Государственный университет Огайо (OSU) представил новую концепцию центробежного ядерно-термального ракетного двигателя (CNTR, centrifugal nuclear thermal rocket), которая может существенно сократить время путешествия к Марсу. В отличие от классических твердотопливных NTP-двигателей, CNTR использует жидкий уран, удерживаемый вращением в цилиндрах, который напрямую нагревает рабочее тело в форкамере*. Такой подход обещает более высокую эффективность и меньшие риски повреждения топливных элементов, заявляет команда разработчиков.
Форкамера (prechamber) представляет собой предварительную камеру/зону теплообмена. В концепции CNTR туда подают пропелант (водород и т.д.), он проходит по кольцевому каналу вокруг источника тепла (жидкого урана во вращающемся цилиндре), нагревается и дальше расширяется в сопле. Горения там нет — это нагрев и смешивание/стабилизация потока.
Согласно опубликованным материалам, CNTR нацеливается на удельный импульс* около 1800 с — вдвое больше лучших твердоядерных NTP 1960-х (~900 с) и примерно вчетверо выше химии (~450 с). Это открывает путь к сокращению сроков марсианских миссий: оценки показывают потенциал уменьшить время туда-обратно до ~420 суток и обеспечить безопасный перелет в одну сторону примерно за полгода.
Удельный импульс (Isp) показывает топливную экономичность ракетного двигателя: сколько секунд тяги он дает на единицу весового расхода пропеланта. Как в авто 10 на 100 км, чем больше Isp, тем дальше можно переместиться на той же массе пропеланта — и если при этом двигатель еще и тянет сильно, это уже меняет правила игры для полетов на Марс.
Разработчики подчеркивают и гибкость CNTR: кроме водорода, он способен работать на аммиаке, метане, пропане или гидразине — это важно для использования ресурсов в космосе (ISRU) на астероидах или в поясе Койпера. В то же время перед инженерами стоит ряд нетривиальных вызовов: стабильный пуск/остановка, минимизация потерь урана и отработка отказоустойчивых режимов. Университет сообщает о поддержке проекта грантом NASA и работе над прототипом; в лучшем случае базовую готовность концепции хотят достичь в течение нескольких лет.
Почему это важно? Более высокий удельный импульс при сохранении высокой тяги означает либо более быстрые перелеты, либо большие научные полезные нагрузки. Для астрономии это — возможность доставлять более массивные телескопы и криогенные системы в дальние точки (Уран, Нептун, объекты пояса Койпера) прямыми траекториями без переусложненных гравитационных маневров. Быстрые окна запуска также уменьшают радиационные риски для экипажей и повышают частоту автоматических миссий для мониторинга изменений в отдаленных системах.
Хотите узнать, сколько сейчас продлится полет к Марсу, Венере или даже Юпитеру и почему одни миссии летят быстрее других? В доступной форме разбираем, как окна запуска, маневры Гомана и гравитационные маневры сокращают месяцы и годы пути. Сравниваем времена для автоматических и потенциально пилотируемых полетов, объясняем, что влияет на маршрут и топливо. Перейдите к статье «Сколько лететь на другие планеты Солнечной системы?» и выберите свою идеальную траекторию путешествия по Солнечной системе!
По материалам osu.edu, interestingengineering
