Вадим Олерис
26 августа 2020 года
Какими будут ракетные двигатели для дальних полетов?
Химические ракетные двигатели способны поднять космический корабль с Земли и вывести его на орбиту, но для «настоящих» космических путешествий подходят плохо. Большую часть стартующей ракеты занимают топливо и окислитель, которые сгорают за несколько минут, мощно разгоняя полезную нагрузку. После этого двигатели и баки отделяются, а зонд или корабль дальше летит уже по инерции, лишь изредка корректируя курс. Срок полёта при этом зависит от дальности. Так, «Аполлон-11» долетел до Луны за четыре дня. «Кьюриосити» до Марса — за восемь с половиной месяцев. Зонд «Новые горизонты» летел до Плутона девять лет.
Насколько проще всё было бы, если бы могли долетать до других планет за считанные дни, как в кино! Вот если бы наш межпланетный корабль летел не по инерции, а с работающими двигателями, продолжая набор скорости… Проблема в том, что химические двигатели потребуют для этого просто сумасшедшего количества топлива. А большой запас топлива — это большая масса, для разгона которой нужны более мощные двигатели, которым нужно больше топлива. Тупик.
Тогда, может быть, можно использовать какие-то другие двигатели?
Работы над ядерным ракетным двигателем начались еще в 50-е годы ХХ века в США и СССР. Идея в общих чертах была проста — небольшой ядерный реактор, установленный в основании реактивного сопла, нагревал водород из бака.
В Америке в рамках программы NERVA в 1952–1972 годах были последовательно созданы четыре всё более совершенных двигателя — Киви А, Киви Б, Феб-1 и Феб-2. Первый двигатель создавал тягу меньше, чем весил сам, зато четвёртый — уже в 4 раза больше собственного веса. То есть, с такими двигателями уже в принципе можно было стартовать прямо с Земли.
Двигатели программы NERVA
В Союзе в 1965–1985 годах был создан только один ядерный двигатель — РД-0410. Советский двигатель уступал американскому по мощности (тяге), зато превосходил по удельному импульсу, компактности, ресурсу и чистоте выхлопа. В реактивной струе советского изделия вообще не было радиоактивных продуктов. При этом тяга двигателя была больше собственного веса.
Проекты ЯРД были закрыты в 70-х годах по довольно невнятным причинам. Возможно, доводом стало все же не слишком явное превосходство над химическими, при более опасной начинке. Вдвое лучшие показатели эффективности — это хорошо, но все равно маловато для дальних полётов. Повысить эффективность ещё больше можно было бы увеличением температуры реактора и как следствие — реактивной струи, но тут уже начинали плавиться детали конструкции.
Однако в 2018 году НАСА объявило о возобновлении работ над ЯРД. Если не взлетать с Земли по экологическим соображениям, то в космосе такой двигатель можно использовать смело.
Космический корабль с двигателем VASIMR в представлении художника
Какими будут космолёты завтрашнего дня? Будут ли они летать на атомном пламени, или они будут подниматься с Земли на низкую орбиту на эффективных химических двигателях, а дальше лететь на плазменных? Или корабли будут строиться прямо на орбите, а пассажиры и грузы — подниматься к ним на многоразовых химических ракетах? Будущее покажет. По-настоящему важно то, что это будущее — не столь отдалённое, как может показаться.
Мы живем в удивительное время, настоящую эпоху чудес, и вполне возможно, что скоро мы увидим «настоящие» космические корабли, совершающие межпланетные полёты с регулярностью и сроками путешествий недавнего прошлого. Несколько недель или месяц на корабле до Америки или Австралии, чтобы начать там новую жизнь — или до Марса?
А там уже и к звёздам путь виден.
Ведь звёзды — ближе, чем кажется.