Агентство DARPA в 2020 году планирует начать работу по созданию ядерного ракетного двигателя. Задача — разработка такого движка, который можно было бы использовать для передвижения космических транспортников в пределах лунной орбиты. Финансирование проекта составляет $10 млн, а называется он ROAR (Reactor On A Rocket).
Военные США (во всяком случае те, которые имеют отношение к этому проекту) считают, что ядерные реакторы дадут возможность наладить эффективную систему передвижения космических аппаратов. При этом запас времени работы ядерного движка будет несколько большим стандартных двигателей, применяющихся сейчас.
Расчет строится на том, что расход рабочего тела будет идти медленнее. Ну а в качестве рабочего тела будут использовать жидкий газ, возможно, водород. Рабочее тело внутри двигателя нагревается, происходит выброс через сопло, что двигает космический корабль вперед. Это дает возможность значительно увеличить эффективность использования ядерного топлива. В свою очередь, это означает, что размеры ракеты можно уменьшить, а часы полета — сократить.
Топливо для ядерного движка будет урановым, где содержание изотопа U-235 составит больше 5%, но меньше 20%. На современных подводных лодках с ядерным реактором используется топливо с высоко обогащенным ураном, процент содержания которого составляет вплоть до 90%. А вот на АЭС используется слабо обогащенный уран (всего 3-5%).
Разработка ядерного движка намечена на 2020 году потому, что до этого момента планируется выполнить ряд научно-исследовательских работ. Часть из них посвящена созданию технологий, которые планируется использовать в реакторе. Проект можно представить в виде конструктора Lego, для которого отсутствуют некоторые из элементов. К сожалению, дата начала работы есть, а вот планируемое окончание проекта не указано — так что разработки могут вестись многие годы.
Что касается идеи использования ядерного двигателя в космосе, то она принадлежит не DARPA, а НАСА. Агентство совместно с несколькими партнерами вело разработку начиная с середины 20-го века. Проводились исследования по созданию летательных аппаратов с ядерной реактивной установкой и в СССР. Развития они не получили ни в США и в СССР по трем основным причинам. Первая — высокий риск аварии, что при условии наличия ядерного реактора на борту может привести к самым печальным последствиям. Вторая — чисто технические сложности при создании такого космического аппарата. Третья — необходимость создания массивной радиационной защиты для экипажа.
Правда, в середине 20-го века разработчики пытались решить задачу создания аппарата, который поднимался бы с поверхности Земли. Сейчас же речь идет о старте уже с орбиты. На орбиту космический аппарат будет выводиться обычными ракетами-носителями на химическом топливе. В принципе, можно создать и аппарат, который стартовал бы с поверхности планеты на ядерном топливе, но здесь возникает гораздо больше сложностей чем случае орбитальных работ.
Кроме того, ранее ученые пытались создать ядерную электродвигательную установку. В этом случае реактор обеспечивает выработку электроэнергии, которая подается на электрические ракетные двигатели (они могут быть плазменными или ионными). Сейчас же разрабатывается именно ядерный ракетный двигатель, рабочее тело которого поступает в реактор, разогревается и выбрасывается через сопло.
Сейчас работы ведутся и другими организациями, например, BWXT Nuclear Energy. Эта компания является наследницей Babcock & Wilcox, построившей первые в мире ядерные реакторы и атомные подводные лодки. В последние годы специалисты компании занимаются изучением надежности ядерных ракетных двигателей.
Достоинством ядерного двигателя можно назвать еще и то, что конструкция реактора снижает объем топлива, необходимого для выполнения импульсных маневров. Движок можно будет перезапускать несколько раз. Космонавты же будут находиться в защищенном от радиации отсеке — конечно, если говорить о пилотируемых космических аппаратах.
DARPA — весьма многосторонняя организация. Так, недавно сообщалось о том, что она занялась разработкой искусственного интеллекта нового поколения. Агентство считает, что новый AI будет на много порядков умнее своего предтечи, а рассуждать робот будет, основываясь на «здравом смысле». В этот проект инвестировано гораздо больше, чем в ядерный двигатель — не миллионы долларов, а $2 млрд. Директор отдела DAPRA по военной науке Валери Браунинг заявила: «Сверхидея проекта AI Next такова: превратить машину из инструмента, порой очень достойного, в настоящего партнера, в сотрудника, заслуживающего доверия».
Комментарии (46)
Lexxnech
22.03.2019 07:01+1Правда, в середине 20-го века разработчики пытались решить задачу создания аппарата, который поднимался бы с поверхности Земли. Сейчас же речь идет о старте уже с орбиты.
