиоактивную грязь и от них отказались.
Сейчас ставка делается на реактор с закрытым контуром. Он производит тепло, за счёт которого вырабатывается электричество.
Да-да, получается, что пока не изобрели пространственный варп-двигатель, единственный способ передвижения в космосе для большого корабля - это высокотехнологичный потомок паровоза на ядерном топливе... То есть, - "ядерный буксир".
Здесь нужно уточнить: ядерная установка является лишь источником тепла для выработки энергии для плазменных двигателей. То есть там ещё преобразователь есть (например турбина или термо-электрический). Выигрыш идёт именно из-за более высокой температуры, которую может обеспечить ядерная установка.
И ещё одно - для старта с поверхности Земли всё равно нужна ракета. Ядерные двигатели здесь пока не помогут. А уже после выхода на орбиту нужно пересаживаться на другой корабль и лететь дальше. Это не требует гигантских ракет, дешевле и быстрее.
Не нужны дорогие сверхтяжёлые ракеты. А ядерный буксир постоянно находится на орбите - ему незачем садиться на планету. Это ещё одна статья экономии и безопасности.
Дело за "ядерным буксиром" - всё остальное для межпланетных полётов уже есть.
И Россия в этом деле является одним из лидеров.
Устройство ядерного буксира
Этот макет с выставки МАКС-2019 конечно же не окончательный. Но, основные черты в компоновке останутся. А именно:
Реактор находится в носовой части, он вынесен за пределы остальной части корабля на ажурных фермах.
Вдоль ферм идут излучатели (здесь коричневые "пластины"), которые охлаждают газ. Любопытно, что излучатели уже прошли тестирование. Почему это важно я поясню ниже.
В задней части расположен двигательный отсек. Здесь же шлюз для крепления буксируемого корабля. Скорее всего, здесь же потом будет и противорадиационный щит. Солнечные батареи нужны для первого запуска.
Преимущества ядерного буксира
В чём ещё преимущества ядерного буксира кроме скорости?
Прежде всего, ядерному буксиру нужно в разы меньше топлива, чем жидкостной ракете. Вместо топливных баков лучше взять лишний груз.
А безопасность? За счёт сокращения времени в пути с 7-8 до 1-1,5 месяцев, космонавты получают кратно меньшую дозу космической радиации. Ну, а от реакторной зоны будет отделять щит.
Кроме того, сейчас ракета разгоняет корабль и дальше он летит по инерции вдоль криволинейной траектории. А в случае ядерного двигателя мы получаем возможность маневрировать и спрямить траекторию, сократив путь!
И это не всё. За счёт меньшей массы топлива сохраняется возможность вернуться обратно. А ракете нужно дополнительно заправляться на Марсе тоннами топлива для обратной дороги...
Что нужно и что нас сдерживает
На самом деле, многое из того что нужно, мы уже делаем. Прежде всего, нужен сам реактор и двигатель к нему.
Плазменный двигатель.
Сейчас у нас производится серийный стационарный плазменный двигатель СПД-140 имеет тягу 290 мН. Вес его всего 8.5 кг.
Но, в составе первой версии разрабатываемого Транспортно-энергетического модуля (он же ядерный буксир) планируется использовать ещё более мощную версию - СПД-290. Его выходные характеристики: тяга 1500 мН, удельный импульс 3300с, масса 23 кг.
Опытный образец уже готов!
Ядерный реактор
Да, нужен сам ядерный реактор. Космические ядерные реакторы делаются уже давно - со времён СССР. Нет особого смысла перечислять все разновидности, которые были. Они различались мощностью, уровнем загрязнения окружающей среды ("грязные" американские NEVRA), а так же временем работы.
Борьба за экологичность и авария Чернобыльской АЭС на время приостановили их развитие. Оно и к лучшему - сейчас ядерщиками накоплен хороший опыт для создания серийных и безопасных ядерных реакторов.
Главная проблема ядерной установки в космосе - это её охлаждение. Температура рабочей зоны достигает гораздо больше тысячи градусов. И без охлаждения реактор раскалится ещё сильнее, пока не расплавится окончательно.
Да, мы все привыкли думать, что в космосе очень холодно. Но, это не совсем так. Там холодно только когда оказываешься без скафандра.
На самом деле, вакуум - лучший в мире теплоизолятор, спросите любого инженера. Охлаждение там возможно только за счёт теплового излучения. Рассеять мегаватт мощности в космосе - ещё та задачка...
Вы видели фотографии шаттлов в космосе? Почему у них створки грузового отсека всегда открыты? Нет, их не забыли закрыть - они работают как радиаторы, охлаждая шаттл... Закройте их и корабль начнёт перегреваться.
Вот в охлаждение сейчас и упёрлись инженеры. Предлагаются разные варианты. Во всех стоит задача охлаждения рабочего газа.
Капельное охлаждение - через распыление в открытый вакуум капель теплоносителя с последующим сбором.
Охлаждение рабочего газа через систему шаров с двойными стенками.
Рассматривали и просто плоские радиаторы с трубопроводами. Они простые, но в случае пробоя метеоритом выходит из строя весь радиатор.
Трудно пока сказать на каком варианте остановятся.
Ну и обещанное выше видео Дмитрия Каноныхина с выставки МАКС-2019:
Когда полетим?
Несмотря на высокую степень готовности многих элементов, запуск первого космического буксира мегаваттного класса планируют примерно к 2030 году.
На самом деле, это очень быстро. Потому что в 2025 году уже будут ресурсные испытания опытных образцов, с наработкой десятков тысяч часов на отказ. Я думаю, что инженеры оценили реальную степень проработки проекта - это очень высокая степень готовности.
На самом деле, многие космические проекты готовятся годами - российский модуль "Наука" для МКС ждёт своего часа чуть ли не четверть века. Уникальный американский телескоп "Джеймс Уэбб" уже лет 13 никак не запустят. Так что, ждём...
В любом случае, пока ничего лучше ядерного буксира не придумали. Обычные ракеты слишком дорогие и медленные.
Понравилась статья? Есть что добавить в комментариях?
Дорогие друзья, нам очень нужна ваша поддержка - подпишитесь на канал. Нажмите палец вверх - Вам не сложно, а автору приятно.
Ещё статьи по теме:
Новости о ядерном буксире: госзаказ и подробности устройства
Сборка российского ядерного буксира начата