Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Интересно

Наша Солнечная система богата всевозможными ресурсами, способными обеспечить человеческую цивилизацию на десятки тысяч лет, а может быть, и больше. Планы по освоению Солнечной системы серьёзно обсуждаются на самом высоком уровне. Так, президент США Дональд Трамп даже подписал соответствующий указ о начале коммерциализации космического пространства.

Лететь к другим звёздам — это очень заманчиво, но для начала давайте хотя бы отправим человека на Марс, Титан (спутник Сатурна). Давайте доберёмся до пояса Койпера и проверим, существует ли облако Оорта.

Вот на этом мы сегодня и остановимся. Так как ближайшая перспектива – это не полёты к другим звёздам, а освоение Солнечной системы.

На что способны существующие ракетные двигатели? Какое время потребуется на то, чтобы покорить с помощью них Солнечную систему?

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Если учитывать опыт путешествий космических зондов, то их скорость совсем невелика по меркам космического пространства, но стоит принимать во внимание их малое энергопотребление, отсутствие систем жизнеобеспечения и т.п., так как они являются беспилотниками.

Но всё равно, учитывая скорость современных космических аппаратов, за 4-5 месяцев можно долететь до Венеры, а за 5-6 — до Меркурия. С Марсом уже сложнее — до него лететь от полугода до 9 месяцев, и это при самом близком орбитальном сближении с Землёй. Если сближение не учитывать, то путешествие может занять до двух лет. До пояса астероидов между Марсом и Юпитером, который является богатым источником ресурсов, лететь придётся около 2-3 лет. До Юпитера лететь почти 5 лет, до Сатурна — почти 7 лет, к Урану — 9 лет, к Нептуну — 11 лет. К Плутону аппарат «Новые горизонты» целенаправленно летел 9,5 лет. Пояс Койпера тот же аппарат достиг спустя 13 лет. Для подтверждения существования облака Оорта придётся проделать путешествие длительностью 3-5 тысяч лет. А чтобы преодолеть сферу Хилла, которая определяет гравитационную границу Солнечной системы, придётся лететь около 10 тысяч лет. Ну и до ближайшей к нам звезды "Проксима Центавра" лететь 20-80 тысяч лет.

Понятное дело, что никакой коммерческой выгоды от освоения Солнечной системы без применения новых технологий перемещения в космосе мы не получим.

На сегодняшний день разрабатывается несколько проектов, направленных на значительное сокращение времени полёта до любого объекта Солнечной системы. И в основе этих проектов лежит реактивная тяга.

В отсутствие точки опоры в космосе, передвижение там представляется проблематичным, так как мы не можем, как на Земле, отталкиваться от суши, воды, или воздуха. Своеобразную точку опоры для движения в космосе нужно создавать принудительно.

Уже сегодня ракетные двигатели работают на максимальном пределе прочности современных материалов, и сколь-нибудь существенно увеличить их эффективность не получится (всё, на что мы можем ещё рассчитывать — это 1-3%). Далее наступает физический предел.

Есть надежны на детонационные каретные двигатели, но там есть свои большие нерешенные проблемы.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Так что удел таких двигателей – это вывод на орбиту полезного груза, полёты до Луны и, может быть, до Марса.

Следующие используемые двигатели в космосе являются тоже реактивными, но реактивная тяга непосредственно создаётся электричеством.

Электрические ракетные двигатели (ЭРД) — это целый класс реактивных двигателей, которые впервые использовали в 1964 году на советском межпланетном космическом аппарате «Зонд-2» в его системе ориентации.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

ЭРД имеет много преимуществ перед классическими РД: это и длительный импульс работы, и на порядок более высокая скорость истечения вещества в реактивной струе, и повышенная надёжность. Однако, тяга таких двигателей в сотни тысяч раз меньше, чем у РД. Естественно, использовать ЭРД как маршевые двигатели просто так не получится. Но если бы это стало возможным, то до Плутона мы могли долететь всего за 1 год, а до Марса — всего 40 дней!

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

И такие проекты есть. И они даже находятся в активной фазе разработок.

В России разрабатывается Безэлектродный Плазменный Ракетный Двигатель (БПРД), а в США – VASIMR. Обе разработки представляют собой перспективный плазменный двигатель, который должен быть основным (маршевым) на космическом корабле.

Прототип VASIMR «VX-200SS» в 2019 году продемонстрировал тягу в 0,55 кгс, имея мощность 200 кВт, с удельным импульсом от 50 до 300 м/с. Таким образом, двигатель МВт-класса уже будет способен эффективно работать в качестве маршевого двигателя, что сократит полёт до Марса до 2 месяцев.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Российский прототип БПРД будет готов в 2021 году. В него заложены впечатляющие характеристики: Тяга в 0,3 кгс, при мощности в 100 кВт.

