Amerikiečių profesorius paaiškina, kodėl branduoliniai raketų varikliai yra efektyvesni nei cheminiai. Todėl jie yra tie, kurie padės tyrinėti Marsą ir viską, kas už jo ribų. Tačiau jis negalvoja apie klausimą, ar NASA užteks pinigų tokiems varikliams kurti, jei Pentagonas taip pat jais užsiima, o jam skiriama pirma.
NASA ir Elonas Muskas svajoja apie Marsą, o įgulos narių vykdomos gelmių misijos netrukus taps realybe. Tikriausiai nustebsite, tačiau šiuolaikinės raketos skraido šiek tiek greičiau nei praeities raketos.
- „Salik.biz“
Greitieji erdvėlaiviai yra patogesni dėl įvairių priežasčių, o geriausias būdas paspartinti yra su branduolinėmis raketomis. Jie turi daug pranašumų, palyginti su įprastomis kuro degalais ar moderniomis saulės energija varomomis elektrinėmis raketomis, tačiau per pastaruosius 40 metų JAV išleido tik aštuonias branduolines raketas.
Tačiau praėjusiais metais įstatymai, susiję su kelionėmis į branduolinę kosminę erdvę, jau buvo pradėti dirbti su naujos kartos raketomis.
Kodėl reikalingas greitis?
Pirmame bet kokio skrydžio į kosmosą etape reikalinga paleidimo priemonė - ji iškelia laivą į orbitą. Šie dideli varikliai veikia degiu kuru - ir paprastai, kai reikia paleisti raketas, jie juos reiškia. Jie niekur greitai neis niekur, o ne gravitacijos jėga.
Tačiau laivui įplaukus į kosmosą viskas pasidaro įdomiau. Laivui įveikti Žemės sunkumą ir patekti į gilią kosmosą laivui reikia papildomo pagreičio. Čia pradeda veikti branduolinės sistemos. Jei astronautai nori ištirti ką nors anapus Mėnulio ar juo labiau Marso, jie turi paskubėti. Kosmosas yra didžiulis, o atstumai yra gana dideli.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Yra dvi priežastys, kodėl greitosios raketos yra geriau pritaikytos kelionėms kosmose dideliais atstumais: sauga ir laikas.
Pakeliui į Marsą astronautai patiria labai aukštą radiacijos lygį, kenčiantį nuo rimtų sveikatos problemų, įskaitant vėžį ir nevaisingumą. Radiacinis ekranas gali padėti, tačiau jis yra ypač sunkus ir kuo ilgesnė misija, tuo stipresnio ekrano reikės. Todėl geriausias būdas sumažinti radiacijos dozę yra paprasčiau nuvykti į tikslą greičiau.
Tačiau įgulos saugumas nėra vienintelis privalumas. Kuo tolimesnius skrydžius planuojame, tuo greičiau mums reikės duomenų iš nepilotuojamų misijų. Norint pasiekti Neptūną, „Voyager 2 12“prireikė 12 metų, o skrendant jis padarė nepaprastas nuotraukas. Jei „Voyager“būtų turėjęs galingesnį variklį, šios nuotraukos ir duomenys astronomams būtų pasirodę kur kas anksčiau.
Taigi greitis yra privalumas. Bet kodėl branduolinės sistemos yra greitesnės?
Šiandieninės sistemos
Įveikęs sunkio jėgą, laivas turi atsižvelgti į tris svarbius aspektus.
Šiandien labiausiai paplitę yra cheminiai varikliai - tai yra įprastos kuro degalai ir saulės energija varomos raketos.
Cheminės varomosios sistemos suteikia daug traukos, tačiau nėra ypač efektyvios, o raketinis kuras nėra labai daug energijos reikalaujantis. Raketa „Saturnas 5“, kuri astronautus vežė į Mėnulį, pakildama pateikė 35 milijonus niutonų jėgos ir gabeno 950 000 galonų (4 318 787 litrus) degalų. Didžioji jo dalis buvo raketos pakėlimas į orbitą, todėl apribojimai yra akivaizdūs: kad ir kur eitum, reikia daug sunkaus kuro.
Elektrinės varomosios sistemos sukuria trauką, naudodamos saulės baterijų energiją. Dažniausias būdas tai padaryti yra naudoti elektrinį lauką jonams pagreitinti, pavyzdžiui, salės indukcijos variklyje. Šie prietaisai yra naudojami palydovams maitinti, o jų svoris yra penkis kartus didesnis nei cheminių sistemų. Bet tuo pat metu jie išskiria daug mažiau traukos - apie 3 niutonus. To pakanka, kad automobilis įsibėgėtų nuo 0 iki 100 kilometrų per valandą maždaug per dvi su puse valandos. Saulė iš esmės yra energijos šaltinis be dugno, tačiau kuo toliau laivas tolsta nuo jo, tuo jis ne toks naudingas.
