Хотя энтузиазм, окружавший идею мирного использования атомной энергии, несколько угас к середине 1960-х годов, интерес к применению ядерных реакторов в невоенных целях периодически возрождается. Разработка новой ядерной ракетной установки (ЯРД) открывает возможность доставки человека на Марс значительно быстрее, чем при использовании существующих технологий.
Риски, связанные с воздействием космической радиации, значительно превышают опасность, возникающую в случае аварии на двигательной установке. Космическая радиация представляет собой наиболее существенное препятствие для проектов, направленных на доставку людей к другим планетам Солнечной системы. Излучение, исходящее от Солнца, и галактические лучи способны нанести серьезный вред здоровью участников миссии. В связи с этим, при разработке планов полетов к Марсу специалисты стремятся максимально уменьшить продолжительность путешествия.
Новый подход, позволяющий сократить время путешествия до Красной планеты до трех месяцев, выглядит весьма перспективным NTP-двигатель. Концепция этой разработки была представлена на рассмотрение в NASA компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из Сиэтла, США. Название устройства имеет простое объяснение — Nuclear Thermal Propulsion (NTP), что означает «тепловая ядерная силовая установка». В отличие от ранее созданных или разработанных аналогов, новая разработка обладает наиболее безопасной конструкцией.
Ключевой компонент разработки USNC — топливные элементы из урана с умеренной степенью обогащения. В их составе содержится от 5% до 20% высокоактивного изотопа U-элемент имеет номер -235 и покрыт керамикой, созданной на основе карбида циркония. Подобный уровень обогащения находится между характеристиками атомных реакторов, используемых в гражданском секторе, и военными. Запатентованная технология керамического покрытия обеспечивает исключительную устойчивость «таблеток» к механическим повреждениям и воздействию высоких температур.
Компания заявляет, что их тепловыделяющие элементы демонстрируют лучшие показатели по сравнению с теми, что применяются на современных атомных электростанциях. Это позволит двигателю достичь более высокого удельного импульса при меньшем уровне обогащения урана, чем в предыдущих версиях ЯРД. Помимо полёта к Марсу, к числу целей этого амбициозного проекта также относятся другие миссии в пределах Солнечной системы. В ближайшее время специалисты будут оценивать возможности данной концепции NASA и американского Министерства обороны (DoD). Не исключено, что ведомства дадут согласие на использование данной технологии коммерческими структурами.
В теории, благодаря современным технологиям, удельный импульс (УИ) ядерного ракетного двигателя (ЯРД) может быть в семь раз больше, чем у химических реактивных двигателей. Этот показатель является одним из основных критериев эффективности. В отличие от электрических и плазменных двигателей, ЯРД обладает высоким УИ, сочетающимся с высокой тягой. Помимо проблем безопасности, существенным ограничением для использования ЯРД являются экстремально высокие температуры, возникающие в активной зоне реактора.
Чем выше температура выходящих из двигателя газов, тем больше энергии они содержат. Соответственно, это приводит к увеличению создаваемой тяги. Однако на данный момент не существует доступных и безопасных материалов, способных выдерживать температуры свыше трех тысяч градусов Цельсия без разрушения. Созданное USNC решение будет работать на пределе возможностей современного материаловедения (3000°C) и обладать удельным импульсом вдвое выше, чем лучшие жидкостные двигатели.
В официальном пресс-релизе не уточняется, какое именно рабочее тело будет использоваться в NTP. Обычно в рамках всех проектов ЯРД активная область реактора нагревает водород, а иногда — аммиак. Однако, учитывая продолжительность миссии, разработчики могли выбрать и другой газ. Обеспечение хранения водорода в жидком состоянии на борту в течение трех месяцев – задача не из легких. И необходимо также предусмотреть решение для обратного пути.
Идея о доставке ядерного реактора в космос не является новой. Советский Союз, к примеру, разработал ряд разведывательных спутников, оснащенных такими силовыми установками. Однако они применялись исключительно для генерации электроэнергии, и их история завершилась не самым успешным образом. Один из этих аппаратов, как минимум, неожиданно покинул орбиту и упал на Землю. Это привело к международному скандалу, и Советскому Союзу пришлось выплатить компенсацию за дезактивацию территории.