Космическому кораблю требуется от семи до девяти месяцев, чтобы добраться до Марса. Это время зависит от космического аппарата и расстояния между двумя планетами, которое меняется по мере того, как они движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Пока последним это путешествие совершил космический аппарат НАСА «Персеверанс», и оно заняло около семи месяцев.
Если бы эти перелёты не были такими долгими, человечество освоило бы Марс гораздо быстрее. НАСА изучает идею использования ядерной электрической тяги, чтобы сократить время путешествия.
Отправить экипаж на Марс гораздо сложнее, чем такого робота-исследователя, как «Персеверанс». Аппарат останется там после завершения своей миссии. Но люди должны вернуться на Землю. Одно из главных ограничений — это окна запуска. Они происходят каждые 26 месяцев, когда планеты находятся ближе всего друг к другу, что делает путешествие короче и удобнее. Таким образом, возвращение на Марс в составе экипажа может занять около четырёх лет, в зависимости от разных факторов, таких как время пребывания экипажа на планете.
Разрабатываемая в настоящее время более эффективная двигательная система может доставить экипаж на Марс и обратно всего за два года, утверждают её сторонники. Инженеры Исследовательского центра НАСА в Лэнгли работают над ядерно-электрической двигательной системой, которая сможет доставить экипаж на Марс в эти сроки. Система использует ядерный реактор для выработки электроэнергии, которая ионизирует газообразное топливо, создающее тягу.
Но есть одна загвоздка: систему придётся собирать в космосе.
Технологию назвали «модульная сборка радиаторов для ядерных электроракет», или MARVL [Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles]. MARVL – одна из попыток НАСА разработать в ближайшие 10-15 лет транзитный корабль для полётов на Марс — Deep Space Transport.
Одним из компонентов системы является система рассеивания тепла. В развёрнутом виде система представляет собой массив размером с футбольное поле. Идея состоит в том, чтобы разбить систему на отдельные компоненты, которые можно будет роботизированно собирать в космосе.
«Благодаря этому мы избавимся от необходимости встраивать всю систему в один ракетный обтекатель, — говорит Аманда Старк, инженер по теплообмену в НАСА Лэнгли и главный исследователь MARVL. — В свою очередь, это позволяет нам немного ослабить конструкцию и реально оптимизировать её».
Вариант впихнуть всю систему в слишком маленький объём и доступный вес полезной нагрузки, вмещающийся в обтекатель ракеты, не рассматривался. До этого инженеры успешно «сворачивали» другие космические аппараты в размер, подходящий для носовых обтекателей, а затем разворачивали их после выхода в космос. Лучшим примером такого подвига, вероятно, будет зеркало «Уэбба». Но у главного зеркала «Уэбба» диаметр всего 6,5 метра. Это намного меньше, чем система теплоотвода MARVL, при том, что уже с зеркалом пришлось мучаться.
Создание модульной системы теплоотвода и её сборка в космосе с помощью роботов открывают новые возможности. Компоненты можно запускать в космос в любом порядке и в любом сочетании, какие только будут необходимы.
Космическая робототехника развивается и будет играть всё большую роль в будущем. Вся идея представляет собой определённый вызов для инженеров, но эту задачу не так уж и сложно решить. Исследовательский центр НАСА в Лэнгли работает над подобными проблемами уже несколько десятилетий.
Лэнгли — это огромный комплекс площадью почти в 3 кв.км., в котором работают тысячи инженеров, техников и учёных. Он внёс новаторский вклад в развитие полётов в воздухе и в космосе. Центр сыграл важную роль в разработке лунного модуля «Аполлон» и внёс свой вклад в другие проекты, такие как космический телескоп «Хаббл» и марсоход «Викинг». Космические технологии и исследования являются одним из основных направлений деятельности Центра.
Теперь у инженеров появилась возможность с нуля создать транспортное средство, предназначенное для запуска по частям и сборки в космосе.
«Существующие аппараты ранее не рассматривали возможность сборки в космосе в процессе проектирования, поэтому у нас есть возможность сказать: "Мы собираемся построить этот аппарат в космосе. Как мы это сделаем? И как будет выглядеть этот аппарат, если мы это сделаем?" Я думаю, что это расширит наши представления о ядерных силовых установках», — говорит Джулия Клайн, куратор проекта в Исследовательском управлении НАСА в Лэнгли. Клайн руководила участием центра в разработке плана технического совершенствования ядерных электроракет, который предшествовал проекту MARVL.
Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) была не единственной рассматриваемой системой. НАСА также рассматривало систему ядерной тепловой тяги (NTP). Кроме того, рассматривалась конструкция «четырехкрыла» для системы ЯЭДУ, поскольку её можно было сложить в обтекатель полезной нагрузки Space Launch System (SLS) от НАСА. Однако такая система требовала большей площади поверхности, а системы развёртывания в этом варианте были тяжёлыми и сложными. Кроме того, для неё требовалось больше топлива.
Двухкрылая конструкция имеет ряд преимуществ перед четырехкрылой. Её можно запускать по частям на коммерческих ракетах-носителях без использования SLS. Обтекатель полезной нагрузки ракеты не ограничивает размер радиатора и позволяет избежать солнечного потока, который препятствует охлаждению.
НАСА дало команде проекта MARVL два года на разработку идеи. К этому времени команда надеется подготовить небольшую наземную демонстрацию.
«Один из наших наставников сказал: "Именно поэтому я и хотел работать в НАСА, ради таких проектов", — говорит Старк, — Это потрясающе, потому что я очень рад, что участвую в проекте, и чувствую то же самое».
Комментарии (27)
johnfound
07.02.2025 13:31массив размером с футбольное поле
Каждый раз, когда захожу (случайно) в статью этого переводчика, хочется минуснуть ему карму, но не могу, потому что уже заминусовал его. Но статью-то могу – "Низкий технический уровень материала".
Люто-бешенно ненавижу измерения футбольными полями! И бейсбольными тоже ненавижу.
Голованов выбирает хорошие темы (и я поэтому и обманываюсь каждый раз), а потом переводит, как будто его будут читать дебилы. Да и пусть в оригинале так было! Перевод, это искусство. Если хочу 1:1 пойду подсуну текст deepl.
Feh12
07.02.2025 13:31Потому что любой человек в условном снг поймёт что такое футбольное поле, а что такое 150 метров квадратных нет.
Душнила ты. Прекращай.
johnfound
07.02.2025 13:31Только подозреваю, что в статье имелось ввиду поле американского футбола. Да и далеко не любой человек будет читать эту статью. А подозреваю, что те которые читают более-менее, но 150 кв.м могут себе представить. А кстати, футбольное поле, это 7140кв.м. а совсем не 150.
А еще, согласно википедии, стандартное футбольное поле (для европейского футбола) может быть от 4050 до 10800 кв.м. Так какие будут радиаторы атомолета?
DSSilver
07.02.2025 13:31Ну, это элементарно. Количество и вид футбольных полей, определяющих габариты радиатора будет определено инженерами:
исходя из мощности реактора, которого хватило бы для обеспечения электроэнергией 5 кварталов (или выдающего такую же мощность, как 80 реактивных двигателей, если вам так удобнее).
При условии поддержания температуры в ядре реактора в 10 раз более жаркой, чем жаркий день в Аризоне (hot as a summer day in Arizona), что примерно соответствует более точному определению «жарко, как в аду». Или, если вы поклонник классической системы измерений старой инженерной школы, то в 15 раз жарче, чем капот машины на солнце (as hot as a car hood in the sun).
-
И количества олимпийских бассейнов, необходимых для хранения соответствующего количества теплоносителя.
Важно, что Том и Дик из конца статьи всегда мечтали о такой работе и, как сказала Джулия, у них впереди два супербоула чтобы собрать прототип. А мощность, теплоноситель, тип радиатора, материалы и технологические моменты - не такие важные вопросы, чтобы писать о них в оригинальной статье.
Ilya_JOATMON
07.02.2025 13:31Не упоминают еще одну проблему. Так как этот аппарат разгоняется очень медленно, то когда в процессе разгона орбита уйдет в радиационные пояса Земли, там он будет крутится будет неделями, что, как понимаете, не полезно ни для него ни для груза.
MaximArbuzov
07.02.2025 13:31Там можно разгоняться быстрее.
Ilya_JOATMON
07.02.2025 13:31В том то и дело что нет. Если поставить больше движков, нужен больший реактор, к большему реактору нужно больше радиаторов, все это больше весит. И соотношение масса /тяга аппарата может даже еще хуже стать. Есть оптимум.
MaximArbuzov
07.02.2025 13:31В теории ионный двигатель может управлять скоростью истечения в некоторых пределах. Чем выше скорость истечения, тем экономнее расходуется топлива, но тяга будет ниже. Если скорость истечения снизить, то тяга при той же мощности вырастет за счёт повышенного расхода топлива.
