Путь на Марс — одно из самых сложных испытаний для современной космонавтики. Семь–восемь месяцев в замкнутом пространстве, микрогравитация, космическая радиация — всё это превращает межпланетный перелёт в серьёзный риск для здоровья астронавтов. Неудивительно, что инженеры всё чаще ищут альтернативу традиционным химическим ракетам. Одно из самых перспективных направлений — ядерная тепловая тяга (Nuclear Thermal Propulsion, NTP).
В Массачусетском технологическом институте этим вопросом занимается магистрант Тейлор Хэмпсон. Его исследования, поддержанные NASA, направлены на моделирование полноценного ядерного ракетного двигателя — от баков до насосов — и могут приблизить человечество к более быстрым и безопасным полётам к Марсу.
Хэмпсон пришёл в ядерную инженерию не случайно. Он вырос на так называемом Космическом побережье Флориды, откуда не раз наблюдал запуски шаттлов. Позже он получил степень бакалавра по аэрокосмической инженерии в Georgia Tech, прошёл стажировки в Blue Origin и Stoke Space, а также участвовал в студенческой ракетной команде.
MIT он выбрал из-за редкого сочетания компетенций: здесь аэрокосмическая инженерия тесно переплетается с ядерной наукой, включая исследования ядерного топлива. Именно эта связка особенно важна для проектов в области ядерной тяги.
Как работает ядерная тепловая тяга
Что такое ядерная тепловая тяга и чем она отличается от привычных ракетных двигателей? В основе NTP лежит не химическое сгорание топлива, а использование ядерной энергии. Реактор нагревает рабочее тело — чаще всего водород — до экстремально высоких температур. Затем разогретый газ выбрасывается через сопло, создавая тягу.
Главное преимущество такого подхода — высокий удельный импульс, то есть эффективность двигателя. По этому параметру ядерная тепловая тяга как минимум вдвое превосходит химические ракеты при сопоставимой тяге. Проще говоря, за то же количество топлива можно получить значительно больший «разгон».
Почему это важно для полёта на Марс
Более высокая эффективность означает более короткий перелёт. А сокращение времени в пути — это не просто удобство, а вопрос выживания экипажа. Чем меньше месяцев астронавты проведут в условиях микрогравитации и под потоком космической радиации, тем ниже риски для их здоровья.
По оценкам NASA, корабль на химических двигателях летит к Марсу около семи–восьми месяцев. Проекты с использованием ядерной тепловой тяги обещают сократить это время примерно вдвое. Разница колоссальная — и именно она делает NTP снова актуальной.
Моделирование двигателя целиком
В своей работе Хэмпсон не ограничивается отдельными элементами. Он строит модель всей силовой установки целиком — включая баки, насосы и вспомогательные системы. Такой подход позволяет увидеть, как температура, давление и другие параметры влияют друг на друга в масштабе всего двигателя.
Для ускорения расчётов используется упрощённая одномерная модель, которая связывает термодинамику и нейтронную физику. Это важно, потому что даже небольшие изменения конфигурации топлива или компонентов могут существенно повлиять на характеристики двигателя.
Сложностей хватает. Например, запуск ядерного двигателя сопровождается резким ростом температур — и здесь есть риск разрушения материалов. Остановка тоже не так проста: после выключения реактора остаётся остаточное тепловыделение, из-за которого двигатель нельзя «погасить» мгновенно.
Несмотря на впечатляющие преимущества, ядерная тяга долгое время оставалась на периферии космических программ. Причина проста — деньги. Как отмечает сам Хэмпсон, до сих пор не было миссий, где выигрыш в эффективности оправдывал бы высокую стоимость разработки таких двигателей.
Ситуация может измениться уже в ближайшие годы. NASA всерьёз рассматривает пилотируемые полёты на Марс в 2030-х, и в этом контексте ядерная тепловая тяга впервые за десятилетия получает реальный шанс выйти из лабораторий в космос.
