Більше ніж "ядерна батарейка": NASA хоче змінити технологію польотів на Марс

Наприкінці 2028 року Аерокосмічне агентство США (NASA) планує запустити місію Space Reactor-1 (SR-1) Freedom. Цей 12-тонний космічний апарат має вийти за межі навколоземної орбіти та вперше застосувати ядерний поділ для польоту на Марс. Головна мета цього амбітного проєкту полягає у тестуванні технологій, які дозволять пілотованим місіям подорожувати Сонячною системою.

Про це пише SpaceDaily.

Суть місії та чому важливий 2028 рік

Вчені розрахували місію SR-1 виключно на сприятливе астрономічне вікно наприкінці 2028 року. Подібне ідеальне вирівнювання орбіт Землі та Марса відбувається лише раз на 26 місяців. Тому будь-яка затримка у підготовці призведе до перенесення старту на понад два роки.

Варто одразу зазначити, що NASA не збирається садити ядерний реактор безпосередньо на поверхню Марса. Сам SR-1 Freedom не є прототипом пілотованого корабля, а слугує виключно демонстрацією технологій. Апарат має лише пролетіти повз Червону планету, скинути наукове корисне навантаження і продовжити політ для випробування надійності реактора.

Справжній реактор проти «ядерної батарейки»

Багато космічних апаратів вже давно використовують ядерну енергію. Наприклад, знамениті зонди Voyager та марсоходи Curiosity чи Perseverance мають спеціальні радіоізотопні термоелектричні генератори. Це своєрідні довговічні «батарейки», які просто збирають тепло від природного розпаду плутонію-238 і не мають керованої ланцюгової реакції.

Натомість SR-1 отримає повноцінний реактор закритого циклу Брайтона, який працює на низькозбагаченому урані. Він самостійно розщеплює атоми для виділення тепла і здатен генерувати 20 кіловатів електроенергії. Цей показник є мізерним для земних електростанцій, але дає величезну потужність для компактного космічного пристрою.

Апарат зможе працювати абсолютно автономно у глибокому космосі. Важливо розуміти, що подібні реактори раніше літали лише на навколоземній орбіті, починаючи з американського SNAP-10A у 1965 році. Проте фахівці ще ніколи не використовували їх для тривалих міжпланетних перельотів.

Як працює ядерно-електричний рух

Принцип роботи SR-1 суттєво відрізняється від традиційних уявлень про ядерні ракети. Це не ядерно-термічний двигун, який нагріває пропелент у реакторі і викидає його під величезним тиском. Натомість тепло реактора SR-1 спочатку перетворюється на електрику.

Згодом ця енергія живить іонний двигун на ефекті Холла. Електричні та магнітні поля іонізують спеціальний газ (наприклад, ксенон) і розганяють заряджені частинки до неймовірних швидкостей. Такий двигун не здатен створити потужний ривок для старту, тому для відриву від Землі фахівці використають звичайну хімічну ракету.

Проте іонна установка може працювати безперервно протягом багатьох місяців. Експерти NASA часто порівнюють хімічні ракети з коротким драгрейсингом. Натомість електричну тягу науковці називають довгою та максимально витривалою поїздкою.

Комбінація нових та старих технологій

Щоб вкластися у жорсткі терміни до 2028 року, NASA вирішило не будувати космічний апарат із самого нуля. За основу інженери взяли модуль Power and Propulsion Element (PPE). Спочатку фахівці розробляли його для місячної орбітальної станції Gateway.

Завдяки цьому новий апарат отримає 48-кіловатну сонячну систему. Вона працюватиме в тандемі з 20-кіловатним ядерним реактором. Проте така інтеграція одразу створює нові технічні виклики.

Інженери не розраховували місячний модуль Gateway на додаткове теплове навантаження та надвисоку радіацію від урану. Також їм доведеться встановити масивний тіньовий радіаційний щит. Він надійно розділятиме гарячий реактор та чутливу бортову електроніку.

Безпека та висадка марсіанських гелікоптерів

Із міркувань безпеки ядерний реактор не запускатимуть ані на стартовому майданчику, ані під час виходу з атмосфери. Запуск установки відбудеться не раніше ніж через 48 годин після старту. Тоді космічний апарат вже перебуватиме на безпечній відстані від нашої планети.

Таке рішення мінімізує радіаційні наслідки у разі можливої аварії ракети-носія. Наближаючись до Марса, SR-1 має виконати своє друге надзвичайно важливе завдання. Апарат випустить в атмосферу планети спеціальний науковий модуль SkyFall.

Цей блок містить три невеликі дослідницькі гелікоптери, які є нащадками знаменитого дрона Ingenuity. Вони розгорнуться прямо в повітрі без попередньої посадки традиційного модуля. Дрони отримають камери, георадари та датчики вітру для пошуку підповерхневого водяного льоду, який обов’язково знадобиться для майбутніх пілотованих місій.

Нагадаємо, загадкові гори на Марсі знову привернули увагу через здогадки про давнє поселення біля води. В регіоні Кідонія дослідник помітив можливу «берегову лінію» біля загадкових утворень.