Amerikāņu profesors skaidro, kāpēc kodolraķešu dzinēji ir efektīvāki nekā ķīmiskie. Tāpēc viņi ir tie, kas palīdzēs izpētīt Marsu un visu, kas tam pārsniedz. Bet viņš nedomā par jautājumu, vai NASA būs pietiekami daudz naudas, lai izstrādātu šādus dzinējus, ja arī Pentagons ar tiem nodarbojas, un viņam tas tiek dots pirmais.
NASA un Elons Musks sapņo par Marsu, un apkalpotās dziļūdens misijas drīz kļūs par realitāti. Jūs, iespējams, būsit pārsteigts, bet mūsdienu raķetes lido nedaudz ātrāk nekā pagātnes raķetes.
Ātrie kosmosa kuģi ir ērtāki dažādu iemeslu dēļ, un labākais paātrināšanas veids ir ar kodolmašīnām darbināmas raķetes. Viņiem ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar parastajām ar degvielu darbināmām raķetēm vai modernām ar saules enerģiju darbināmām elektriskām raķetēm, taču pēdējo 40 gadu laikā Amerikas Savienotās Valstis ir uzsākušas tikai astoņas ar kodolmašīnu darbināmas raķetes.
Tomēr pagājušajā gadā tika mainīti likumi par kosmisko kosmosa ceļojumu, un darbs pie nākamās paaudzes raķetēm jau ir sācies.
Kāpēc vajadzīgs ātrums?
Jebkura lidojuma kosmosā pirmajā posmā ir vajadzīgs nesējraķete - tas kuģi ved orbītā. Šie lielie motori darbojas ar degošu degvielu - un parasti, kad runa ir par raķešu palaišanu, tie tos nozīmē. Viņi drīz nekur nebrauks, tāpat kā smaguma spēks.
Bet, kuģim ienākot kosmosā, lietas kļūst interesantākas. Lai pārvarētu Zemes gravitāciju un dotos dziļā kosmosā, kuģim ir nepieciešams papildu paātrinājums. Šajā vietā tiek iesaistītas kodolenerģijas sistēmas. Ja astronauti vēlas izpētīt kaut ko ārpus Mēness vai vēl jo vairāk Marsa, viņiem ir jāsteidzas. Kosmoss ir milzīgs, un attālumi ir diezgan lieli.
Reklāmas video:
Ir divi iemesli, kāpēc ātras raķetes ir labāk piemērotas tālsatiksmes kosmosa ceļojumiem: drošība un laiks.
Ceļā uz Marsu astronauti saskaras ar ļoti augstu radiācijas līmeni, kas pilns ar nopietnām veselības problēmām, ieskaitot vēzi un neauglību. Radiācijas ekranēšana var palīdzēt, taču tā ir ārkārtīgi smaga un jo ilgāka misija, jo jaudīgāks ekranējums būs vajadzīgs. Tādēļ labākais veids, kā samazināt radiācijas devu, ir vienkārši ātrāk nokļūt galamērķī.
Bet apkalpes drošība nav vienīgais ieguvums. Jo attālākus lidojumus plānojam, jo ātrāk mums būs nepieciešami dati no bezpilota misijām. Lai sasniegtu Neptūnu, bija nepieciešami Voyager 2 12 gadi - un, lidojot tam garām, tika uzņemti daži neticami attēli. Ja Voyager būtu jaudīgāks dzinējs, šīs fotogrāfijas un dati būtu astronomos parādījušies daudz agrāk.
Tātad ātrums ir priekšrocība. Bet kāpēc kodolsistēmas ir ātrākas?
Mūsdienu sistēmas
Pārvarot smaguma spēku, kuģim jāapsver trīs svarīgi aspekti.
Mūsdienās visizplatītākie ir ķīmiskie motori - tas ir, parastās raķetes ar degvielu un elektriskās raķetes, kas darbināmas ar saules enerģiju.
Ķīmiskās piedziņas sistēmas nodrošina lielu vilci, bet nav īpaši efektīvas, un raķešu degviela nav ļoti energoietilpīga. Raķete Saturns 5, kas astronautus veda uz Mēnesi, pacelšanās laikā piegādāja 35 miljonus ņūtonu spēka un pārvadāja 950 000 galonu (4 318 787 litrus) degvielas. Lielākā daļa no tā radās raķetes nonākšanā orbītā, tāpēc ierobežojumi ir acīmredzami: lai kur jūs dotos, jums ir nepieciešams daudz smagas degvielas.
Elektriskās vilces sistēmas rada vilci, izmantojot elektrību no saules paneļiem. Visizplatītākais veids, kā to paveikt, ir jonu paātrināšanai izmantot elektrisko lauku, piemēram, Halles indukcijas virzītājā. Šīs ierīces izmanto satelītu darbināšanai, un to svara efektivitāte ir piecas reizes lielāka nekā ķīmisko sistēmu. Bet tajā pašā laikā tie izdala daudz mazāku vilci - apmēram 3 ņūtonmetrus. Tas ir pietiekami tikai, lai paātrinātu automašīnu no 0 līdz 100 kilometriem stundā aptuveni divarpus stundu laikā. Saule būtībā ir enerģijas avots bez pamatnes, taču, jo tālāk kuģis attālinās no tā, jo mazāk tas ir noderīgs.
