NASA випробує ядерний двигун у космосі та відправить вертольоти на Марс

NASA планує наприкінці 2028 року відправити до Марса безпілотний апарат SR‑1 Free­dom, оснащений ядерним реактором. Він живитиме електричні двигуни під час міжпланетного перельоту — вперше в історії космонавтики ядерне розщеплення безпосередньо забезпечуватиме роботу рухової установки на міжпланетній місії.

Для місії розробляється спеціальний енергетичний модуль. Компанія Sier­ra Lobo відповідає за систему перетворення тепла реактора на електрику за замкненим циклом Брайтона, тоді як сам реактор створюють фахівці Айдахської національної лабораторії Міністерства енергетики США. Апарат важитиме близько 12 тонн, а його реактор працюватиме на паливі з урану підвищеного збагачення HALEU і вироблятиме 20 кВт електричної потужності. Під час запуску реактор буде вимкнений і запрацює лише після виходу апарата за межі навколоземної орбіти.

На відміну від хімічних ракет, ядерна електрична рухова установка перетворює тепло реактора на електрику, яка потім розганяє заряджені частини робочого тіла. Тяга таких двигунів значно менша, ніж у хімічних аналогів, зате вони можуть працювати тривалий час і витрачають набагато менше речовини. Апарат обладнають двигунами Холла потужністю 12 кВт. Існує й інший підхід — ядерний тепловий двигун, де реактор безпосередньо нагріває водень, що викидається через сопло. Такі двигуни потенційно вдвічі ефективніші за сучасні хімічні ракетні двигуни.

Головна перевага ядерної енергетики — незалежність від Сонця. Що далі від нього, то слабший потік сонячного світла: біля Юпітера він приблизно в 27 разів менший, ніж на орбіті Землі. Поки що NASA використовує радіоізотопні термоелектричні генератори на основі плутонію-238 — саме вони живлять марсоходи Curios­i­ty та Per­se­ver­ance, а також зонди Voy­ager і New Hori­zons. Однак такі генератори дають надто мало енергії для потужних рухових систем.

Окрім випробування ядерної установки, SR‑1 Free­dom доставить на Марс наукове обладнання Sky­Fall — три невеликі вертольоти, розроблені на основі технологій марсіанського апарата Inge­nu­ity. Вони досліджуватимуть перспективні ділянки поверхні, шукатимуть поклади водяного льоду та збиратимуть дані для майбутніх посадкових місій. Прибуття апарата до Марса попередньо заплановано на 2029 рік.

Ядерні теплові двигуни також розглядаються як спосіб скоротити тривалість пілотованих польотів до Марса. У розрахунковому проекті NASA 2019 року переліт в один бік займав близько 160 діб. Перспективи скорочення цього часу до 45–60 діб поки що жодним із діючих розробок агентства не підтверджені.

Паралельно NASA розробляє компактний ядерний реактор Lunar Reactor‑1 для майбутньої місячної бази — його планують підготувати до запуску до 2030 року. Така установка забезпечуватиме електрику під час тривалої місячної ночі та в постійно затінених районах, де сонячні батареї безсилі.