Вообще космические движки (РД-0410 и NERVA) тогда тоже были разработаны. И распространения не получили по банальной причине — после лунной программы правительства не продолжили дальше наращивать траты на космос (например, не стали готовить пилотируемый полет на Марс), а наоборот начали сокращать, и движки, с массой и тягой в тонны, использующие дорогой ядерный реактор и связанные с политическими сложностями оказались не у дел.
Собственно сейчас, возможно, для такого движка и будет нагрузка, если LOP-G будет развиваться и грузов будет требоватся много.
KonkovVladimir
22.03.2019 07:37Да еще в США был проект Project_Timberwind для военных, но после распада СССР (в 1994г) закрылся так и не достигнув создания даже прототипа.
halted
22.03.2019 08:32А потом в двигатель прилетает маленький камушек на огромной скорости и в космосе происходит большой бум с дальнейшим разлетом мелких осколков.
Bedal
22.03.2019 09:16+1и — что? Такой движок явно не годится для взлёта с земли, да и как низкоорбитальный — тоже. А уже в полёте, скажем, к Луне — что страшного в этих осколках?
И, замечу, сдаётся мне, что соединить эффективность ЭРД с тягой ЯРД можно, ионно ускоряя рабочее тело, превращённое в плазму нагревом (и облучением, хотя там по преимуществу нейтроны, так что лучше уж сразу термояд) от ядерной реакции.halted
22.03.2019 10:28Опасность как раз в том, что траектории подобного мусора уже много лет как высчитывают, а в новостях изредка появляются сообщения о попаданиях осколков в спутники и МКС.
Как итог можно смоделировать ситуацию — летит к Луне транспорт для пополнения запасов кислорода и прочих жизненно нужных вещей. И тут происходит взрыв — проект по освоению Луны грозит полным вымиранием всех сотрудников около спутника Земли.ClearAirTurbulence
22.03.2019 11:01Абсолютно фантастическая ситуация. Как вы себе это представляете, учитывая расстояния и разлет потнециально опасных материалов? Почему, по-вашему, они должны «вымирать» — какие поражающие факторы и как будут на них воздействовать?
Wijey
22.03.2019 13:38Видимо речь о вымирании не из-за поражающих факторов взрыва, а из-за отсутствия кислорода и прочих запасов, резервных способов доставки которых в такой гипотетической ситуации не предусмотрено. Но тогда причём тут ядерный двигатель — непонятно, такая авария и с обычным грузовым доставщиком может случиться.
andrey_aksamentov
22.03.2019 09:57Скоро. И радиоактивный мусор на орбите…
BlackMokona
22.03.2019 10:07Радиактивного мусора на орбите давно целая куча, СССР активно клепал спутники с ядерными реакторами. Один такой даже на Канаду упал
saag
22.03.2019 10:27Задача — разработка такого движка, который можно было бы использовать для передвижения космических транспортников в пределах лунной орбиты.
С таким движком и на Марс за месяц можно долететь и астероиды становятся доступнее, у РД-0410 была тяга в пару тонн и импульс 900 сек. Луна в этом плане получается замах на рубль, а удар на пять копеек.Lexxnech
22.03.2019 11:13Для полета на Марс за месяц такой движок не пригоден, там намного большие скорости нужны. Такой движок способен на удвоение-утроение (в зависимости от того, с каким видом хим. топлива сравниваем) запаса дельты, но наработка топлива непосредственно на Марсе делает примерно то же самое.
В то же время при полетах на Луну он позволит существенно увеличить доставляемую массу. Скажем, если на НОО мы выводим 70 тонн, то с водородным двигателем (УИ 4,53км/c) и массовой долей разгонника 1:10 от массы топлива, на орбите Луны будет ~23.8 тонны полезного груза, а при ЯРД (УИ 8,82 км/c) с массовой долей разгонника 1:5, на орбите Луны будет уже около 38,5 тонн.saag
22.03.2019 12:16Стартовать на ЯРДе с НОО, я думаю плохая идея, потому как производится инжекция заряженными частицами радиационных поясов, что со временем может привести к большим сложностям по их преодолению, уровень радиации в поясах будет существенно выше…
Lexxnech
22.03.2019 14:07Хм, а откуда? Выхлоп ЯРД это просто нагретый водород, причем существенно ниже температуры, при которой идет ионизация. С Земли улетает 95000 тонн водорода ежегодно и ничего. Лишние 300-500-1000 (ежемесячные пуски тяжелых кораблей стартовой массой от 60 до 200 тонн) тонн в год погоды не сделают, даже без учета того, что скорость выхлопа относительно Земли будет менее 4 км/c и большая его часть будет падать в атмосферу.
