Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) приступило к реализации программы DRACO. Ранее известная как ROAR, она подразумевает разработку и испытание космического аппарата с тепловым ядерным ракетным двигателем к 2025 году. О выборе исполнителей для программы рассказывается на сайте DARPA.
Конструкторам космических аппаратов при выборе способа передвижения приходится выбирать из двух вариантов — химических и электрических ракетных двигателей. Первые обладают высокой тягой, что позволяет быстро выполнять маневры, но сравнительно низкой скоростью истечения газов рабочего тела. Это означает, что они очень быстро и неэкономично расходуют топливо. Поэтому космическому аппарату с химическими ракетными двигателями приходится брать в полет много топлива, чтобы запаса характерестической скорости (то есть максимальной скорости, которую космический аппарат сможет достичь, израсходовав все топливо) хватало для перелета к цели. Вторые обладают превосходными показателями скорости истечения рабочего тела (в профессиональной среде вместо этого используется удельный импульс, то есть отношение создаваемого двигателем импульса к секундному расходу рабочего тела), но настолько малой тягой, что космическому аппарату с электрическими ракетными двигателями на выполнение маневра требуются недели и месяцы.
Тепловые ядерные ракетные двигатели выглядят как золотая середина. Теоретически не уступая в тяге химическим ракетам, они обладают большей скоростью истечения рабочего тела, хотя и уступают по этому показателю электрическим. Ядерные ракетные двигатели позволяет гораздо эффективнее выполнять быстрые орбитальные маневры и отправлять в межпланетные перелеты намного более массивные корабли, при этом используя меньшие по массе запасы топлива.
Ядерный ракетный двигатель NERVA
Источник изображения: NASA
Ядерный ракетный двигатель РД-0410
Источник изображения: КБХА
Проекты тепловых ядерных ракетных двигателей уже создавались и испытывались в прошлом. Это американские NERVA и советские РД-0410, которые разрабатывались в 50-х — 80-х годах. Американский проект уже на стадии готовности к применению на космических кораблях был свернут в 1972 году решением администрации президента Никсона из-за сокращения финансирования космических программ. Разработка советского двигателя продолжалась на воронежском КБХА до 1988 года, когда тяжелая финансовая обстановка перестройки и последствия аварии на Чернобыльской АЭС привели к остановке всех работ по проекту. Единственный изготовленный РД-0410 до сих пор хранится на предприятии. Однако интерес к технологии не исчез.
В марте 2019 года в США объявили о планах разработки нового ядерного ракетного двигателя под названием ROAR (Reactor On A Rocket). В следующем году программа получила дополнительное финансирование, и была переименована в DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). Интерес к ядерному ракетному двигателю проявляет американское Министерство обороны, которое намерено расширить свою деятельность за пределы околоземной орбиты.
DARPA рассказало 12 апреля о переходе проекта DRACO в стадию технического проектирования, которое продлится ближайшие 18 месяцев. За это время компания General Atomics должна разработать ядерный реактор для двигателя, а корпорации Blue Origin и Lockheed Martin — создать конкурирующие проекты демонстрационных и рабочих космических аппаратов, на которых будут использоваться новые двигатели. Победивший проект будет реализовываться на следующем этапе. Цель программы — продемонстрировать в 2025 году работоспособность теплового ядерного ракетного двигателя на космическом корабле.
Согласно техническому заданию, реактор двигателя будет работать на низкообогащенном урановом топливе с содержанием изотопа U-235 от пяти до 20 процентов. Схожее обогащение предполагается использовать и в аналогичном проекте, который разрабатывает NASA. В сравнении, топливо для легководных реакторов АЭС содержит от трех до пяти процентов изотопа U-235, а у энергетических установок, которые используются на американском флоте — до 90 процентов.
В прошлом году сообщалось, что в США стартовали работы над мобильным ядерным реактором для нужд Министерства обороны. Подробнее узнать о способах генерации электричества в космосе можно в нашем материале «Энергетика в космосе».
Дмитрий Логинов
