Чем российский космический ядерный буксир отличается от американского ядерно-теплового?⁠⁠

Компания Gryphon Technologies в рамках программы Cislunar Operations (DRACO) [1] получила контракт от агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) на разработку и испытания космической установки на ядерно-тепловой тяге (Nuclear thermal space propulsion system, NTP) [2].

Если упрощать, то суть в том, что через активную зону реактора прокачивается жидкое топливо, скорее всего водород. Атомы урана расщепляются внутри ядра и выделяют тепло, нагревая это топливо, которое переходит в газообразное состояние, и выходит через сопло, создавая тягу.

Вообще NTP не является чем-то новым. Подобные установки изучались NASA и Комиссией по атомной энергии (ныне Министерство энергетики США) в 1960-х годах в рамках программы по разработке ядерных ракетных двигателей. Учёные Лос-Аламосской национальной лаборатории успешно создали и испытали ряд ядерных ракетных двигателей, которые и взяты за основу для разработки NTP, хоть программа и завершилась ещё в 1972 году [3].

В итоге, мы пока имеем лишь заявления о теоретической эффективности американской перспективной разработки, значительно превышающей эффективность современных двигательных установок [4]. Информации мало, но нам важна суть, так что переходим к российской.

Художественное представление космического аппарата, работающего на ядерно-тепловом двигателе. © NASA / Marshall

О ней, к слову, по понятным причинам, тоже не так уж и много информации, но достаточно для сравнения и понимания разницы. Вообще, разработка вроде как началась ещё в 2009, но лишь в конце ушедшего года на сайте госзакупок появилась информация о контракте на разработку аванпроекта космического ядерного буксира «Нуклон» и это, по большому счёту, совершенно новый проект.

Разница в технологиях, которые предполагалось разработать изначально, и которые будут применены в новом проекте

На момент начала разработки уже существовало множество концепций самых разнообразных космических буксиров и с электрическими ракетными двигателями, и плазменными, и ионными, суммарной мощностью в сотни киловатт, достижение которых предполагалось за счёт либо солнечных батарей площадью в тысячи квадратных метров, либо путём преобразования энергии ядерной реакции в электрическую.

На изображении: Концепция ядерно-импульсного звездолёта «Астра» с магнитным отражением продуктов подрыва, разработанная одноимённым НПО. Автор рендера неизвестен, изображение взято с просторов интернета.

Оно и понятно, в СССР были далеко идущие планы по освоению дальнего космоса, для чего и требовались подобные корабли. К примеру, были даже проработки максимально отдалённых проектов по полётам к близлежащим звёздным системам.

Транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) в первоначальном своём варианте довольно сильно отличался от тех концепций, так как предполагал использование по-настоящему прорывных технологий. Тепло от ядерной реакции должно было преобразовываться в электричество для питания электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) за счёт газовых турбин и электромеханических генераторов.

Если звучит знакомо, то это не удивительно. Максимально похожая система используется в АЭС на Земле, где вместо инертных газов в турбинах водяной пар. Проблема в том, что турбины надо охлаждать и обслуживать, с чем на АЭС не возникает проблем, но как быть в космосе?

На изображении: один из первых вариантов ТЭМ в режиме работы ЭРДУ.

Проблему охлаждения первоначально предполагалось решить с помощью уникальной технологии — капельного холодильника — распыляя капли теплоносителя в космосе, давать им там самостоятельно излучить тепло, а затем улавливая уже холодные капли.

Проблема в том, что с этой технологией, судя по всему, ничего не получилось. Первый эксперимент ещё на станции «Мир» прошёл вроде как успешно, а в качестве продолжения работы на МКС был проведён эксперимент «Капля-2» [5], но, судя по его странице, где можно найти связанные с ним научные публикации, результатов как таковых просто нет — исключительно теоретические выкладки.

С турбинами тоже возникло слишком много проблем, так как они «не хотят» работать десятки лет без обслуживания в сложнейших космических условиях. Ну и ладно, пусть всё будет стандартно — традиционные панельные радиаторы вместо капельного холодильника и термоэмиссионный преобразователь вместо турбин.

Да, таким образом российский ядерный буксир версии 2020 года был лишён условно прорывных технологий (условно, так как они не были испытаны, а значит, нет информации об их даже потенциальной эффективности), но зато он максимально реалистичнее и проще в разработке. Хотя, конечно, к моменту его создания эти технологии вполне могут устареть, но тут никто не может предугадать.

Анимация КБ «Арсенал», показывающая развёртывание «Нуклона» на орбите Земли.

Как итог, разница между нашим и американским ядерными буксирами очевидна. В российском энергия ядерного реактора преобразуется в электричество для питания ЭРДУ, в американском — тепло от реакции испаряет топливо (предположительно водород), которое, выходя через сопло, должно создавать тягу.

Последний проект российского буксира полностью реализуем, а американский на сегодняшний день является проверкой теории. Это, в свою очередь, означает, что, к моменту создания, технологии отечественного буксира могут быть устаревшими, а американского — прорывными. Да и по эффективности (в теории) наш будет уступать. Но это можно будет сравнить только после создания буксиров, ну или хотя бы доведения их разработки до стадии испытаний.

1. О программе Cislunar Operations (DRACO).

2. О контракте DARPA с Gryphon Technologies.

3. Об американской программе по разработке космических ракет на ядерных энергетических установках.

4. DARPA о технологии NTP.

5. Эксперимент «Капля-2».

6. Исследования NASA, датированные ещё 2014 годом.

У меня есть каналы в Дзене, Telegram, YouTube и чат для дискуссий на научные темы. Подписывайтесь, если интересно.