Ионные двигатели с ядерными реакторами: на пороге новых открытий

Готовя материал в этот номер, я не мог пройти мимо ряда заявлений ведущих руководителей Роскосмоса и Академии наук об официальном запуске проекта "Нуклон-Зевс", направленного на разработку космического ядерного буксира, к которому могут подключаться различные модули полезной нагрузки. Результатом проекта должна быть 50-месячная миссия "Луна – Венера – Юпитер", которую планируют на 2030 г.

Несмотря на то что работы над проектом введутся с 2010 г., официальные заявления о нем появились недавно.

Химические двигатели для космических ракет: пределы достигнуты

Чтобы оценить это фантастическое сообщение, я позволю себе кратко рассказать об основных принципах движения космических аппаратов.
Как известно, любое движение в космосе может быть только реактивным, то есть отбрасывая что-то назад, получать импульс для движения вперед. Пределы скорости и массы ракеты при таком движении определяются формулой Циолковского. Все ракеты, от самых первых до современных, сейчас используют для движения химическую энергию, которая высвобождается при горении топлива в камерах сгорания. Проблема в том, что сейчас практически достигнуты теоретические пределы скорости и масс ракет, которые могут дать химические двигатели. Фактически их мощности хватает только вывести космический корабль на орбиту, и далее корабль летит как стрела, выпущенная из лука. Изменить траекторию такого корабля можно, только используя гравитационные силы крупных небесных тел, таких как планеты или звезды, потому что ракета потратит все топливо на борьбу с земным притяжением. Поэтому современный космический корабль будет лететь, например, до Марса не менее девяти месяцев (зависит от взаимного положения Земли и Марса в момент старта).

Ионные двигатели: уже реальная перспектива

Но решение этой проблемы есть, это ионные двигатели, принцип работы которых основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. В отличие от химических, ионный двигатель может работать постоянно и медленно разгонять корабль до скоростей в десятки раз больше, чем могут дать химические двигатели. Сейчас ионные двигатели используются для управления движением спутников на околоземной орбите. Но маленький спутник – это не межпланетный корабль, который весит в сотни раз больше, для межпланетного перелета требуется значительно большее количество электрической энергии, которую нужно где-то взять в космосе. Сразу на ум приходят солнечные батареи, но даже на МКС, где солнечные батареи по площади равны футбольному полю, они дают всего лишь около 70–80 кВт энергии. И это на орбите Земли, а на орбите Марса или Юпитера – уже значительно меньше.

Этого недостаточно для дальнего перелета, поэтому остается лишь энергия ядерного реактора. И наши ученые и инженеры смогли создать такой реактор. Сейчас его заявленная мощность равна 470 кВт, но в перспективе будет доведена до мегаватта. На основе этого реактора и ионных двигателей и будет построен космический буксир "Нуклон". И для него время путешествия до Марса уже уменьшится до одного-полутора месяца, то есть в 6–9 раз. Но самое главное, корабль почти не требует заправки и может летать годами, например планируемый срок службы буксира "Нуклона" – около 10 лет.

Новые возможности для исследования Солнечной системы Потенциально это событие такого же масштаба, как и изобретение автомобиля, когда ездят на каретах, и для нас открывает возможность исследовать всю Солнечную систему, а не только околоземную орбиту и ближайшие планеты.

Кроме того, мощный источник энергии буксира позволит питать зонды для сбора данных и передавать большие объемы собранных данных. Химические ракеты останутся только в околоземном пространстве, для вывода грузов на орбиту, но полеты между планетами смогут совершать только лишь те, кто будет иметь корабли на ионных двигателях с ядерными реакторами. "И для миссий, которые отправляются на Марс, на Венеру, а в будущем, после создания термоядерных возможностей, при движении за пределы Солнечной системы, станет важнейшей задачей обнаружить и понять, одни ли мы в космосе или есть иная жизнь", – сказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин на Международной конференции по исследованию космоса GLEX-2021 15 июня этого года.

Но и это еще не все. На основе "Нуклона" планируется новая Российская орбитальная станция (Российская орбитальная служебная станция, РОСС), которая должна заменить МКС после 2025 г.

Имея такой мощный источник энергии, на станции могут проводить исследования совершенно иного уровня. Например, планируется модуль искусственной гравитации, на котором будут изучать, как имитировать силу притяжения на кораблях. Кроме того, планируется модуль сборки и обслуживания спутников, то есть станция будет также и орбитальной верфью, где могут собирать корабли, в том числе и для межпланетных миссий.

Дух захватывает от возможностей, которые открываются в ближайшее время и которые еще недавно казались далекой фантастикой. Ощущение, что мы стоим на пороге гигантских открытий, которые полностью изменят жизнь на Земле.

И тем удивительнее, что такие новости практически никак не освещаются СМИ ни у нас, ни в мире.