Больше, чем "ядерная батарейка": NASA хочет изменить технологию полетов на Марс

В конце 2028 года Аэрокосмическое агентство США ( NASA ) планирует запустить миссию Space Reactor-1 (SR-1) Freedom. Этот 12-тонный космический аппарат должен выйти за пределы околоземной орбиты и впервые использовать ядерное деление для полета на Марс. Главная цель этого амбициозного проекта состоит в тестировании технологий, которые позволят пилотируемым миссиям путешествовать по Солнечной системе.

Об этом пишет SpaceDaily.

Суть миссии и почему важен 2028 год

Ученые рассчитали миссию SR-1 исключительно на благоприятное астрономическое окно в конце 2028 года. Подобное идеальное выравнивание орбит Земли и Марса происходит только раз в 26 месяцев. Поэтому любая задержка в подготовке приведет к переносу старта более чем на два года.

Следует сразу отметить, что NASA не собирается сажать ядерный реактор непосредственно на поверхность Марса. Сам SR-1 Freedom не прототип пилотируемого корабля, а служит исключительно демонстрацией технологий. Аппарат должен только пролететь мимо Красной планеты, сбросить научную полезную нагрузку и продолжить полет для испытания надежности реактора.

Настоящий реактор против «ядерной батарейки»

Многие космические аппараты уже давно используют ядерную энергию. К примеру, знаменитые зонды Voyager и марсоходы Curiosity или Perseverance имеют специальные радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Это своеобразные долговечные «батарейки», просто собирающие тепло от естественного распада плутония-238 и не имеющие управляемой цепной реакции.

SR-1 получит полноценный реактор закрытого цикла Брайтона, который работает на низкообогащенном уране. Он самостоятельно расщепляет атомы для выделения тепла и способен генерировать 20 киловатт электроэнергии. Этот показатель мизерен для земных электростанций, но дает огромную мощность для компактного космического устройства .

Аппарат сможет работать абсолютно автономно в глубоком космосе. Важно понимать, что подобные реакторы раньше летали только на околоземной орбите, начиная с американского SNAP-10A в 1965 году. Однако специалисты еще никогда не использовали их для длительных межпланетных перелетов.

Как работает ядерно-электрическое движение

Принцип работы SR-1 существенно отличается от традиционных представлений о ядерных ракетах. Это не ядерно-термический двигатель, нагревающий пропеллент в реакторе и выбрасывающий его под огромным давлением. Вместо этого тепло реактора SR-1 сначала превращается в электричество.

Впоследствии эта энергия питает ионный двигатель эффектом Холла. Электрические и магнитные поля ионизируют специальный газ (например ксенон) и разгоняют заряженные частицы до невероятных скоростей. Такой двигатель не способен создать мощный рывок для старта, поэтому для отрыва от Земли специалисты используют обычную химическую ракету.

Однако ионная установка может работать непрерывно в течение многих месяцев. Эксперты NASA часто сравнивают химические ракеты с коротким драгрейсингом. Электрическую тягу ученые называют долгой и максимально выносливой поездкой.

Комбинация новых и старых технологий

Чтобы уложиться в жесткие сроки до 2028 года, NASA решило не строить космический аппарат с самого нуля. За основу инженеры взяли модуль Power and Propulsion Element (PPE). Первоначально специалисты разрабатывали его для лунной орбитальной станции Gateway.

Благодаря этому новый аппарат получит 48-киловаттную солнечную систему. Она будет работать в тандеме с 20-киловаттным ядерным реактором . Однако подобная интеграция сразу создает новые технические вызовы.

Инженеры не рассчитывали месячный модуль Gateway на дополнительную тепловую нагрузку и сверхвысокую радиацию от урана. Также им придется установить мощный теневой радиационный щит. Он будет надежно разделять горячий реактор и чувствительную бортовую электронику.

Безопасность и высадка марсианских вертолетов

Из соображений безопасности ядерный реактор не будут запускаться ни на стартовой площадке, ни при выходе из атмосферы. Запуск установки произойдет не ранее чем через 48 часов после старта. Тогда космический аппарат будет находиться на безопасном расстоянии от нашей планеты.

Такое решение минимизирует радиационные последствия при возможной аварии ракеты-носителя. Приближаясь к Марсу, SR-1 должен выполнить свою вторую важнейшую задачу. Аппарат выпустит в атмосферу планеты специальный модуль SkyFall.

Этот блок содержит три небольших исследовательских вертолета, которые являются потомками знаменитого дрона Ingenuity. Они развернутся прямо в воздухе без предварительной посадки традиционного модуля. Дроны получат камеры, георадары и датчики ветра для поиска подповерхностного водяного льда, который обязательно пригодится для будущих пилотируемых миссий.