РФ и США готовят ядерные буксиры для отправки на Марс: почему это важно?
Ничто не предвещало такого поворота событий, но 26 марта глава NASA Джаред Айзекман во время презентации планов по освоению Луны заявил, что в конце 2028 года будет запущена новая марсианская миссия. Ядерный буксир SR-1 Freedom доставит к красной планете три вертолета, которые будут искать необходимый для прибытия человека лед.
Вот это поворот! До сих пор не существует еще ни одного даже испытательного образца ядерного буксира, а тут менее чем через три года запланирована миссия. Откуда американцы взяли такую технику?
Что такое ядерный буксир
Спутники в космос запускают на ракетах с химическими двигателями: в камере сгорания поджигаются топливо и окислитель, и реактивная струя вырывается из сопла. Хорошая схема: такие двигатели выдают большую тягу — то, что надо, чтобы быстро оторвать от Земли ракету массой в сотни тонн.
Но у таких двигателей есть большой недостаток — они потребляют очень много топлива. Например, метеорологический спутник «Электро-Л» массой 1766 кг с низкой околоземной орбиты на геостационарную выводил разгонный блок «Фрегат-СБ» с традиционными жидкостными реактивными двигателями. Его баки вмещают 3100 кг топлива. Чем дальше надо улететь, тем больше топлива приходится с собой брать, и тем меньше места остается для полезной нагрузки.
Ядерный буксир работает иначе: это независимая установка, которая отдельно выводится в космос. И уже на орбите к ней стыкуется полезная нагрузка, которую надо доставить на Луну, Марс или иную планету.
Силовая установка такого буксира похоже на наземную АЭС: ядерный реактор вырабатывает тепло, потом эта энергия превращается в электричество. Оно в свою очередь питает оборудование и плазменные реактивные двигатели.
В таких двигателях ничего не горит: электромагнитное поле превращает рабочее тело (инертный газ неон или криптон) в плазму, которая с очень большой скоростью (намного больше скорости реактивной струи обычного двигателя — до 80-100 км/c) вылетает из сопла. Тяга у этих двигателей маленькая — земное притяжение на космодроме не преодолеть, зато они очень экономичные и могут очень долго непрерывно работать. Поэтому их часто используют на спутниках для коррекции орбиты.
Жидкостные ракетные двигатели — это как мотор грузовика: работает медленно, потребляет много топлива, но зато даже в горку может затащить 20 тонн картошки. А плазменный двигатель — это как мотор от мопеда: работает быстро, потребляет каплю топлива, но тяга совсем скромная.
Однако в космосе нет задачи разогнать аппарат за несколько минут, не надо преодолевать сопротивление воздуха и силу трения — они уже никуда не упадут. Можно запустить экономичный двигатель, чтобы он долго-долго работал.
В чем преимущество ядерного буксира
У конструкции с ядерной силовой установкой несколько важных преимуществ. Главное, нет необходимости каждый раз тащить на орбиту массу топлива, а значит можно за один раз доставить побольше научного оборудования — рассказывал исполнительный директор по перспективным программам и науке Александр Блошенко.
— Решения, которые мы закладываем, позволят доставить десятки тонн полезной нагрузки, например, к спутникам Юпитера. Вы сейчас никакими другими способами такую массу полезной нагрузки доставить не сможете. Там речь идет не о массе всего аппарата, а о массе полезной нагрузки, которая представляет собой научное оборудование, специальное зондирующее радиолокационное оборудование.
Также работающие двигатели дают возможность корректировать в случае необходимости траекторию полета, а ядерный реактор позволяет не зависеть от солнечной энергии для получения электричества. К тому же, такие реакторы многоразовые.
Кто придумал ядерный буксир
Идея создания ядерного буксира не нова. Проект межорбитального буксира «Геркулес» был разработан РКК «Энергия» с электроядерной двигательной установкой еще в 1978 году. Но со временим работы по этой теме заглохли.
К идее создания транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) в России вернулись в 2009 году — он получил название «Зевс». С тех пор сроки запуска буксира постоянно переносятся (изначально летные испытания должны были начаться в 2018 году, теперь — после 2030 года) и изредка поступают новости о планах использования ТЭМ и о том, что ведутся работы по созданию и испытанию двигателей.
Американцы же еще в 2011 году предлагали сотрудничество, но тогда дело дальше нескольких совещаний не пошло. С тех пор новостей о подобных разработках не поступало.
Заменит ли американский SR-1 российский «Зевс»
Секрет такой быстроты американской разработки прост: NASA для своего буксира возьмет уже созданный реактор, он предназначался для орбитальной станции Lunar Gateway, которую на днях отменили.
С одной стороны, сжатые сроки создания буксира — это хорошо. С другой стороны, масштаб проекта совсем не тот, что у Роскосмоса. Если в России работают над реактором мегаваттного класса, то мощность американского — 20 кВт. То есть в 50 раз слабее.
Поэтому ни о каких тоннах полезной нагрузки речи не идет. Буксир от NASA доставит к Марсу три мини вертолета — аналоги вертолета Ingenuity, который уже летал там в 2021–2024 годах. Масса такого аппарата — 1,8 кг.
Так что SR-1 никак не может стать заменой для «Зевса». Это совсем иной уровень. Фактически американский буксир — действующий испытательный стенд. При сроке службы аппарата в один год полет к Марсу — это билет в один конец. Зато, в отличие от «Зевса», он может появиться намного раньше и позволит США отработать технологии на практике.