Ядерний ракетний двигун може вдвічі скоротити час подорожей у далекий космос, що дозволить також і зменшити дозу космічної радіації, яку може отримати екіпаж, і збільшити кількість корисного навантаження на борту. Проте, реалізація такого двигуна NASA стикається з новими складнощами, пише Єлісей Ходоловський.
У січні 2023 адміністратор NASA Білл Нельсон заявив, що агенцією у співпраці з DARPA було заплановано розробити та продемонструвати технологію ядерного ракетного двигуна у 2027 році.
Як працює ядерний ракетний двигун
Ядерні ракетні двигуни, подібно до звичайних ядерних реакторів на АЕС, також працюють на принципі поділу урану-235, але вміст цього ізотопу в їх паливі має бути вищий. Вони також працюють при набагато вищій температурі, що робить їх надзвичайно потужними та компактними. Ядерні ракетні двигуни мають приблизно в 10 разів більшу щільність потужності, ніж традиційний легководний реактор.
Ядерний двигун може мати перевагу над хімічним з кількох причин.
Він має дуже високу швидкість виходу продуктів реакції з сопла двигуна, створюючи високу тягу, яка дозволяє ракеті прискорюватися швидше.
Ці системи також мають високий питомий імпульс. Питомий імпульс вимірює, наскільки ефективно паливо використовується для створення тяги. Ядерні двигуни мають приблизно вдвічі більший питомий імпульс, ніж хімічні, що означає, що вони можуть скоротити час подорожі вдвічі.
Розробка ядерних двигунів
Ідея ядерного ракетного двигуна не нова. Між 1955 і 1973 роками в рамках програм NASA, General Electric і Argonne National Laboratories було виготовлено та випробувано на полігоні цілий ряд ядерних ракетних двигунів: Kiwi, NERVA та інших. Один з них навіть підірвали, щоб перевірити, як він себе поведе при закритичному навантаженні.
Але в цих проектах як паливо використовувався високозбагачений уран. Це паливо більше не використовується через страх сучасного американського уряду перед поширенням ядерної зброї та ядерних матеріалів.
Зменшення збагачення
Так звана “Ініціатива зменшення глобальної загрози”, започаткована у 2009 Міністерством енергетики США та Національним управлінням ядерної безпеки США з подачі тодішнього президента Обами, була спрямована на переведення багатьох науково-дослідницьких реакторів, які використовують високозбагачений уран, на паливо з “високим вмістом низькозбагаченого урану” або HALEU.
Людською мовою правильно буде його назвати “уран середнього збагачення”, з вмістом U-235 від 5% до 20%.
Цей “уран середнього збагачення”, як можна здогадатися, містить менше матеріалу, що ділиться, порівняно з високозбагаченим урановим паливом, яке використовували колись.
У статті для The Conversation експерт з ядерної інженерії Ден Котляр, доцент з ядерної інженерії в Технологічному інституті Джорджії, зазначив, що майбутнім експедиціям знадобиться більше завантаженого HALEU-палива на борту (якщо вони будуть використовувати саме його), що робить двигун важчим.
Як полетіти на HALEU
Щоб вирішити цю проблему, дослідники шукають способи, як ефективніше використовувати таке паливо. Проте до готового робочого рішення ще дуже далеко.
Поточний курс адміністрації Байдена, який передбачає нарощування ядерної генерації, зіткнувся з серйозним дефіцитом збагаченого урану, якого не вистачає для всіх споживачів.
Як вже повідомлялося раніше, доходить до того, що високозбагачений уран з дослідницьких реакторів та протермінованих ядерних боєголовок сплавляють зі збідненим ураном, щоб отримати той самий HALEU для потреб енергетики.
