В Массачусетском технологическом институте (MIT) разработана модель ядерного теплового двигателя (NTP), который потенциально может вдвое повысить эффективность ракет и значительно сократить время полёта к Марсу. Тейлор Хэмпсон, магистр факультета ядерной науки и инженерии MIT, занимается этим проектом при поддержке NASA.
Ядерные двигатели используют ядерную энергию для нагрева рабочего тела, например, водорода, до экстремально высоких температур. Затем нагретый газ выбрасывается через сопло, создавая тягу. В отличие от химических ракет, в которых происходит сгорание топлива, NTP обеспечивает вдвое большую эффективность при том же уровне тяги.
Более высокий удельный импульс позволит значительно сократить время перелёта к Марсу, минимизируя воздействие микрогравитации и космической радиации на астронавтов, что снизит риски для их здоровья. NASA планирует отправить пилотируемую миссию на Марс уже в 2030-х годах, и NTP может стать ключевой технологией для достижения этой цели. По оценкам NASA, с использованием существующих химических ракет космическому кораблю потребуется от 7 до 8 месяцев, чтобы достичь Марса. Использование NTP может сократить это время примерно вдвое.
В рамках своей работы Хэмпсон моделирует всю систему двигателя, включая баки, насосы и другие компоненты. Это позволит ему анализировать взаимодействие различных параметров, таких как температура и давление. Он использует упрощённую модель для ускорения симуляций, одновременно учитывая термодинамические и нейтронные эффекты.
Одной из проблем, которую необходимо решить, является сложный запуск двигателя, при котором быстрые скачки температуры создают риск разрушения материалов. Также необходимо учитывать остаточное тепло после выключения двигателя. По словам Хэмпсона, разработка NTP требует значительных финансовых вложений, однако перспектива пилотируемых миссий на Марс в ближайшем будущем может дать этой технологии необходимую поддержку.