«Летающий Чернобыль» — единственный билет на Марс: без ядерного двигателя экипаж просто не доживет до посадки

Магистрант Массачусетского технологического института Тейлор Хэмпсон работает над одной из самых амбициозных идей современной космонавтики — ядерным тепловым двигателем, который в перспективе может заметно сократить перелёты к Марсу. Его исследование поддерживается программой NASA и сосредоточено не на отдельном узле, а на поведении всей двигательной установки целиком.

Интерес к ядерной тяге в последние годы снова усилился, потому что ученые осознают: традиционные химические ракеты плохо подходят для дальних пилотируемых миссий. Полёт к Марсу на них занимает около 7-8 месяцев, и всё это время экипаж находится под воздействием микрогравитации и космической радиации. Чем короче перелёт, тем ниже риски для здоровья астронавтов. Именно здесь у ядерных тепловых двигателей появляется серьёзное преимущество.

Хэмпсон учится на факультете ядерной науки и инженерии MIT. Базовое образование он получил как аэрокосмический инженер в Технологическом институте Джорджии, где успел поработать на стажировках в Blue Origin и Stoke Space, а также участвовал в университетской ракетной команде. Выбор MIT он объясняет редким сочетанием компетенций: здесь под одной крышей работают специалисты по ядерным технологиям и аэрокосмическим системам, включая эксперименты с ядерным топливом. Интерес к космосу у него появился ещё в детстве на Космическом побережье Флориды, где запуски шаттлов были частью повседневной реальности.

Итак, в рамках проекта, финансируемого NASA, Хэмпсон моделирует работу перспективного ядерного теплового ракетного двигателя как единого комплекса. Его задача — понять, как ведут себя баки, насосы, активная зона и другие элементы, когда система работает как целое. Исследование он ведёт под руководством доцента Коруша Ширвана, который также сотрудничает с NASA в области ядерной тяги и испытаний топлива.

Вместо сжигания топлива ядерная реакция разогревает рабочее тело, чаще всего водород, до экстремально высоких температур. Затем этот нагретый газ выбрасывается через сопло и создаёт тягу. За счёт этого такая схема обеспечивает как минимум вдвое более высокий удельный импульс при сопоставимой тяге по сравнению с химическими двигателями. Именно эта эффективность и делает ядерную тягу привлекательной для межпланетных перелётов.

Для своих расчётов Хэмпсон использует упрощённую одномерную модель, которая позволяет ускорить вычисления, но при этом учитывать сразу и тепловые, и нейтронные процессы. Такой подход важен, потому что даже небольшие изменения в компоновке двигателя или составе топлива могут заметно повлиять на итоговые характеристики. Отдельную сложность представляют переходные режимы. Во время запуска двигателя температура растёт очень быстро, что создаёт риск повреждения материалов. После выключения, наоборот, система долго остаётся горячей из-за остаточного тепловыделения, и это тоже приходится учитывать.

Одной из главных причин, по которым ядерная тяга десятилетиями оставалась на уровне экспериментов, остаётся её стоимость. Разработка и испытания таких двигателей обходятся значительно дороже химических аналогов, а до недавнего времени не существовало миссий, для которых выигрыш по времени был бы настолько критичен, чтобы оправдать эти затраты. Ситуация может измениться по мере того, как NASA всё серьёзнее рассматривает пилотируемые полёты к Марсу в 2030-х годах. В ряде концепций ядерные тепловые двигатели обещают сократить время перелёта примерно вдвое.

При этом даже сторонники технологии признают, что до практического применения ещё далеко. Ядерная тяга остаётся областью с большим числом нерешённых задач — от материалов и безопасности до надёжной работы в реальных условиях космоса. Исследования вроде работы Хэмпсона нужны именно для того, чтобы постепенно закрывать эти пробелы и переводить идею из теории в инженерную практику.