saag
22.03.2019 14:51LadyOlga
22.03.2019 14:57+1Вы конструкцию двигателя посмотрите… Все, что Вы так красиво описали, остается в корпусе двигателя и не попадает наружу. Так, что да выхлоп практически чистый водород. (возможно отдельные атомы дейтерия, если по дороге словил случайный нейтрон)
saag
22.03.2019 18:04Почитал, там получается реактор открытого типа, открытая часть у него сопло, но не в этом дело, оказывазывается у американского проекта NERVA тяга была 34 тонны при 880 сек импульса, вот это я понимаю был бы разгон, особенно к Марсу
Andrey_Dolg
22.03.2019 23:09Хорошо, что будем делать при разрушении твс? Вылет фрагментов а.з. из сопла весьма веселая перспектива.=)
Lexxnech
23.03.2019 07:52А с чего вдруг оно должно произойти? Люди так и не научились делать реакторы, которые самопроизвольно не разрушаются? Тем более до такой степени, что бы осколки ТВС попали в контур охлаждения.
Andrey_Dolg
23.03.2019 09:45У вас есть схема контура охлаждения. А то я не помню схему. Но что-то сильно подозреваю, что охлаждается тем же газом(рабочим телом что логично), как ниже правильно пишут схема с открытым первым контуром. А вот разработка конструции этого двигателя так что бы материалы 100% не разрушались и в нейтроном поле и при таких режимах работы(взлет с земли), это думается под вопросом.
Lexxnech
23.03.2019 14:31Во первых, это двигатель не для взлета с Земли. Он должен выводится обычной ракетой и стартовать уже на орбите.
Во вторых, я не очень понимаю — вы утверждаете, что на орбиту отправят недоделанный двигатель? Можете описать сценарий последовательно, скажем:
1) Сделали двигатель
2) Начали тестировать, при запуске из сопла полетели куски ТВС
3) Попытались решить проблему, не смогли
4) Запустили нерабочий двигатель на орбиту
Или:
1) Сделали двигатель
2) Тестировать не стали
3) Закинули на орбиту
4) Из сопла с выхлопом полетели куски ТВС
А то пока такая ситуация выглядит сравнимо со сценарием, когда отправили на новом корабле человека на орбиту, и уже после запуска вспомнили, что нужны системы жизнеобеспечения.Andrey_Dolg
23.03.2019 15:43Если говорит о запуске с орбиты то все не так неплохо. Касательно полетели куски твс(не куски, фрагменты сверх малых размеров). Контур грязный с облучением всех его частей и при таком охлаждении вполне вероятна эрозия металла. Стоит так же предусмотреть вероятность разрушения твс(скорее уж 1-го конкретного твэла в сборке) от тех или иных физических воздействий. Да и не совсем понятно как адекватно реагировать на ситуацию потери теплоносителя. Я вообщем-то к чему все это, лучше не использовать схему с открытым первым контуром. =)
Valerij56
23.03.2019 16:43Я вообщем-то к чему все это, лучше не использовать схему с открытым первым контуром. =)
Всё верно, но двухконтурные ЯРД будут менее эффективны, примём даже чем химические двигатели.Andrey_Dolg
23.03.2019 16:55Увы в вопросах атома эффективность должна учитывать безопасность.
Valerij56
24.03.2019 01:37Абсолютно согласен. Я просто о том, что двухконтурный ЯРД не нужен в принципе — он будет уступать в эффективности химическим двигателям.
Valerij56
23.03.2019 16:36+1Для того, чтобы ЯРД был высокоэффективен, температура в активной зоне реактора должна быть как можно выше, поэтому материалов, способных работать там (в отличии от активной зоны энергетического реактора) длительное время не существует. Поэтому в выхлопе ЯРД всегда есть примесь уносимого материала активной зоны, а после некоторого времени работы и ядерного топлива.
Поэтой же причине ЯРД запускается один раз. Были проекты, в которых сопло после эпого заглушалось, и ЯРД какое-то время работал в качестве энергетического реактора.
MyshinyjKorol
23.03.2019 19:43Что-то много в этой теме комментаторов не представляющих себе ни масштабы космоса, ни процессы в нем. По сравнению с Солнцем или галактическим излучением даже индустрия космических кораблей на ярд из нф-романов будет каплей в море.
Andrey_Dolg
23.03.2019 22:05+1Эмм… если эти ярд подальше от планеты, то хоть табунами пускайте, но на планете или ноо не стоит оно того я думаю. Я честно скажу, что не знаю, на сколько проблемной будет ситуация попадания загрязнённых осколков аз на ноо, но пускать это в атмосферу точно не стоит.