Viena iš priežasčių, kodėl branduolinės raketos yra ypač perspektyvios, yra neįtikėtinas jų energijos intensyvumas. Branduoliniuose reaktoriuose naudojamo urano kuro energijos intensyvumas yra keturis milijonus kartų didesnis nei hidrazino, tipinio cheminio raketinio kuro, energijos. Uraną patekti į kosmosą yra daug lengviau nei šimtus tūkstančių galonų kuro.
O traukos ir svorio efektyvumas?
Du branduoliniai variantai
Kelionėms kosmose inžinieriai sukūrė du pagrindinius branduolinių sistemų tipus.
Pirmasis yra termobranduolinis variklis. Šios sistemos yra labai galingos ir labai efektyvios. Dujoms (pvz., Vandeniliui) šildyti jie naudoja mažą branduolio dalijimosi reaktorių - kaip ir branduoliniuose povandeniniuose laivuose. Tada šios dujos pagreitinamos per raketos antgalį, kad būtų užtikrinta trauka. NASA inžinieriai paskaičiavo, kad kelionė į Marsą naudojant termobranduolinį variklį bus 20–25% greitesnė nei raketa su cheminiu varikliu.
Sintezės varikliai yra daugiau nei dvigubai efektyvesni nei cheminiai. Tai reiškia, kad jie tiek pat degalų tiekia dvigubai daugiau traukos - iki 100 000 niutonų. To pakanka, kad automobilis įsibėgėtų iki 100 kilometrų per valandą maždaug per ketvirtį sekundės.
Antroji sistema yra branduolinis elektrinis raketinis variklis (NEP). Nė vienas iš jų dar nėra sukurtas, tačiau idėja yra elektros energijai gaminti naudoti galingą dalijimosi reaktorių, kuris vėliau maitins elektrinę varomąją sistemą kaip „Hall“variklis. Tai būtų labai veiksminga - maždaug tris kartus efektyvesnė nei sintezės variklis. Kadangi branduolinio reaktoriaus galia yra didžiulė, keli atskiri elektros varikliai gali veikti tuo pačiu metu, o trauka pasirodys kieta.
Branduoliniai raketiniai varikliai yra bene geriausias pasirinkimas ypač tolimoms užduotims: jiems nereikia saulės energijos, jie yra labai efektyvūs ir pasižymi palyginti didele trauka. Tačiau, atsižvelgiant į jų perspektyvų pobūdį, NEP vis dar turi daug techninių problemų, kurias reikės išspręsti prieš pradedant eksploatuoti.
Kodėl vis dar nėra branduolinių raketų?
Branduolio sintezės varikliai buvo tiriami nuo septintojo dešimtmečio, tačiau jie dar neišskrido į kosmosą.
Pagal aštuntojo dešimtmečio chartiją kiekvienas branduolinės kosmoso projektas buvo svarstomas atskirai ir negalėjo vykti toliau be daugelio vyriausybinių agentūrų ir paties prezidento pritarimo. Dėl to, kad trūksta lėšų branduolinių raketų sistemų tyrimams, tai sutrukdė toliau plėtoti branduolinius reaktorius, skirtus naudoti kosmose.
Bet viskas pasikeitė 2019 m. Rugpjūčio mėn., Kai D. Trumpo administracija paskelbė prezidento memorandumą. Primygtinai reikalaudama maksimalios branduolinių ginklų paleidimo saugos, naujojoje direktyvoje vis dar leidžiama vykdyti branduolines misijas, kuriose yra nedidelis radioaktyviųjų medžiagų kiekis, be sudėtingo tarpžinybinio patvirtinimo. Pakanka remiančios agentūros, tokios kaip NASA, patvirtinimo, kad misija atitinka saugos rekomendacijas. Didelės branduolinės misijos vyksta tokiomis pačiomis procedūromis kaip ir anksčiau.
Kartu su šia taisyklių peržiūra NASA gavo 100 milijonų dolerių iš 2019 metų biudžeto, skirto termobranduolinių variklių plėtrai. Gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūra taip pat kuria termobranduolinį kosminį variklį nacionalinio saugumo operacijoms už Žemės orbitos ribų.
Po 60 metų sąstingio gali būti, kad branduolinė raketa į kosmosą pateks per dešimtmetį. Šis neįtikėtinas pasiekimas atves į naują kosmoso tyrinėjimo erą. Žmogus keliaus į Marsą, o moksliniai eksperimentai lems naujus atradimus visoje Saulės sistemoje ir už jos ribų.
Iain Boyd yra aviacijos ir kosmoso inžinerijos profesorius Kolorado universitete Boulder