Ну, и обычные химические ракетные двигатели никто не отменял.
MaximArbuzov
07.02.2025 13:31Не будут ли солнечные батареи лучше для полётов на Марс?
Удельная мощность фотовольтаики достигла 44 Вт на грамм. Удельная мощность атомного реактора ВВЭР – единицы Вт на грамм, а если радиаторы учесть, то ещё меньше.johnfound
07.02.2025 13:3144Вт на грамм? Вы точно что-то путаете. Может на кг?
MaximArbuzov
07.02.2025 13:31Пишут, что на грамм. Возможно, преувеличивают, но на правду похоже.
johnfound
07.02.2025 13:31Такое нельзя просто так масштабировать. Одно дело 2.5 микрон толщины на 1см.кв. другое дело на несколько сот квадратных метров.
randomsimplenumber
07.02.2025 13:31Киловаттная панель 44 кг. Ну, где то так и есть. Их прямо на конструкцию крыши монтируют, не на железобетонный фундамент.
А, сорян, не туда умножил ;) Ну, киловатт за 25 грамм это круто, и в земных условиях вряд ли достижимо - жесткость у тонкой пленки никакая А в космосе, почему нет
ManulVRN
Любопытно, какая тяга предполагается у этого двигателя и, соответственно, ускорение всей системы? Как я понимаю, подобные двигатели дают небольшое, зато длительное ускорение и, чем дальше перелет, тем они выгоднее?
DSSilver
Наверное предполагается использовать VASIMR. Но, действительно жаль, что нет более подробных характеристик аппарата. По крайней мере сходу не нашел
Jedy
По видимому ионные двигатели и тяга сопоставима с российской установкой двигатель 35 кВт дает тягу 375—750 мН
Что бы питать ионные двигатели и создавать существенную тягу нужна большая мощность (несколько мегаватт). На земле, что бы получить такую мощность может быть достаточно обычного дизель генератора. В космос естественно дизель не поставишь и от солнечных панелей такую мощность не получить, поэтому использование небольшого ядерного реактора вполне оправдано для выработки электроэнергии. Ключевая проблема при этом - КПД не может быть 100%, т.е. получаем очень много побочного тепла, которое сложно рассеять в вакууме космоса (если не рассеять корабль перегреется). В итоге приходится делать огромные теплообменники с футбольное поле, которые будут отдавать лишнее тепло через излучение. Насколько я помню в нашей системе одним из первых предложений было использование капельного теплообменника , но кажется от него отказались.
В России с 2019 года разрабатывают подобный транспортный-энергетический модуль (компоновка модуля на мой взгляд похожа на нашу). Чуть подробнее рассказано на вики
Лет 5 назад мне даже удалось поработать над некоторыми задачами этого проекта как подрядчик подрядчика ) Но к сожалению кажется проект затормозился в разработке, уже давно ничего нового об успехах в этом направлении не слышал
DSSilver
Есть на ютуб интересная лекция некоего Валентина Гибалова - «Ядерная энергетика в космосе и ее применение…» (2022)
Так он рассказывал в какие проблемы в итоге уперлись на Нуклоне/Зевсе/ТЭМе.
randomsimplenumber
Емнип, мощность солнечного излучения на Земле на экваторе где-то 1.5 кВт на кв метр. Чтобы получить мегаватт - нужно 1 футбольное поле солнечных батарей. Если всё равно без футбольного поля никак - не проще ли вместо реактора с холодильником построить солнечную электростанцию?
DSSilver
Идея хорошая. Но тут и надо смотреть где предполагается летать. В районе Марса плотность потока падает что-то в 2,3 раза чтоли, соответственно 1 футбольное поле превращается в 0,4.
MaximArbuzov
Подозреваю, что поля солнечных батарей будут легче, чем поля радиаторов. А для космоса важнее вес, а не площадь.
randomsimplenumber
К полю радиаторов нужно подключить ещё и реактор, с массой как у 10 джипов, или какие там есть единицы массы. И ещё этот реактор - тепловая машина с традиционно отвратительным КПД. И единственная точка отказа. Тогда как в МКС батареи неоднократно битые и даже ломанные, и ничего, работают.
vezyolka
Есть мнение, что не заморозили, а засекретили.
BlackMokona
Прямо в думе сказали, что денег нет и если Китайцы их не дадут, хана проекту