NASA планирует испытать ядерную двигательную установку в глубоком космосе

NASA планирует в конце 2028 года отправить к Марсу космический аппарат SR-1 Freedom, который будет использовать ядерный реактор для питания электрических двигателей. Это должна стать первая межпланетная миссия, в которой энергия деления атомных ядер будет непосредственно обеспечивать работу двигательной установки. Новая технология позволит космическим аппаратам совершать длительные перелёты, расходуя значительно меньше рабочего тела, чем традиционные химические ракеты.

В октябре 2026 года NASA сообщило о продвижении разработки энергетического модуля SR-1 Freedom. Компания Sierra Lobo получила задачу создать систему преобразования тепла ядерного реактора в электричество, работающую по замкнутому циклу Брайтона. Сам реактор разрабатывается специалистами Айдахской национальной лаборатории Министерства энергетики США. По информации космического агентства, работы ведутся с расчётом на запуск в конце 2028 года.

В отличие от традиционных ракет, которые получают тягу за счёт сжигания топлива, ядерные двигательные установки используют энергию атомных реакций. NASA исследует два основных подхода. В ядерном тепловом двигателе реактор непосредственно нагревает рабочее тело, обычно водород, после чего раскалённый газ выбрасывается через сопло и создаёт тягу. Такие двигатели потенциально могут обеспечивать примерно вдвое более высокий удельный импульс, чем современные химические ракетные двигатели.

Другой вариант — ядерная электрическая двигательная установка. В ней тепло реактора сначала преобразуется в электричество, которое затем используется для ускорения заряженных частиц рабочего тела. Электрические двигатели создают значительно меньшую тягу, но могут работать продолжительное время и гораздо экономнее расходовать запас вещества. Именно эту технологию NASA намерено испытать в миссии SR-1 Freedom.

По опубликованным характеристикам, масса аппарата составит около 12 тонн. Его энергетическая система будет включать ядерный реактор с топливом из низкообогащённого урана повышенного обогащения HALEU и преобразователь тепловой энергии электрической мощностью 20 кВт. Для движения предусмотрены электрические двигатели Холла, включая установку мощностью 12 кВт. Реактор останется выключенным во время запуска и начнёт работать только после выхода аппарата за пределы околоземной орбиты.

Одна из главных причин интереса к ядерной энергетике — ограничения солнечных батарей при полётах в дальние области Солнечной системы. По мере удаления от Солнца количество доступной солнечной энергии быстро уменьшается. На расстоянии Юпитера освещённость примерно в 27 раз слабее, чем возле Земли. Поэтому аппаратам требуются всё более крупные солнечные панели либо независимые источники электроэнергии.

NASA уже несколько десятилетий использует радиоизотопные термоэлектрические генераторы, преобразующие тепло распада плутония-238 в электричество. Такие устройства обеспечивают энергией марсоходы Curiosity и Perseverance, а также межпланетные зонды Voyager и New Horizons. Однако радиоизотопные генераторы предназначены прежде всего для питания научной аппаратуры, связи и систем управления. Их электрической мощности недостаточно для крупных двигательных установок, рассчитанных на быстрое перемещение тяжёлых космических аппаратов.

Ядерные реакторы способны обеспечить значительно большую мощность. В перспективе это позволит не только питать электрические двигатели, но и использовать энергоёмкие научные приборы, радиолокационные системы и средства связи. Особенно востребованы такие возможности при исследовании спутников Юпитера и Сатурна, включая Европу и Энцелад, под ледяной поверхностью которых могут существовать океаны жидкой воды.

Ядерные тепловые двигатели также рассматриваются как возможный способ сокращения продолжительности пилотируемых полётов к Марсу. В одном из расчётных проектов NASA 2019 года продолжительность перелёта составляла около 160 суток в одну сторону. Конкретное время зависит от взаимного расположения планет, массы корабля, характеристик двигателей и выбранной траектории. Возможность доставлять экипажи к Марсу за 45–60 дней действующими разработками NASA пока не подтверждена.

Миссия SR-1 Freedom будет беспилотной. Помимо испытания ядерной электрической установки, аппарат доставит к Марсу научную полезную нагрузку SkyFall — три небольших вертолёта, разработанных на основе технологий марсианского аппарата Ingenuity. Их задачами станут исследование перспективных районов поверхности, поиск возможных залежей водяного льда и сбор данных для будущих посадочных миссий. Прибытие аппарата к Марсу предварительно намечено на 2029 год.

Параллельно NASA разрабатывает проект Lunar Reactor-1 — компактный ядерный реактор для обеспечения электроэнергией будущей лунной базы. Его планируют подготовить к запуску к 2030 году. Такая установка должна поддерживать работу оборудования во время продолжительной лунной ночи и в постоянно затенённых районах, где солнечные батареи не могут обеспечить непрерывное энергоснабжение.