Valerij56
24.03.2019 01:40Абсолютно согласен, но добавлю, что без специальных мер эти «осколки АЗ» могут выпасть кучно, и, по закону подлости, на густонаселённую территорию или даже на мегаполис…
MyshinyjKorol
24.03.2019 07:14Опасения, что при аварии обломки могут упасть на землю это одно, а что радиационные пояса могут «распухнуть» это совсем другое. Сомнения/возражения должны быть хоть сколько-нибудь реалистичными. Насколько миллионных долей процента даже несколько таких двигателей повысят естественный фон работая на 200 км выше плотных слоев?
teecat
22.03.2019 11:07Развития они не получили...
Еще и по причине сложности сложности отработки. Самые простые схемы — это по сути реактор с открытым первым контуром, а значит в выхлопе присутствует радиоактивность. Уровень надежности, если я уже не забыл по древности лет требовался не менее двух девяток, то есть требовалось множество испытательных пусков. В советское время (как нам рассказывали) эти движки дули в специальный тоннель в Семипалатинске, ныне закрытый
Очередная цитата от преподавателя — «ЯРД будут развиваться, когда сделают испытательный полигон на Луне»
И вторая причина, почему ЯРД посчитали невыгодным. Реактор постоянно работает, его нужно охлаждать, что при открытом первом контуре означает постоянный расход рабочего тела
SoSed0000
22.03.2019 11:15А нельзя ли отказаться от «массивной радиационной защиты для экипажа» разместив двигатель на длинной штанге, подальше от жилого отсека? Тогда было бы достаточно небольшого по площади экрана рядом с двигателем, чтобы создать некий конус безопасности, в котором будет находиться чувствительные к радиации кожаные мешки. Саму штангу использовать, как грузовой отсек.
SomaTayron
22.03.2019 13:12РД-0410 уже был, тут СССР был пионером.
А вообще, «ядерный двигатель» понятие растяжимое. Тот же ВЧИД-45 тоже относится к ядерным двигателям (преображует энергию ядерного топлива в «полезную» энергию), при том что это ионный движитель (преобразует энергию двигателя в полезную работу).
Но самая большая проблема тут не в реакторе, а в радиаторе. С этим давно столкнулись у нас (для ВЧИДа в том числе на МКС проводили эксперимент, кажется «Капля-2»), это спотыкание ждет и ДАРПу
stanislavkulikov
22.03.2019 16:17Извините за офф-топ, но по теме двигателей: а что там с EmDrive? Его же вроде хотели испытать на орбите, и как-то всё это заглохло, никаких новостей.
StrangerInTheKy
23.03.2019 02:18Вы б еще про реактор Росси спросили, или про торсионные поля.
Lexxnech
23.03.2019 08:43Ой, не надо. Наоборот, история с EmDrive как раз уникальный пример альтернативщины здорового человека, когда автор корректно все описал и дальнейшая дискуссия шла на странциах рецензируемых журналов а не в блогах и форумах. И теперь любые рассуждения о «я ставлю эксперименты, получаю результаты, а официальная наука просто отмахивается и защищает вековые догмы, да еще и грозится меня сжечь как Галилея» можно смело игнорировать — никакое покушение на догмы не мешало публиковать результаты экспериментов с EmDrive, даже если вместо «мы ничего не получили» приходилось писать «мы зарегистрировали тягу, которую не можем списать на ошибки экспериментов». Правда сейчас похоже ясно, что это взаимодействие с магнитным полем Земли, и никакого попрания догм не произошло, https://en.wikipedia.org/wiki/RF_resonant_cavity_thruster#Dresden_University_of_Technology.
andrey_ssh
Не электродвигательную, а напрямую ядерную.
И не пытались, а создали.
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%94-0410
KonkovVladimir
Видимо речь про ученых из госкорпорации «Роскосмос».
tass.ru/kosmos/6235425andrey_ssh
Возможно и так.
Но текст статьи построен таким образом, что косвенно указывает на американских и советских учёных середины двадцатого века.
Забыл сразу вставить вторую ссылку про «создали»:
ru.wikipedia.org/wiki/NERVA
KonkovVladimir
Не хочу критиковать уважаемого автора текста, редактора Habr-a, но текст построен так, что большую часть информации про ядерные двигатели читатели узнали из комментариев.
lingvo
Не хочу критиковать уважаемого критика, но разве вы не знали про NERVA и РД-0410? Это ж базовый набор знаний каждого уважающего себя читателя
GeektimesХабра на космическую тематику? :-)ПС. Если что, это был прикол.
Lexxnech
Не только им пришла в голову идея запитать ЭРД от ядерного реактора, она достаточно очевидна, с учетом того, что у ЭРД с энергопотреблением огромная проблема, так как тяга ограничивается единицами грамм на киловатт. Например был Project Prometheus. Проблема всех этих проектов не в черезмерной сложности реализации, а в отсутствии нагрузок, которые этими установками имеет смысл разгонять.