Десять таких двигателей могут обеспечат тягу до 3 кгс, чего будет более чем достаточно, для пилотируемых полетов к планетам Солнечной системы.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Помните, как в 2012 году Дмитрий Рогозин «пустозвонил» насчёт какого-то там мифического двигателя мегаваттного класса (якобы, Роскосмос его разрабатывает)? Никто тогда не воспринял его слова всерьёз, но как вышло – это оказалось правдой.

Роскосмос совместно с Росатомом с 2009 года занимается разработкой транспортно-энергетического модуля (ТЭМ). Фактически, это космический буксир, способный работать как на орбите Земли, так и доставлять грузы к другим планетам. В его основе лежат всё те же ЭРД, запитываемые от высокотемпературного ядерного реактора на быстрых нейтронах, работающего по замкнутому ядерному топливному циклу.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Суммарная тяга связки из 18-24 ЭРД составляет невообразимые (для космического корабля с ЭРД) 1,83 кгс! По состоянию на 2020 год "ТЭМ" проработан детальнее и не имеет каких-либо явных препятствий для воплощения, в отличие от плазменного двигателя "VASIMR".

Таким образом, Транспортно-Энергетический Модуль (ТЭМ) на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса не имеет аналогов в мире.

Запуск такой системы должен состояться в 2030 году.

Однако, никогда такого не было и вот опять…

В апреле 2020 года Рогозин сообщил, что Роскосмос приостанавливает создание «ТЭМ», системы которого находятся на финальной стадии испытаний, из-за недостроенного стенда для его испытаний.

Ну как так можно было обос*аться на финальной стадии?!?! Я не представляю…

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

В общем, Роскосмос расторг государственный контракт с нерадивым "Главным военно-строительным управлением №12", которое не смогло построить специальную вакуумную камеру.

Роскосмос продолжил создавать "ТЭМ" своими силами, не перенося сроков реализации проекта (я расскажу об этом уникальном проекте в отдельной статье).

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Ещё один перспективный разрабатываемый ракетный двигатель представляет собой классический ядерный ракетный двигатель, всё с той же реактивной тягой. В 2018 году стало официально известно, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы в этом направлении.

Какой-либо детальной информации о конкретных разработках пока нет, однако обратимся к прошлым разработкам. ЯРД очень активно разрабатывались, исследовались и испытывались в СССР и США. Так, в 1978 году прошёл стендовые испытания советский ЯРД «РД-0410».

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

РД-0410 имел высоту 3,5 метра и диаметр 1,6 метра. Мощность составляла 196 МВт, удельный импульс — 8,9 км/сек, а тяга в вакууме — 3590 кгс. Рабочим телом, формирующим реактивную тягу, был жидкий водород. Масса двигателя с радиационной защитой — 2 тонны.

Американский ЯРД «NERVA» имел ещё бÓльшие размеры и тягу (1972 год). Однако оба проекта были преданы забвению в силу слишком больших финансовых затрат и смены приоритетов в освоении космоса.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Но если сегодня реализовать ЯРД даже по устаревшим технологиям 70-х годов, то такие двигатели будут конкурировать с традиционными по доставке полезной нагрузки на орбиту, ведь они в 2 раза эффективнее химических по удельным показателям скорости и длительности полёта в космосе.

А зачем вообще возвращаться к разработкам ЯРД?

Ведь нам совсем не нужен новый «Чернобыль» в случае аварии такого двигателя в атмосфере Земли.

Но в космическом пространстве такой двигатель будет идеальным ускорителем/замедлителем космического корабля, наряду с плазменными двигателями. Так как в планах многих государств значится освоение Луны и создание на ней обитаемых баз к 2040-х годах, разработку эффективного ЯРД нужно начинать уже сегодня.

Согласно расчётам, эффективный ЯРД сможет долететь до Плутона за 2 месяца, затратив на это всего 38 тонн топлива. А до ближайшей звёздной системы доберётся за 12-30 лет.

Какие ракетные двигатели будущего для освоения Солнечной системы создаются уже сегодня?

Это основные перспективные разрабатываемые двигатели для освоения Солнечной системы.

Если мы не откроем новые эффективные физические принципы перемещения в пространстве (или даже в гиперпространстве) или что-то подобное, с помощью чего можно путешествовать быстрее скорости света, то через 15-25 лет маршевые двигатели звездолётов будут плазменными и ядерными. Это позволит нам начать колонизацию Солнечной системы и разработку её полезных ресурсов.

В теоретической проработке находится ещё один проект двигателя с удельной тягой как у ядерного и импульсом как у электрического ракетного двигателя. Это прямоточные термоядерные двигатели, однако о каких-либо реальных перспективах таких двигателей говорить пока не приходится. Слишком много нерешённых проблем в понимании физики плазмы и обуздании управляемого термоядерного синтеза (УТС). Но есть надежда на то, что через 50-80 лет фантастика может стать реальностью, если мы успешно освоим УТС.

Источник

Оцените статью
Саморазвитие IQ