Развитие полетов с использованием ядерного двигателя
Как ядерный двигатель может помочь в освоении дальнего космоса, особенно таких внешних планет, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун? Именно на это направлено недавнее исследование, представленное на 56-й конференции по лунным и планетарным наукам (LPSC 2025), в ходе которого пара исследователей из Индии исследовали финансовые, логистические и надежные возможности использования энергии ядерного деления для будущих полетов в дальний космос. Это исследование потенциально может помочь ученым, инженерам и будущим астронавтам разрабатывать технологии следующего поколения по мере того, как человечество продолжает расширять свое присутствие в космосе.
Здесь Universe Today обсуждает это невероятное исследование с Малайей Кумар Бисвал, основательницей и генеральным директором Acceleron Aerospace в Бангалоре, Индия, о мотивации исследования, важных выводах и изучении других звездных систем. Итак, какова была мотивация этого исследования?
"Основной мотивацией для этого исследования стало растущее осознание того, что наши нынешние двигательные установки и энергетические установки, особенно химические и работающие на солнечной энергии, недостаточны для длительных полетов в дальний космос", — говорит Бисвал в интервью Universe Today. "Поскольку мы расширяем границы исследований в направлении Марса, внешних планет и даже межзвездного пространства, нам нужны энергетические системы, которые были бы не только надежными, но и способными обеспечивать устойчивую подачу энергии в течение десятилетий.
"Ядерная энергетика, особенно системы, основанные на расщеплении, предлагают решение с высокой плотностью энергии и независимостью от солнечного света. Нашей целью было изучить, как эти технологии могут изменить способы планирования, обеспечения энергией и выполнения полетов за пределы околоземной орбиты, что позволит осуществлять настоящие многопланетные и межзвездные полеты".
В ходе исследования исследователи оценили множество характеристик, касающихся того, как двигательные установки, работающие на ядерном топливе, могут успешно способствовать освоению дальнего космоса, включая энергетические системы, ключевые преимущества, заметные разработки, потенциальные области применения и ограничения. Это включало в себя углубленный анализ радиоизотопной электрической тяги, ядерной электрической тяги, высокой выходной мощности и потребностей, длительных миссий, предложенной НАСА концепции KRUSTY (киловаттный реактор с использованием технологии Стирлинга), исследования нескольких планет, полетов на Луну и Марс с экипажами, а также сравнение с традиционными системами.
В конце концов, исследователи назвали ядерную энергетическую установку "решающим фактором", предлагающим множество преимуществ и усовершенствований, выходящих за рамки существующих двигательных технологий, с очень небольшим количеством ограничений, в частности, радиационной защитой и массой. Но каковы наиболее важные выводы из этого исследования?
Бисуол рассказывает Universe Today: "Во-первых, энергетические системы с ядерным расщеплением обеспечивают значительно более высокую и стабильную выходную мощность, чем традиционные источники, что имеет решающее значение как для двигательной установки, так и для систем жизнеобеспечения в длительных полетах. Во—вторых, эти системы могут сократить время транспортировки, поддерживать большую полезную нагрузку и работать в условиях, где солнечная энергетика просто нецелесообразна, например, в глубоком космосе или на затененных поверхностях планет.
- В-третьих, несмотря на невероятные перспективы технологии, она также сопряжена с трудностями, особенно в области защиты от радиации, протоколов безопасности и массы системы. Однако текущие разработки, такие как проект НАСА Kilopower, показывают, что мы неуклонно движемся к тому, чтобы воплотить это в практическую реальность".
Исследователи подробно обсуждают, как ядерный двигатель можно было бы использовать для исследования всей Солнечной системы, вплоть до пояса Койпера, который начинается на внутренней орбите Нептуна примерно в 30 астрономических единицах (а.е.) и простирается до 50 а.е., при этом 1 а.е. - это расстояние от центра Солнечной системы. солнце на Земле. Для сравнения, расстояния AU до Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона равны 0.39, 0.72, 1.52, 5.20, 9.54, 19.22, 30.06, и 39,5 соответственно.
