Ракеты с ядерным двигателем доставят людей на Марс намного быстрее: но все не так просто

NASA собирается отправить на Марс астронавтов уже в 2030-х годах. Такое путешествие в одну строну может занять от 6 до 9 месяцев если использовать традиционные ракеты с химическим двигателем. Сейчас NASA совместно с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) занимается созданием ядерного ракетного двигателя, который поможет ракетам в 2 раза быстрее доставить людей на Красную планету. Но разработка ядерных реакторов для подобных ракет является нелегкой задачей, пишет Phys.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Технология ядерных ракетных двигателей основана на реакции деления ядра атома, когда выходит очень много энергии при расщеплении ядра атома нейтроном. Реакция деления хорошо себя зарекомендовала при производстве энергии на АЭС. Применение реакции делении ядра для приведения в движение космической ракеты является более быстрой и более мощной альтернативой ракетам с химическим двигателем. NASA планирует продемонстрировать прототип первой ракеты с ядерным двигателем в космосе уже в 2027 году. Но эта технология все еще находится в стадии разработки.

Дэн Котляр и его коллеги из Технологического института Джорджии, США, сейчас создают модели для улучшения и оптимизации конструкций ядерных ракетных двигателей. По словам ученого, он надеется, что эти усилия помогут создать ракету с ядерным двигателем, которая сможет в 2 раза быстрее доставить людей на Марс.

Обычные химические ракетные двигатели используют химическую реакцию с участием легкого топлива, такого как водород, и окислителя. При смешивании эти два компонента воспламеняются, в результате чего топливо очень быстро выходит из сопла, что приводит ракету в движение. Но эти ракеты должны нести с собой кислород в космос, что делает их тяжелее. В отличие от химических ракетных двигателей, ядерные ракетные двигатели полагаются на реакцию деления для нагрева топлива, которое затем выбрасывается из сопла для создания тяги.

Во многих реакциях деления исследователи посылают нейтрон к более легкому изотопу урана, урану-235. Уран поглощает нейтрон, создавая уран-236. Затем уран-236 разделяется на продукты деления. Ядерные реакторы на АЭС используют воду для замедления нейтронов и их поглощения, и передачи тепла. Вода может создавать пар непосредственно в активной зоне реактора, который приводит в действие турбину для выработки электроэнергии.

Котляр говорит, что ядерные ракетные двигатели работают похожим образом, но они используют другое ядерное топливо, в котором больше урана-235. Они также работают при гораздо более высокой температуре, что делает их чрезвычайно мощными и компактными. Ядерный двигатель будет очень быстро выбрасывать топливо из сопла, создавая большую тягу. Она позволит ракете лететь быстрее.

Сейчас ученые работают над тем, чтобы использовать в ядерных ракетных реакторах более безопасное топливо, которое содержит много урана, но он является низкообогащенным. Но такое топливо содержит меньше материала, способного подвергаться реакции деления. Поэтому ракета с ядерным двигателем должна будет нести много топлива, а значит будет тяжелее.

Котляр говорит, что для решения этой проблемы исследователи изучают специальные материалы, которые будут использовать топливо более эффективно в ядерных реакторах.

Будущие ядерные двигатели для ракет, над которыми работают ученые, должны будут соответствовать определенным стандартам производительности и безопасности. Нужно сделать так, чтобы двигатель имел малую массу, но создавал очень большую тягу, чтобы в 2 раза быстрее можно было добраться на Марс

"Прежде чем инженеры смогут спроектировать двигатель, который будет соответствовать всем этим стандартам, необходимо начать с моделей. Эти модели помогают исследователям понять, как двигатель будет справляться с запуском и остановкой. Это операции, которые требуют быстрых, значительных изменений температуры и давления", — говорит Котляр.

Но управление таким двигателем требует больших затрат вычислительной мощности. Поэтому ученые из Технологического института Джорджии работают над созданием новых инструментов, которые не используют много вычислительной мощности.

Как уже писал Фокус, глубоко под поверхностью Луны обнаружено неожиданное движение. Ученые, после изучения изменяющейся формы и гравитации Луны, пришли к выводу, что между мантией Луны и ядром спутника Земли находится частично расплавленный слой горной породы.