Миссии на Марс и в другие места в дальнем космосе сопряжены с многочисленными трудностями, большинство из которых связаны с расстояниями.
При использовании традиционных методов передвижения (химических ракет или двигателей на эффекте Холла) полёт на Марс может занять от шести до девяти месяцев. Это делает перспективу миссий по пополнению запасов непрактичной, а экстренное спасение — невозможным.
Тем не менее, предпринимаются усилия по разработке передовых двигательных установок, которые сокращают время полёта. К ним относятся концепции ядерных двигателей.
Ещё на заре космической эры NASA и Советский Союз изучали ядерные двигатели для обеспечения полётов за пределы Низкой околоземной орбиты и Луны. С тех пор исследования были сосредоточены на двух основных методах: ядерно-тепловом двигателе (NTP) и ядерно-электрическом двигателе (NEP).
Ядерно-тепловой двигатель состоит из ядерного реактора, нагревающего водородную топливную смесь и направляющего её через сопла для создания ускорения
Ядерно-электрический двигатель состоит из ядерных реакторов, вырабатывающих электричество для питания двигателя, обычно ионного или на эффекте Холла.
Рассмотрим Ядерно-электрический двигатель
Существует два типа ядерно-электрических концепций: радиоизотопная электрическая силовая установка (REP) и ядерно-электрическая силовая установка (FEP).
REP использует тепло, выделяемое при естественном радиоактивном распаде изотопов, для производства электроэнергии.
FEP использует ядерные реакторы для выработки энергии посредством контролируемых реакций ядерного деления.
У каждой из них есть свои преимущества, которые делают их идеально подходящими для конкретных задач.
Например, системы REP обычно вырабатывают около 1 кВт энергии, что достаточно для питания приборов и двигательных установок малой тяги, таких как ионные двигатели.
Они известны своей компактностью и надёжностью, что делает их идеальными для небольших и средних космических миссий. Они доказали свою эффективность благодаря таким миссиям, как «Вояджер», а также марсоходом «Кьюриосити».
FEP в свою очередь, является масштабируемым, гибким и более мощным, обычно вырабатывая от 8 до 10 кВт. Это делает его более подходящим для дальних исследований Главного пояса астероидов и внешней части Солнечной системы.
Обе системы изучаются для будущих миссий на Марс и за пределы Солнечной системы.
Для миссий на Марс ядерная энергия могла бы обеспечить более короткое время полёта и более тяжёлую полезную нагрузку, что позволило бы повысить эффективность и безопасность. Она также могла бы обеспечить устойчивую энергию для наземных поселений, систем жизнеобеспечения и технологий использования ресурсов на Марсе.
Проблемы в применении
Разумеется, у ядерных систем тоже есть свои проблемы. К ним относится более высокая начальная масса по сравнению с традиционными системами, что может привести к увеличению стартового веса и повышению стоимости запуска.
Масштабирование технологии до более высоких уровней мощности (более 100 кВт) является сложной задачей и может потребовать значительных достижений в области материалов, управления теплом и систем выработки электроэнергии.
При использовании ядерной системы также возникает необходимость в радиационной защите и протоколах для обеспечения безопасности полёта. Экипажи должны быть защищены не только от вредного излучения, но и должны соблюдаться строгие стандарты безопасности при обращении с ядерным топливом и другими опасными материалами. Эти соображения увеличивают время и сложность планирования миссии.
И последнее, но не менее важное: ядерно-электрическая силовая установка имеет ограниченную историю эксплуатации по сравнению с солнечными энергетическими системами, такими как солнечно-электрическая силовая установка. Это повышает общий уровень неопределенности и делает технологию более рискованной, чем традиционные методы.
Из-за своей сложности ядерно-электрические системы также требуют более длительного времени разработки и трудоемких исправлений.
Учитывая спектр возможных задач, которые могут быть решены с помощью двигателей REP и FEP, инвестиции и трудности, безусловно, того стоят. Помимо развития исследований, эта технология может привести к созданию пассажирских миссий, которые будут доставлять поселенцев на Луну, Марс и за их пределы.
Присутствие человека на этих небесных телах сделает человечество «мультипланетарным» видом.