Исследователи отмечают, что такие расстояния возможны благодаря ядерному двигателю, способному функционировать десятилетиями, что открывает возможности для расширения присутствия человечества далеко за пределами Земли, возможно, на спутниках планет-гигантов. Хотя в этом исследовании не упоминаются путешествия за пределы Солнечной системы и в межзвездное пространство, в других исследованиях предлагается отправить космический корабль к ближайшей к нам звезде, Проксиме Центавра. Таким образом, можно ли использовать ядерные двигатели для исследования других звездных систем, в частности Проксимы Центавра?
Бисуол говорит в интервью Universe Today: "Исследование другой звездной системы, такой как Проксима Центавра, является грандиозной задачей, но ядерный двигатель - одна из немногих технологий, которые могут сделать это возможным в этом столетии. Несмотря на то, что для достижения Проксимы Центавра, которая находится на расстоянии более 4 световых лет, при современных технологиях все равно потребуется время в пути от нескольких десятилетий до столетий, ядерные двигатели, особенно в сочетании с электрическими или ионными двигательными установками, могут значительно увеличить нашу досягаемость и сократить продолжительность полета по сравнению с традиционными методами".
Бисуол продолжает: "Для таких межзвездных полетов можно было бы использовать ядерную тепловую двигательную установку большой тяги для эффективного выхода за пределы Солнечной системы, а затем электрическую двигательную установку длительного действия, приводимую в действие ядерными реакторами для поддержания скорости. Теоретически, эти системы могли бы обеспечить выполнение миссий зондов, которые в один прекрасный день могли бы отправлять данные с близлежащих экзопланет. Хотя мы еще не достигли этого, это исследование является частью основы, необходимой для серьезного рассмотрения таких возможностей в будущем".
Это исследование появилось после того, как те же исследователи представили на 56-й конференции LPSC исследование, в котором предлагалось использовать межпланетную транспортную систему с человеческим экипажем (HUCITAR) для исследования Марса и карликовой планеты Церера, которая также является крупнейшим планетным телом в Главном поясе астероидов, что свидетельствует о том, что когда-то в ее недрах содержалась соленая жидкость вода океана.
Это исследование HUCITAR основано на исследованиях 2021 и 2022 годов, которые они представили на научном форуме AIAA SciTech Forum, где также обсуждались исследования Марса и Цереры человеком. Поскольку человечество продолжает расширяться за пределы Земли и в космос, эти исследования могут стать основой для будущих исследовательских инициатив, которые позволят людям достичь отдаленных миров и основать постоянные поселения как внутри Солнечной системы, так и за ее пределами всего за несколько поколений.
Бисуол говорит в интервью Universe Today: "Предложенная нами архитектура убедительно доказывает, что ядерно-электрическая двигательная установка (NEP) и ядерно-тепловая двигательная установка (NTP) являются важными факторами сокращения времени полета, увеличения грузоподъемности и резервирования миссий. В дополнение к двигательной установке, в наших исследованиях подробно рассматривается схема полета, включая оптимизацию траектории, модели затрат, протоколы безопасности, выработку электроэнергии с использованием ритэгов [радиоизотопных термоэлектрических генераторов] и реакторов деления, а также соображения, касающиеся здоровья астронавтов при длительном воздействии".
Бисуол продолжает: "Если мы и хотим донести до читателей какую-то ключевую мысль, так это то, что ядерные системы — это не просто несбыточная мечта, они быстро становятся необходимостью для значимых исследований за пределами низкой околоземной орбиты. В Acceleron Aerospace мы стремимся обеспечить фундаментальные исследования, технологии и концепции миссий, необходимые для реализации этого видения, начиная с Марса и Цереры и в конечном итоге распространяясь на внешние области Солнечной системы".
