Ракети з ядерним двигуном доставлять людей на Марс набагато швидше: але все не так просто

NASA збирається відправити на Марс астронавтів уже в 2030-х роках. Така подорож в один бік може зайняти від 6 до 9 місяців якщо використовувати традиційні ракети з хімічним двигуном. Зараз NASA спільно з Управлінням перспективних дослідницьких проєктів Міністерства оборони США (DARPA) займається створенням ядерного ракетного двигуна, який допоможе ракетам у 2 рази швидше доставити людей на Червону планету. Але розробка ядерних реакторів для подібних ракет є нелегким завданням, пише Phys.

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

Технологія ядерних ракетних двигунів ґрунтується на реакції поділу ядра атома, коли виходить дуже багато енергії при розщепленні ядра атома нейтроном. Реакція поділу добре себе зарекомендувала при виробництві енергії на АЕС. Застосування реакції поділу ядра для приведення в рух космічної ракети є швидшою і потужнішою альтернативою ракетам із хімічним двигуном. NASA планує продемонструвати прототип першої ракети з ядерним двигуном у космосі вже у 2027 році. Але ця технологія все ще перебуває на стадії розробки.

Ден Котляр і його колеги з Технологічного інституту Джорджії, США, зараз створюють моделі для поліпшення та оптимізації конструкцій ядерних ракетних двигунів. За словами вченого, він сподівається, що ці зусилля допоможуть створити ракету з ядерним двигуном, яка зможе у 2 рази швидше доставити людей на Марс.

Звичайні хімічні ракетні двигуни використовують хімічну реакцію за участю легкого палива, такого як водень, і окислювача. При змішуванні ці два компоненти спалахують, унаслідок чого паливо дуже швидко виходить із сопла, що приводить ракету в рух. Але ці ракети повинні нести з собою кисень у космос, що робить їх важчими. На відміну від хімічних ракетних двигунів, ядерні ракетні двигуни покладаються на реакцію поділу для нагріву палива, яке потім викидається з сопла для створення тяги.

У багатьох реакціях поділу дослідники посилають нейтрон до легшого ізотопу урану, урану-235. Уран поглинає нейтрон, створюючи уран-236. Потім уран-236 розділяється на продукти поділу. Ядерні реактори на АЕС використовують воду для уповільнення нейтронів та їх поглинання, і передачі тепла. Вода може створювати пар безпосередньо в активній зоні реактора, який приводить у дію турбіну для вироблення електроенергії.

Котляр каже, що ядерні ракетні двигуни працюють схожим чином, але вони використовують інше ядерне паливо, в якому більше урану-235. Вони також працюють при набагато вищій температурі, що робить їх надзвичайно потужними і компактними. Ядерний двигун буде дуже швидко викидати паливо з сопла, створюючи велику тягу. Вона дасть змогу ракеті летіти швидше.

Наразі вчені працюють над тим, щоб використовувати в ядерних ракетних реакторах більш безпечне паливо, яке містить багато урану, але він є низькозбагаченим. Але таке паливо містить менше матеріалу, здатного піддаватися реакції поділу. Тож ракета з ядерним двигуном муситиме нести багато палива, а отже буде важчою.

Котляр каже, що для розв'язання цієї проблеми дослідники вивчають спеціальні матеріали, які будуть використовувати паливо більш ефективно в ядерних реакторах.

Майбутні ядерні двигуни для ракет, над якими працюють науковці, повинні будуть відповідати певним стандартам продуктивності та безпеки. Потрібно зробити так, щоб двигун мав малу масу, але створював дуже велику тягу, щоб у 2 рази швидше можна було дістатися на Марс

"Перш ніж інженери зможуть спроектувати двигун, який відповідатиме всім цим стандартам, необхідно почати з моделей. Ці моделі допомагають дослідникам зрозуміти, як двигун справлятиметься із запуском і зупинкою. Це операції, які вимагають швидких, значних змін температури та тиску", — каже Котляр.

Але управління таким двигуном вимагає великих витрат обчислювальної потужності. Тому вчені з Технологічного інституту Джорджії працюють над створенням нових інструментів, які не використовують багато обчислювальної потужності.

Як уже писав Фокус, глибоко під поверхнею Місяця виявлено несподіваний рух. Вчені, після вивчення мінливої форми і гравітації Місяця, дійшли висновку, що між мантією Місяця і ядром супутника Землі знаходиться частково розплавлений шар гірської породи.