Ядрените ракетни двигатели (ЯРД) имат дълга история, датираща от 60-те

Ядрените реактори за космоса. Завръщането

Ядрените ракетни мотори (ЯРД) имат дълга история, датираща от 60-те години на предишния век, след което са забравени за десетилетия. Последните проби на ЯРД в Съединени американски щати са извършени преди повече от 50 години в границите на плановете NERVA и Rover.

Технологиите обаче напреднаха – и с помощта на неотдавнашния прогрес в региона на аерокосмическите материали и инженерството, ЯРД най-сетне са съзрели за практическа приложимост в космоса.

DRACO

През 2023 година НАСА и DARPA подписаха съглашение за пускане на програмата „ Демонстрационна ракета за гъвкави цислунарни интервенции “ (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, DRACO), с цел да показват в космоса нуклеарен ракетен мотор с термично задвижване. По график изпълнителите би трябвало да разработят и показват усъвършенствана технология за нуклеарно топлинно задвижване още през 2027 година Ядреният мотор е от значително значение за подготовката на задачи до Марс с екипаж, се споделя в изказване на НАСА.

DARPA работи като реализатор на създаването на цялата степен и мотор, които включват и реактора. Както е посочено нагоре, проектирането се прави от Lockheed Martin и BWX Technologies. Самата DARPA управлява процеса, в това число интеграцията на ракетната система и снабдяването, координацията, планирането, сигурността и отговорността, както и цялостното сглобяване и консолидиране на мотора с галактическия транспортен съд.

Докато реакторите от 50-те години на предишния век работеха с високообогатен уран, DRACO употребява ново гориво: нискообогатен уран с висока проба (high assay-low enriched uranium – HALEU), от който е прекомерно мъчно, въпреки и допустимо, да се направи атомна бомба.

DRACO е приблизително огромен транспортен съд, дълъг по-малко от 15 метра и с диаметър 5,4 метра. Размерите са подбудени от размера на общоприетия обтекател на ракетата Vulcan Centaur, на която се възнамерява да бъде изстрелян.

DRACO действа като ракетите NERVA от 60-те години на предишния век: водородни резервоари при започване на двигателния отсек, турбомашини подават водород през ядрото директно зад тях, само че отделени от него с радиационен щит. Реакторът с HALEU е заобиколен от барабани за ръководство и се намира пред изпускателната дюза.

Според условията на DARPA характерният подтик на DRACO е стеснен до 700 секунди, което е с повече от 300 секунди по-добре от RL-10, най-мощния химически галактически мотор досега.

Основното техническо предизвикателство е съхраняването на течния водород при температура -253 °C. В пробния транспортен съд DRACO компанията Lockheed е избрала пасивно изстудяване на водорода. Резервоарите ще бъдат топлоизолирани, тъй че Слънцето да не ги нагрява. За по-дълги задачи ще се наложи да се употребява интензивно изстудяване.

Ядрените ракетни мотори

Ядреният ракетен мотор употребява нуклеарен реактор за основаване на извънредно високи температури. Топлината, генерирана от реактора, се придвижва към течното гориво (работния флуид), което се уголемява и се изхвърля през дюза, с цел да движи галактическия транспортен съд. Ядрените термични ракети са три и повече пъти по-ефективни от стандартните химически мотори заради по-високата температура на нагряване на горивото.

Теоретично съществуват няколко типа нуклеарни ракетни мотори.

На процедура виждаме, че моторите за топлинна сила към този момент са покрай реализация – те са на процедура подготвени за работа.

ЯРД (Ядрените Ракетни Двигатели) понижават времето на полета, което намалява риска за астронавтите. Намаляването на времето за полет е основен съставен елемент за човешките задачи до Марс, защото по-дългите пътувания изискват повече ресурси и по-надеждни системи. Максималният „ пробег “ на ракетата е в квадратична взаимозависимост от температурата на отработените газове. С други думи, колкото по-висока е температурата на нагряване на горивото, толкоз по-малко гориво е належащо за полета, което е главното преимущество на нуклеарния реактор.

Сред преимуществата на ЯРД са увеличеният потребен товар и увеличената мощ на апаратурата, а също и на връзките.

Както беше упоменато, това е много остаряла концепция и нуклеарни ракетни мотори са били проектирани както в Съединени американски щати, по този начин и в несъмнено в Съюз на съветските социалистически републики преди повече от половин век, през 60-те и 70-те години.

Според изтеклата в медиите информация в Съюз на съветските социалистически републики работата по ЯРД стартира през 1955 година На първия стадий е осъществен изчислителен и научен разбор на кардиналните схеми на евентуалния нуклеарен ракетен мотор (ЯРД) и са дефинирани главните проблеми, определящи опцията за основаването на сходен енджин. В резултат на разискването са подбрани двете най-перспективни схеми:

въз основата на реактор с твърдофазна дейна зона (с твърди топлообменни повърхности), въз основата на реактор с газофазна дейна зона (делящото се вещество в дейната зона на реактора е в плазмено положение, а работното тяло се нагрява чрез радиация).

През 1958 година е подписан държавен декрет за основаването на ЯРД. В работата са включени десетки проучвателен, проектантски и инженерни организации. Центърът „ Келдиш “ се трансформира в център на научните проучвания.

По-късно руският нуклеарен мотор интензивно се създава от конструкторското бюро „ Химавтоматика “ (КБХА) във Воронеж: РД-0410 е първият и единствен руски нуклеарен мотор. Реакторът е подложен на забележителна серия от проби, само че в никакъв случай не е пробван за пълноценна употреба.

