Ракета з розплавленим ураном скоротить політ на Марс до 6 місяців

Якщо людство хоче перетворити Марс на щось більше, ніж мрію, потрібен новий тип ракети. Не просто більший прискорювач чи вишуканіша капсула, а щось кардинально інше. В Університеті штату Огайо та Університеті Алабами в Хантсвіллі інженери роблять ставку на паливо, яке звучить небезпечно, але може скоротити час досягнення Червоної планети — розплавлений уран.

Їхній прототип називається відцентровий ядерний тепловий двигун. Замість покладання на хімічне згоряння або навіть тверде ядерне паливо, яке випробовувалося у 1960-х роках, цей двигун обертає циліндри з рідким ураном зі швидкістю тисячі обертів на хвилину. Це обертання утримує уран на місці, поки водневе паливо проходить через нього, нагріваючись до тих пір, поки не вилітає з сопла з шаленою швидкістю.

Спенсер Крістіан, аспірант, який очолює конструювання прототипу в Університеті штату Огайо, висловився прямо: «Ви могли б здійснити безпечну подорож в один кінець на Марс за шість місяців, наприклад, на відміну від виконання тієї ж місії за рік».

Хімічні ракети, робочі коні космічних досліджень, майже вичерпали свій потенціал. У кращому випадку вони можуть досягти близько 450 секунд питомого імпульсу — показника ефективності тяги. Це добре для стрибків на Місяць чи підштовхування супутників, але для Марса чи Плутона це означає довгі, виснажливі місії. «Новим горизонтам» знадобилося дев'ять болісних років, щоб дістатися Плутона.

Ядерна теплова рушійна сила, яка використовує реактори для нагрівання палива, давно обіцяє подвоїти цю ефективність. Відцентровий ядерний тепловий двигун йде ще далі. Згідно з дослідженням команди, опублікованим у журналі Acta Astronautica, повністю реалізований двигун може досягти 1500−1800 секунд питомого імпульсу. Це могло б скоротити подорож туди й назад на Марс з майже двох років до приблизно 420 днів.

Дін Ванг, доцент кафедри машинобудування та аерокосмічної техніки в Університеті штату Огайо, підкреслив ставки: «Чим довше ви перебуваете в космосі, тим більше ви схильні до всіх типів ризиків для здоров'я. Тож, якщо ми зможемо зробити це коротшим, це буде дуже корисно».

Звичайно, використання розплавленого урану всередині обертового ракетного двигуна — це не зовсім готове рішення. Дослідження перераховує десять складних інженерних викликів. Серед них: проектування пористих стінок циліндрів, які пропускають водень, але не дають урану витікати; запобігання насиченню вихлопу парами урану, що може знищити ефективність; контроль усієї системи під час запуску та зупинки, коли нестабільності найбільш імовірні.

Один експеримент, жартівливо названий BLENDER II, обертає рідкий метал-симулятор з тисячами обертів на хвилину для вивчення поведінки газових бульбашок у такому екстремальному середовищі. Інші дослідники досліджують діелектрофорез, використовуючи електричні поля для витягування блукаючих атомів урану з водневого потоку перед тим, як вони полетять у космос.

Як зазначається в дослідженні, «для життєздатного двигуна потрібна одна або більше технік пом'якшення втрат палива». Наразі найкращий термін служби двигуна становить близько 10 годин загального часу горіння — далеко від того, що потрібно для міжпланетних подорожей.

NASA та DARPA вже інвестують у ядерну теплову рушійну силу через програму DRACO, яка планує провести випробування до 2027 року. Цей проект базується на десятиліттями старих конструкціях з твердим паливом. Відцентровий ядерний тепловий двигун представляє більш дику, ризиковану ставку: розплавлені ядра, вищі температури, але з потенційно стрибком у продуктивності.

Якщо це спрацює, віддача буде величезною. Швидші подорожі зменшують вплив радіації та мікрогравітації на астронавтів. Вони також відкривають прямі траєкторії до зовнішніх планет, обходячи багаторічні обходи гравітаційних маневрів. Уявіть космічний корабель, який досягає Нептуна не за п'ятнадцять років, а за сім.

Але навіть його творці обережні. «Ми маємо дуже хороше розуміння фізики нашої конструкції, але все ще є технічні виклики, які нам потрібно подолати», — сказав Ванг.

Іншими словами, не очікуйте, що космічні кораблі з розплавленим ураном з'являться з ангара наступного року. Однак кожен крок наближає нас до ракет, які роблять міжпланетні подорожі менш схожими на одіссею і більше на керовану далеку поїздку.