Наука

Ученые изобрели способ долететь до Марса за 45 дней вместо одного года

Игорь Романько

Ракету NASA снарядят новым типом ядерного двигателя

Мы живем в эпоху освоения космоса, несколько агентств планируют отправить астронавтов на Луну в ближайшие годы. За этим в следующее десятилетие последуют миссии на Марс с экипажем НАСА и Китая, к которым вскоре могут присоединиться другие страны. Об этом пишет ScienceAlert.

Эти и другие миссии, которые выведут астронавтов за пределы низкой околоземной орбиты и системы Земля-Луна, требуют новых технологий, начиная от жизнеобеспечения и радиационной защиты до мощности и движения. Поэтому новые ядерные тепловые и ядерные электрические двигатели (NTP/NEP) являются главными претендентами на место в новой ракете, что полетит на Марс.

NASA и советская космическая программа десятилетиями исследовали ядерный двигатель во время космической гонки. А несколько лет назад NASA возобновило свою ядерную программу с целью разработки бимодального ядерного двигателя – двухкомпонентной системы, состоящей из элементов NTP и NEP, которая могла бы обеспечить транзит в Марс за 100 дней.

Читайте также: Астрономы нашли вторую потенциально населенную экзопланету похожего на Землю размера, всего в 100 световых годах от нас

В рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) на 2023 год, агентство выбрало ядерную концепцию для первой фазы разработки. Этот новый класс бимодальных ядерных силовых установок использует цикл вращения волнового ротора и может сократить время транзита до Марса лишь до 45 дней.

Новый класс бимодальных NTP/NEP с волновым циклом закрытия ротора, обеспечивающий быстрый транзит к Марсу

Проект под названием "Бимодальный NTP/NEP с циклом закрытия волнового ротора" выдвинул профессор Райан Госсе, руководитель программы Hypersonics в Университете Флориды и член команды Флоридских прикладных исследований в инженерии (FLARE).

Предложение ученого является одним из 14, отобранных NAIC в этом году для первой фазы разработки, включающей грант в размере 12 500 долларов США на помощь в совершенствовании технологии и методов. Другие предложения включали инновационные датчики, инструменты, технологии производства, системы питания.

Ядерный двигатель, по сути, сводится к двум концепциям, обе опираются на технологии, которые были тщательно проверены и протестированы.

  • Для ядерно-теплового двигателя (NTP) цикл состоит из ядерного реактора, нагревающего жидкий водород (LH2), превращая его в ионизированный водород (плазму), который затем направляется через сопла для создания тяги.
  • С другой стороны, атомно-электрический двигатель (NEP) возлагается на ядерный реактор для обеспечения электроэнергией двигателя на эффекте Холла (ионный двигатель), который генерирует электромагнитное поле, которое ионизирует и ускоряет инертный газ (например, ксенон) для создания тяга. Попытки разработать эту технологию включают в себя проект Прометей Инициативы ядерных систем НАСА (NSI) (2003-2005).

Читайте также: Биоинженеры создали комнатное растение, которое очищает воздух в 30 раз лучше других цветов и даже воздухоочистителей

Обе системы имеют значительные преимущества перед обычным химическим двигателем, включая более высокий показатель удельного импульса (Isp), топливную эффективность и практически неограниченную плотность энергии. Хотя концепции NEP отличаются тем, что обеспечивают более 10 000 секунд Isp, то есть они могут поддерживать тягу около трех часов, уровень тяги довольно низок по сравнению с обычными ракетами и NTP.

По словам Госсе, потребность в источнике электроэнергии также поднимает проблему отвода тепла в космосе, где при идеальных условиях превращение тепловой энергии составляет 30-40%.

И хотя конструкции NTP NERVA является лучшим методом для миссий с экипажем на Марс и за его пределы, этот метод также испытывает проблемы с обеспечением соответствующих начальных и конечных массовых долей для миссий с высоким дельта-v.

Вот почему предпочтение отдается предложениям, включающим оба метода движения (бимодальный), поскольку они сочетают преимущества обоих. Проект Госсе предусматривает бимодальный дизайн на основе реактора NERVA с жестким сердечником, который обеспечивал бы удельный импульс (Isp) 900 секунд, что вдвое превышает текущую производительность химических ракет.

Предложенный Госсе цикл также включает волновой нагнетатель давления – или волновой ротор (WR) – технологию, используемую в двигателях внутреннего сгорания, которая использует волны давления, созданные реакциями, для сжатия всасываемого воздуха.

В паре с двигателем NTP WR будет использовать давление, создаваемое нагреванием топлива LH2 в реакторе, для последующего сжатия реакционной массы. Госсе заверил, что это обеспечит уровень тяги, сравнимый с концептом NTP класса NERVA, но не ISP 1400-2000 секунд. В сочетании с циклом NEP уровни тяги повышаются еще больше:

"В сочетании с циклом NEP рабочий цикл Isp можно дополнительно увеличить (1800-4000 секунд) с минимальным добавлением сухой массы. Эта бимодальная конструкция обеспечивает быстрый транзит для пилотируемых миссий (45 дней на Марс) и революционизирует исследование глубокого космоса и нашей Соня", – говорит ученый.

Читайте также: Через 500 лет ученым удалось решить "парадокс Леонардо да Винчи"

Благодаря обычным двигателям миссия с экипажем на Марс может занять до 3 лет. Эти миссии будут запускаться каждые 26 месяцев, когда Земля и Марс максимально сближаются (так называемое противостояние Марса) и будут тратить в пути не менее 6-9 месяцев.

Транзит продолжительностью 45 дней сократит общее время миссии до месяцев вместо лет. Это значительно снизит основные риски, связанные с миссиями на Марс, включая радиационное облучение, время пребывания в условиях микрогравитации и связанные с этим проблемы со здоровьем.

В дополнение к двигателям, есть предложения по новым конструкциям реакторов, которые обеспечивали бы стабильное электроснабжение для длительных наземных миссий, где солнечная и ветровая энергия не всегда доступна.

Эти и другие ядерные программы когда-нибудь позволят осуществлять миссии с экипажем на Марс и другие места в глубоком космосе, возможно, раньше, чем мы думаем.

Ранее, ученые уловили радиосигнал из далекой галактики, выпущенный, когда нашей Вселенной было всего 4,9 миллиарда лет, которая может быть связана с инопланетной цивилизацией.

Хотите получать самые актуальные новости о войне и событиях в Украине – подписывайтесь на наш Телеграмм-канал!