В Съединени американски щати първият пробен ректор е Kiwi-A, а тестванията от 1-ви юли 1959 година демонстрират, че концепцията работи и е доста перспективна.

За 18 години НАСА, Комисията по атомна сила (AEC) и редица търговски реализатори като Aerojet Corporation проектираха и тестваха цели 23 нуклеарни реактора за ракетни мотори. Най-новият е XE Prime, който е доведен до равнище TRL 6 (ниво на софтуерна подготвеност 6). Следващото равнище TRL 7 включва проби в космоса.

Последното тестване на нуклеарния ракетен мотор Phoebus 2A е извършено на 26-ти юни 1968 година Двигателят работи в продължение на 12 минути с цялостна мощ и потвърждава, че е кадърен да води хора до Марс:

Но в последна сметка концепцията за нуклеарен ракетен мотор е изоставена. Основната причина за анулацията е, че целите на НАСА и Съюз на съветските социалистически републики се изместват от проучването на дълбокия космос към потреблението най-вече на орбитални апарати (земни спътници и балистични ракети), а за тях не са нужни нуклеарни мотори.

Но не щеш ли в този момент старите планове още веднъж се изтеглят от рафтовете. Експертите считат, че с помощта на новите технологии към този момент е допустимо потреблението на ЯРГ в космоса.

„ Чрез нашата взаимна работа с DARPA ще се възползваме от уроците и поуките, извлечени от множеството предходни планове за галактическа нуклеарна сила и нуклеарни ракетни мотори “, споделя Джим Райтер, заместник-администраторът на отдела за ръководство на галактическите технологии (STMD) на НАСА. – „ Неотдавнашният прогрес в региона на галактическите материали и инженерството слага началото на нова епоха за галактическите нуклеарни технологии “.

Планира се нуклеарни реактори да бъдат сложени освен на галактическите кораби, само че и на повърхността на Луната и Марс.

Като част от програмата Fission Surface Power (използване на нуклеарната сила на повърхността на планетите) Министерството на енергетиката на Съединени американски щати утвърди създаването на три плана за нуклеарни електроцентрали на Луната и Марс, което е планувано да стане в границите на програмата Artemis. Ето една от по-известните концепции:

НАСА и Министерството на енергетиката работят по различен доста перспективен план за създаване на нуклеарно гориво с по-висока температура и нов дизайн на реактора. Това е дълготраен план за бъдещето, той към момента е в развой на създаване и не е част от програмата за мотори DRACO. Те също по този начин търсят материали, които могат надеждно да устоят на температури над 2500 °C в директен контакт с реактора. Голяма част от тези проблеми са към този момент решени.

Кратък послепис за нуклеарните оръжия, нуклеарните ракетни мотори и сигурността

Критиците на тази концепция настояват, че извеждането на нуклеарно гориво в орбита съставлява опасност заради допустима повреда на ракетата по време на издигането. След повредата нуклеарното гориво може да бъде „ изгубено “ и употребявано за сглобяване на самоделни мръсни бомби. И освен – сходен нуклеарен ракетен мотор може непосредствено да се употребява като управляема атомна бомба.

Самоделните нуклеарни бомби от дълго време съставляват интерес за откривателите. Още през 1977 година районният американски вестник Youngstone Vindicator написа за 21-годишен студент от университета в Принстън, учещ галактически и механични науки, на име Джон Аристотел Филипс, който написа курсова работа от 34 страници, в която разказва мръсна бомба с тегло 57 кг (диаметър 60 см). Въпреки че съставил схемата и инструкциите за изработката ѝ от открити източници в университетската библиотека и получил най-високата оценка от професора си, това не го избавило от визитата на сътрудници на ФБР, които конфискували курсовата работа.

Филипс споделя, че всички съставни елементи за изработката на бомбата могат да се намерят на свободния пазар за към 2000 $, като се изключи плутония. За него са нужни към 6,96 кг, топка с размера на огромен портокал, която коства няколкостотин хиляди $ по днешни цени (2024 г.). Според учените препоръчаният от Филипс план е „ на практика обезпечено работещ “, макар че той разказва „ 20-годишна технология “.

Потенциалният нападател има няколко метода да се снабди с нуклеарно гориво. То може да бъде откраднато или закупено на черния пазар. Поне шест атомни бомби се считат за изгубени, те към момента не са открити. Това са единствено известните случаи. Според експертни оценки броят на изгубените бойни глави е към петдесет. Всички те са евентуален източник на уран и плутоний за спонтанни взривни атомни устройства.

След 2022 година специалистите напълно разумно започнаха да предвиждат нов кръг на конкуренция в нуклеарното въоръжаване с увеличение на нуклеарните арсенали през идващото десетилетие. Едва ли е съвпадане, че точно тогава стартира съветската инвазия в Украйна. Така да вземем за пример през 2022 година Китай построява повече от 300 нови ракетни силоза, а Франция стартира да създава нуклеарна подводница с балистични ракети от трето потомство. Девет страни разполагат с нуклеарни бойни глави, в това число Израел (90) и КНДР (20). Почти всички те имат намерение да модернизират арсеналите си.

Разбира се, с нуклеарното гориво би трябвало да се работи допустимо най-внимателно. Но научно-техническият напредък въобще не стои на едно място. И наподобява, че технологиите за нуклеарни реактори и оръжия стават все по-достъпни, в това число за дребни страни и даже за обособени запалянковци.

DRACO е един от първите галактически апарати с нуклеарен реактор. Но той напълно не е последният. Разработването на нуклеарни реактори към този момент е обновено и в Руската федерация (ЯЕДУ – нуклеарна електродвигателна система с мощ 1 MW) и естествено Китай (също от мегаватов клас).