Химические ракетные двигатели, которые сегодня используются для освоения космоса, имеют серьёзное ограничение: для продолжительных межпланетных перелётов им требуется огромное количество топлива. NASA рассчитывает изменить ситуацию с помощью ядерных энергетических установок, способных сделать космические путешествия быстрее и открыть доступ к самым отдалённым уголкам Солнечной системы.
Почему космосу нужна ядерная энергия?
На протяжении десятилетий космические аппараты полагались преимущественно на два источника энергии: химическое топливо и солнечный свет. Солнечные панели обеспечивали электричеством многочисленные спутники, орбитальные станции и исследовательские роверы. Однако по мере удаления от Солнца эффективность такого решения падает.
За орбитой Марса солнечного излучения становится значительно меньше, что создаёт дополнительные трудности для продолжительных научных миссий. Именно поэтому NASA всё активнее рассматривает ядерную энергетику как основу будущих космических аппаратов.
Как работают ядерные двигатели?
Существует два основных направления использования атомной энергии в космосе.
Первое — радиоизотопные энергетические установки. Они используют тепло, выделяемое при естественном распаде радиоактивных материалов, например плутония-238. Затем специальные термоэлектрические преобразователи превращают это тепло в электричество. Подобные системы способны годами обеспечивать энергией космические аппараты.
Второе направление — ядерные реакторы деления. Они могут вырабатывать электричество для высокоэффективных ионных двигателей либо непосредственно нагревать рабочее тело, создавая тягу. Последний вариант известен как ядерный тепловой ракетный двигатель.
Какие технологии разрабатывает NASA?
NASA уже работает над несколькими перспективными проектами ядерной энергетики. В частности, инициатива SR-1 Freedom предусматривает демонстрацию возможностей ядерных энергетических установок за пределами земной орбиты.
Параллельно исследователи изучают перспективные виды низкообогащённого урана HALEU, способные удовлетворить требованиям будущих двигательных систем. Также совершенствуются радиоизотопные термоэлектрические генераторы, которые должны надёжно работать в экстремальных условиях космоса на протяжении десятилетий.
Марс за два месяца и путешествия к далёким мирам
Одно из наиболее впечатляющих преимуществ ядерной двигательной установки — возможность существенно сократить продолжительность пилотируемых экспедиций. По предварительным оценкам, высокоэффективные ядерные тепловые двигатели потенциально позволят добираться до Марса всего за 45–60 дней.
Более короткий перелёт означает меньшее воздействие космической радиации на экипаж и снижение рисков, связанных с длительным пребыванием в замкнутом пространстве.
Однако Марс — далеко не единственная цель. Ядерная энергетика может помочь исследовать ледяные спутники Юпитера и Сатурна, включая Европу и Энцелад, под поверхностью которых предположительно скрываются океаны жидкой воды. Такие миссии потребуют мощного оборудования для исследования ледяной коры и поиска возможных признаков жизни.
Ещё более амбициозная перспектива — отправка аппаратов к облаку Оорта и в межзвёздное пространство. Высокоэффективные электрические двигатели потенциально способны сделать подобные путешествия осуществимыми в пределах продолжительности человеческой жизни.
NASA уже имеет опыт использования атомной энергии
Ядерная энергетика в космосе — не просто перспективная концепция. С 1960-х годов NASA использовало более 20 радиоизотопных энергетических систем.
Например, марсоходы Curiosity и Perseverance получают электричество благодаря радиоизотопным термоэлектрическим генераторам на основе плутония-238. А космические аппараты Voyager 1 и Voyager 2, запущенные ещё в 1977 году, продолжают передавать научные данные, находясь далеко за пределами гелиосферы.
Другой пример — аппарат New Horizons, который в 2015 году исследовал Плутон, используя энергию радиоизотопного источника.
Таким образом, NASA постепенно переходит от привычных энергетических решений к более мощным ядерным технологиям. Если новые разработки оправдают ожидания, человечество получит возможность исследовать Солнечную систему быстрее, эффективнее и значительно дальше, чем позволяют современные химические ракетные двигатели.
