Революція в космічних польотах: що відомо про незвичайний ядерний двигун на рідкому урані

Дослідження опубліковано в журналі Acta Astronautica, пише Interesting Engineering.

Новий ядерний ракетний двигун

Американські вчені створили попередню версію нового ядерного двигуна, який дасть змогу значно прискорити польоти до інших планет Сонячної системи. Поки що цей двигун не є повноцінним прототипом і триває його подальша розробка. Проте вчені досягли значного прогресу.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Відцентровий ядерний двигун (CNTR), розробка якого триває, є різновидом ядерного ракетного двигуна, але він працює на рідкому урані. Новий ядерний двигун, як кажуть учені, має забезпечити вдвічі більший питомий імпульс порівняно з іншими ядерними ракетними двигунами, що зараз перебувають у розробці та призначені для швидких польотів у космосі.

• Питомий імпульс — це міра ефективності ракетного двигуна, що показує, скільки тяги створюється на одиницю витрати палива. Більш високий питомий імпульс означає, що двигун ефективніше використовує паливо для створення тяги. Здебільшого, питомий імпульс вимірюється в секундах.

Ядерні двигуни мають замінити традиційні хімічні ракетні двигуни, адже вони більш ефективні та дають змогу розвивати більшу швидкість польоту. Наприклад, у NASA зараз триває розробка ядерного ракетного двигуна з питомим імпульсом приблизно 900 секунд. Це приблизно у 2 рази більше, ніж у хімічних ракетних двигунів.

Відцентровий ядерний двигун використовує рідке уранове паливо замість твердого палива в традиційних конструкціях ядерних двигунів і має забезпечити питомий імпульс на рівні 1500 секунд. Це дасть змогу космічним кораблям значно збільшити швидкість при збереженні аналогічного рівня тяги.

У конструкції CNTR розплавлене уранове паливо швидко обертається в центрифузі. Водневий газ переміщається через гарячу рідину і викидається через сопло для створення тяги.

Вчені кажуть, що основна відмінність CNTR від традиційних ядерних двигунів полягає в тому, що замість використання твердого палива використовується рідке паливо, яке міститься в циліндрах, що обертаються, під дією відцентрової сили.

Проблеми з новим ядерним двигуном

Але розробка нового ядерного двигуна пов'язана зі значними інженерними проблемами. Хоча вчені досягли прогресу в управлінні ядерними реакціями двигуна. Додавання ербію-167 покликане допомогти стабілізувати внутрішні температури. Вчені також повідомили, що побічні продукти ядерного поділу, такі як ксенон і самарій, можуть негативно вплинути на ядерну реакцію, якщо їх не видалити належним чином. Над цим зараз працюють учені.

Поки що експерименти показують, що ядерний двигун може забезпечити питомий імпульс на рівні 1512 секунд в ідеальних умовах. Для досягнення цього буде потрібно більше центрифуг і вищі швидкості обертання, ніж в оригінальній конструкції.

Також ученим потрібно зрозуміти, як запобігти витоку уранового палива через сопло з водневим паливом. Значна втрата урану може знизити питомий імпульс двигуна на 30%. За словами вчених, перед створенням повноцінного прототипу потрібно провести ще доопрацювання та оптимізацію CNTR.

Автори дослідження кажуть, що цей двигун може здійснити революцію в космічних польотах, адже може дати змогу переміщатися у 2 рази швидше космосом, ніж передбачають інші конструкції ядерних ракетних двигунів.

Ядерний ракетний двигун — це швидкий політ на Марс та інші планети

• Ядерний ракетний двигун використовує енергію ядерної реакції для нагріву робочого тіла і створення тяги, на відміну від хімічних ракетних двигунів, де тягу створюють за рахунок згоряння палива.
• В основі ядерного ракетного двигуна лежить принцип нагрівання робочого тіла, зазвичай водню, до дуже високих температур ядерним реактором, а потім його викидання через сопло для створення тяги.
• Головна перевага таких двигунів — це більш високий питомий імпульс. Це означає, що для створення тієї самої тяги, що й у хімічних ракетних двигунів, ядерний двигун споживає менше палива.
• На відміну від хімічних двигунів, ядерним двигунам не потрібен окислювач, оскільки для нагрівання не відбувається горіння. Це значно знижує масу ракети або космічного корабля.
• Ядерні ракетні двигуни розглядаються як перспективна технологія для швидких польотів на Марс і більш далекі планети. Ці двигуни дадуть змогу значно скоротити час польоту і зменшити початкову масу космічного корабля.

Також Фокус писав про новий ядерний електричний двигун, який дасть змогу в 6 разів швидше долетіти до Марса.

Ще Фокус писав про те, що астрономи побачили незвичайне вбивство зірки під час зіткнення галактик. Вчені виявили як надмасивна чорна діра розірвала на частини зірку, але це лише друга подібна подія, яка спостерігалася при зіткненні галактик.