Атомный космос: почему ядерные ракеты так и не взлетели
С 50-х годов прошлого века США активно разрабатывали ядерную тягу для покорения космоса. Несколько программ достигли значительных успехов. Годы планирования и испытаний подтвердили огромный потенциал этих систем. Однако возникло множество проблем, ставящих под вопрос дальнейшее развитие этого направления.
Холодная война как двигатель прогресса (и ядерных ракет)
В эпоху холодной войны ядерные технологии рассматривались не только в контексте военного превосходства. Учёные и политики всерьёз задумывались об освоении дальнего космоса. Возник вопрос: чем отправлять ракеты в дальний космос? Обычные двигатели казались недостаточно эффективными. Альтернативой стал атомный двигатель.
Разговоры об этом начались ещё в 1945 году, но первый серьёзный шаг был сделан в 1955 году — стартовал Project Rover. Комиссия по атомной энергии США поручила Rover разработку ядерного теплового двигателя для ракет. Задача была чёткой: создать ядерный реактор, способный питать ракетный двигатель, разработать подходящий пропеллент (топливо) и провести необходимые испытания. Первые работы легли на плечи учёных из Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Затем была запущена программа NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Её цель — спроектировать готовый к полёту ядерный двигатель, способный выдержать нагрузки и вибрации при запуске. Планировалось, что ядерный двигатель станет верхней ступенью ракеты Saturn V. Предполагалось даже провести тестовый полёт уже в 1970 году!
Плюсы ядерной тяги: взлетаем выше и дальше
Rover и NERVA доказали: ядерная тяга в ракетах — это реально. У неё есть серьёзные преимущества перед химическими двигателями, доминировавшими в то время.
Главное преимущество — эффективность, измеряемая удельным импульсом. Ядерные двигатели оказались как минимум в два раза эффективнее химических. Кроме того, они обеспечивали высокую тягу.
Ещё одно преимущество: ядерные двигатели могли быть легче и меньше химических, что позволяло увеличить полезную нагрузку. И, конечно, ядерные двигатели могли обеспечить ракетам бóльшую дальность. В совокупности с высокой эффективностью и тягой, это делало их привлекательным вариантом для ранней космической программы.
«Турбулентность»: почему проекты забуксовали
Учёные и инженеры, работавшие над Rover и NERVA, столкнулись с множеством проблем. С самого начала потребовалась разработка новых сложных конструкций и процессов для реакторов, материалов, радиационной защиты, структур и систем управления.
Пример: требовалось совместить жидкий водород при −240 градусах Цельсия и температуру выхлопа двигателей в 2200 градусов. Учёные считали, что большинство металлов и сплавов не выдержат больше 2300 градусов. В Лос-Аламосе значительная часть сотрудников занималась только проблемой температур.
В статье ANS Nuclear Newswire о Project Rover это описывалось так: «Перекачивать жидкий водород при минус 240 градусах Цельсия — задача почти такая же простая, как заставить воду плавно двигаться через раскалённую добела печь».
Ещё одна сложность — методы испытаний. Сначала двигатели тестировали с соплами, направленными вверх. Когда же решили проверить их «вниз головой», пришлось решать проблему предотвращения попадания кислорода в сопло и последующего взрыва при взаимодействии кислорода и водорода.
Неуверенность как фактор риска
Люди, работавшие над Rover и NERVA, порой использовали терминологию, которая вызывала сомнения в успехе, и не могли точно предсказать результаты испытаний.
Вот цитата из статьи Ричарда Маленфанта, учёного из Лос-Аламоса: «Эта статья обобщает уроки, извлеченные при разработке этой технологии, иллюстрируя, что сюрпризы обязательно встретятся при реализации таких передовых программ». Он же добавил, что «результаты экспериментов публиковались только в неформальных отчётах о ходе работ» и что «нагрев был непоследовательным». Позже он назвал проблемы проектирования и испытаний «всего лишь выборкой из тех неизвестных, которые предстояло решить».
Еще одна цитата, из январского номера журнала Nuclear News за 1963 год: «Каждое из этих шести испытаний имело огромную ценность, хотя часто и неожиданным образом».
Сложно представить, что общественность поддержит ядерную программу с таким уровнем неопределённости, даже несмотря на очевидные преимущества ядерной тяги.
В итоге главным препятствием стали финансовые затраты. В конце 1960-х правительство сократило финансирование NERVA, а в 1973 году программу закрыли.
Но надежда на использование ядерной тяги в ракетах оставалась. В 1983 году, с началом разработки программы «Стратегическая оборонная инициатива» («Звездные войны»), вновь заговорили об использовании ядерных двигателей, более мощных, чем химические. В том же году стартовала программа Project Timber Wind, ставшая частью программы Space Nuclear Thermal Propulsion. Она продолжалась с 1987 по 1991 год. NASA закрыла её, решив, что она не принесла никаких улучшений по сравнению с проектами Rover.
Космос привлекает, но ядерная тяга, похоже, всё ещё ждёт своего часа. Возможно, когда-нибудь мы используем атомные двигатели для полёта к звёздам.
