Кілька років тому Національне аерокосмічне агентство США оголосило, що відновлює свою ядерну програму з розробки космічних двигунів. У 2023 році воно обрало першу концепцію бімодальної ядерної рухової установки, що використовує “цикл збудження хвильового ротора”, яка повинна буде скоротити час польотів на Марс до 45 днів. Тепер же в агентстві визначилися з підрядником для створення атомного двигуна, за допомогою якого можна буде досліджувати сусідні зоряні системи і збирати зразки з міжзоряних об’єктів.
У NASA грандіозні плани з освоєння космосу на найближче десятиліття. Агентство планує відправити кілька астробіологічних місій на Венеру і Марс для пошуку слідів позаземного життя. Це відбудеться одночасно з пілотованими польотами на Місяць (уперше з часів “Аполлона”). Ще є плани щодо відправлення роботизованих місій до супутників Юпітера і Сатурна – на Європу і Титан, а також до інших схожих світів, де може існувати підлідний океан, а отже, й екзотичні форми життя.
Для досягнення цих та інших цілей NASA запустило програму NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Агентство щорічно обирає революційні концепції в галузі аеронавтики і космонавтики, а потім фінансує їх розробку.
Наприклад, цього року вибір припав на безпілотники на сонячних батареях, біореактори, світлові вітрила, астробіологічні експерименти та концепцію тонколистового ізотопного ядерного двигуна (TFINER), запропоновану Джеймсом Бікфордом (James Bickford) – старшим науковим співробітником американської некомерційної науково-дослідної організації Charles Stark Draper Laboratory.
У документах NASA зазначається, що така установка необхідна для “реалізації кількох місій наступного покоління, для яких потрібні високі швидкості; за допомогою звичайної сучасної ракетної техніки такі швидкості отримати неможливо“. Йдеться про запуск сонячно-гравітаційного телескопа, який використовуватиме гравітаційну лінзу Сонця (як підсилювач) для спостереження об’єктів на поверхні далеких екзопланет, а також про місію з дослідження міжзоряних об’єктів (яких саме – не йдеться).
В останні десятки років найбільше на слуху два типи атомних установок для космосу: ядерно-теплові двигуни (NTP) та електроядерні установки (NEP), що можуть забезпечити потрібну тягу і необхідну маневровість. Однак, за словами Бікфорда, такі установки громіздкі, важкі та дорогі.
В основі концепції тонколистового ізотопного ядерного двигуна лежить технологія світлового вітрила, тільки в установці застосовуватимуть тонкі аркуші радіоактивного ізотопу торій-228 товщиною близько 10 мікрометрів (0,01 міліметра). Для створення тяги буде використовуватися імпульс продуктів розпаду ізотопу. Торію-228 властивий альфа-розпад, період його напіврозпаду дорівнює 1,9 року.
- Астрономи виявили найхолодніше місце у Всесвіті
- В зернах льоду Енцелада знайшли нові органічні сполуки
- Астрономи розглянули полярні сяйва на всіх чотирьох галілеєвих супутниках Юпітера
Торій – радіоактивний метал, який присутній у більшості гірських порід і ґрунтів. За оцінками геологів, його запаси на Землі в три-чотири рази перевищують запаси урану.
За словами вчених, космічному апарату знадобиться 30 кілограмів торію-228, розподіленого на площі понад 250 квадратних метрів, що створить тягу, необхідну для розвитку швидкості понад 150 кілометрів на секунду. Для порівняння, зонду NASA Parker Solar Probe, який використовує комплект двигунів, що працюють на гідразині, вдається розвинути швидкість до 163 кілометрів на секунду. Однак така швидкість здебільшого зумовлена гравітаційним маневром на орбіті Венери і тяжінням Сонця.
Бікфорд пояснив головну перевагу його установки: конструкція ґрунтується на відомій фізиці та відомих матеріалах. При цьому, на відміну від технології світлового вітрила, новий двигун дасть змогу космічному апарату легко маневрувати в космосі й ефективно змінювати траєкторію польоту.
Інженер зазначив, що, крім аркушів торію-228, можна застосовувати аркуші актинію-227 або інших ізотопів з більш тривалим періодом напіврозпаду. Це дасть змогу розвинути більш високу швидкість. Ще можна використовувати розпад ізотопу торію-233, в результаті якого утворюється уран-232, що призведе до збільшення продуктивності рухової системи приблизно на 500 відсотків.
Пропонована технологія відкриє для NASA багато можливостей у космосі, крім того, за її допомогою можна буде виконувати одразу кілька космічних завдань, наголосив учений.
Тонколистовий ізотопний ядерний двигун Джеймса Бікфорда не перша подібна установка, на яку звернуло увагу NASA. У 2023 році в рамках програми NASA Innovative Advanced Concepts агентство обрало дворежимну ядерну силову установку з роторно-хвильовим двигуном, запропоновану професором Раяном Госсе (Ryan Goss) з Університету Флориди (США). Ця конструкція, в теорії, повинна буде підняти тягу до рівня проєкту NERVA, за більш високого питомого імпульсу. Такі параметри набагато вищі, ніж у сучасних хімічних ракетних двигунів, проте реалізованість схеми Госсе все ще під питанням.
На думку Госсе, його розробка потенційно дасть змогу долетіти до Марса за 45 днів. Це скоротить загальний час місій до кількох місяців і знизить основні ризики, пов’язані з польотами на Червону планету, що включають невагомість, і, меншою мірою, сонячну бурю.