Viens no iemesliem, kāpēc kodolraķetes ir īpaši daudzsološas, ir to neticamā enerģijas intensitāte. Kodolreaktoros izmantotā urāna kurināmā enerģijas intensitāte ir 4 miljoni reižu lielāka nekā hidrazīna - tipiskas ķīmiskās raķešu degvielas - enerģija. Un urāna nonākšana kosmosā ir daudz vienkāršāka nekā simtiem tūkstošu galonu degvielas.
Kā ir ar vilkmi un svara efektivitāti?
Divas kodolieroču iespējas
Ceļojumiem kosmosā inženieri ir izstrādājuši divus galvenos kodolieroču sistēmu veidus.
Pirmais ir termoelektriskais dzinējs. Šīs sistēmas ir ļoti jaudīgas un ļoti efektīvas. Gāzes (piemēram, ūdeņraža) sildīšanai viņi izmanto nelielu kodoldalīšanās reaktoru - tāpat kā kodolzemūdenēs -. Tad šī gāze tiek paātrināta caur raķetes sprauslu, lai nodrošinātu vilci. NASA inženieri ir aprēķinājuši, ka brauciens uz Marsu, izmantojot termoelektrisko dzinēju, būs par 20-25% ātrāks nekā raķete ar ķīmisko motoru.
Kodolsintēzes dzinēji ir vairāk nekā divas reizes efektīvāki nekā ķīmiskie. Tas nozīmē, ka tie nodrošina divreiz vairāk vilces par tādu pašu degvielas daudzumu - līdz 100 000 vilces ņūtonu. Tas ir pietiekami, lai automašīnu paātrinātu līdz 100 kilometriem stundā apmēram ceturtdaļas sekundes laikā.
Otrā sistēma ir kodolieroču raķešu dzinējs (NEP). Neviens no tiem vēl nav izveidots, taču ideja ir elektrības ražošanai izmantot jaudīgu skaldīšanas reaktoru, kas pēc tam darbosies ar tādu elektrisko vilces sistēmu kā Hallas motors. Tas būtu ļoti efektīvi - apmēram trīs reizes efektīvāki nekā kodolsintēzes dzinējs. Tā kā kodolreaktora jauda ir milzīga, vienlaikus var darboties vairāki atsevišķi elektromotori, un vilce izrādīsies cieta.
Kodolraķešu dzinēji, iespējams, ir labākā izvēle ārkārtīgi lielām darbībām: tiem nav nepieciešama saules enerģija, tie ir ļoti efektīvi un nodrošina salīdzinoši lielu vilci. Bet, ņemot vērā to daudzsološo raksturu, kodolenerģijas piedziņas sistēmai joprojām ir daudz tehnisku problēmu, kuras būs jāatrisina pirms nodošanas ekspluatācijā.
Kāpēc joprojām nav kodolraķešu?
Kodolsintēzes dzinēji ir pētīti kopš 60. gadiem, taču tie vēl nav nonākuši kosmosā.
Saskaņā ar 1970. gadu hartu katrs kodolieroču projekts tika izskatīts atsevišķi, un tas nevarēja tikt tālāk bez vairāku valdības aģentūru un paša prezidenta apstiprinājuma. Kopā ar finansējuma trūkumu kodolraķešu sistēmu pētniecībai tas ir kavējis turpmāk attīstīt kosmosā izmantojamus kodolreaktorus.
Bet tas viss mainījās 2019. gada augustā, kad Trump administrācija izdeva prezidenta memorandu. Uzsverot maksimālu kodolieroču palaišanas drošību, jaunā direktīva joprojām pieļauj kodolieroču misijas ar nelielu radioaktīvo materiālu daudzumu bez sarežģīta starpiestāžu apstiprināšanas. Pietiek ar tādas sponsorējošās aģentūras kā NASA apstiprinājumu, ka misija atbilst drošības ieteikumiem. Lielas kodolieroču misijas tiek veiktas tāpat kā iepriekš.
Vienlaikus ar šo noteikumu pārskatīšanu NASA no 1009 miljoniem dolāru no 2019. gada budžeta saņēma kodoldzinēju attīstību. Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra izstrādā arī kodoltermisko kosmosa motoru nacionālās drošības operācijām ārpus Zemes orbītas.
Pēc 60 gadu stagnācijas ir iespējams, ka kodolraķete kosmosā nonāks desmit gadu laikā. Šis neticami sasniegums ieviesīs jaunu kosmosa izpētes laikmetu. Cilvēks dosies uz Marsu, un zinātniskie eksperimenti novedīs pie jauniem atklājumiem visā Saules sistēmā un ārpus tās.
Iain Boyd ir kosmiskās aviācijas tehnikas profesors Kolorādo universitātē Boulderā
