«Свобода» за пределами Земли: ядерный рывок NASA к Марсу, который может изменить всё

На этой неделе администратор NASA Джаред Айзекман объявил, что агентство приступит к разработке «первого ядерного межпланетного космического корабля», запуск которого запланирован на 2028 год к Марсу.

Амбиции миссии, получившей название «Космический реактор-1 (SR1) Свобода» (Space Reactor-1 Freedom), выходят далеко за рамки заявленной цели достижения Марса. В случае успеха она станет кульминацией более чем 60-летних экспериментов и неудачных проектов в области ядерной двигательной установки и сможет потенциально преобразить межпланетные путешествия.

Корабль будет оснащен ядерной электрической двигательной установкой (ЯЭДУ), которая, по словам NASA, «обеспечивает исключительные возможности для эффективной транспортировки грузов в дальнем космосе». Но что представляет собой эта форма космического двигателя и чем она отличается от более ранних миссий, использовавших ядерную энергию иначе?

Разница в подходах: RTG против ЯЭДУ

Идея ядерного космического корабля вызывает в воображении такие концепции, как «Проект Орион» (Project Orion), разработанный в 1950-х годах, который предполагал движение корабля за счет ударной волны от серии ядерных взрывов позади него. Другой проект, «Дедал» (Project Daedalus) от Британского межпланетного общества 1970-х, предлагал использовать двигатели на основе термоядерного синтеза.

Концепция NASA SR-1 Freedom будет использовать ядерный реактор деления — уменьшенную версию тех атомных станций, что питают города на Земле, — для выработки электричества, которое будет питать ионный двигатель.

Однако NASA использует в космосе другую форму ядерной энергии уже десятилетиями: радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ). В чем разница между РИТЭГ и ядерной электрической тягой, которая будет установлена на SR-1 Freedom?

Энергия распада

РИТЭГ производят энергию, используя тепло, выделяемое при радиоактивном распаде плутония-238, период полураспада которого составляет почти 88 лет. Это позволяет таким генераторам питать космические аппараты десятилетиями при необходимости.

NASA использует ядерную энергию в космосе практически с самого начала космической эры. В 1960-х годах агентство финансировало проект SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power). Первым полетел SNAP-3 в 1961 году с РИТЭГ на борту, который выдавал скромные 2,5 ватта электроэнергии.

С тех пор РИТЭГ устанавливали на «Пионеры» и «Вояджеры», «Новые горизонты», марсианские аппараты «Викинг», а также на марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс». Необходимость в них стала очевидной после работы марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити», которые, будучи полностью солнечными, теряли мощность из-за пыли, покрывавшей их панели.

Ядерная электрическая тяга

Другое достижение, уходящее корнями в 1960-е, — это электрическая тяга, более известная как ионный двигатель. Он работает путем ионизации газа-носителя (например, ксенона или криптона) и ускорения этих ионов через сопло для создания тяги. Эта тяга невелика — менее 0,5 кг (менее одного фунта), но она работает постоянно, разгоняя корабль до скоростей около 320 000 км/ч, в то время как обычный химический двигатель давно израсходовал бы топливо.

Внутри Солнечной системы ионы ионизируются электричеством от солнечных панелей — это солнечная электрическая тяга (SEP). Но замена солнечных панелей на ядерный реактор дает два преимущества: во-первых, это позволяет использовать ионные двигатели в дальнем космосе, где солнечного света мало; во-вторых, это вырабатывает в 10–100 раз больше мощности, чем SEP, увеличивая тягу и массу полезной нагрузки.

Для работы ЯЭДУ требуется именно реактор деления, а не РИТЭГ. Тепло реактора превращается в электричество, которое затем ионизирует газ для ионного двигателя. 20-киловаттный реактор SR-1 Freedom будет расположен на длинной ферме, чтобы минимизировать радиационное воздействие на остальную часть корабля.

Ядерные риски и наследие

Безопасность, безусловно, имеет первостепенное значение при отправке ядерных материалов в космос. В 1997 году запуск миссии «Кассини-Гюйгенс» сопровождался протестами: на ее борту находились три РИТЭГ с 33 кг плутония-238. Исследование воздействия на окружающую среду показало ненулевую вероятность аварии при запуске или пролете сквозь атмосферу, которая могла бы привести к распространению радиоактивных материалов. Однако запуск прошел успешно, как и все последующие миссии с РИТЭГ.

Для защиты радиоактивных материалов используются сверхпрочные графитовые блоки, слой иридия и аэродинамический экран. Но помимо риска аварии, существует и этическая проблема: ядерное деление — это токсичный процесс, создающий радиоактивные отходы. Отправляя такие реакторы в космос, мы потенциально создаем «пакеты» с отходами, которые могут представлять опасность для будущих астронавтов или гипотетических биосфер других планет в случае падения.

История вопроса: не первая попытка

Это не первая попытка NASA использовать ядерную электрическую тягу. В 1965 году агентство запустило миссию SNAP-10A — первый и пока единственный успешно развернутый ядерный реактор в космосе. Он проработал 43 дня, прежде чем вышел из строя. За последующие 60 лет было много попыток, но ни одна не увенчалась успехом.

Недавний проект NASA — DRACO (Демонстрационный ракетный двигатель для гибких операций в окололунном пространстве) — был приостановлен в январе 2025 года из-за технических и регуляторных проблем, а к лету его полностью исключили из проекта федерального бюджета на 2026 год. В DARPA (Агентство перспективных оборонных разработок) заявили, что затраты больше не оправдывают выгоды на фоне снижения стоимости обычных запусков.

Путь к 2028 году

И вот сейчас, спустя десятилетия неудач, NASA вновь делает ставку на ядерную энергетику в космосе. Амбиции проекта SR-1 Freedom впечатляют, но график вызывает вопросы. С учетом того, что последняя успешная демонстрация ядерного реактора в космосе состоялась в 1965 году, а программа DRACO была свернута всего несколько месяцев назад, запуск в 2028 году выглядит невероятно оптимистичным.

Тем не менее, решение NASA обосновано. Если химические двигатели достигли предела своих возможностей, а солнечная энергия бесполезна за поясом астероидов, то ядерная электрическая тяга остается единственным реальным путем для отправки тяжелых грузов и пилотируемых экспедиций к Марсу.

Успех SR-1 Freedom станет моментом смены парадигмы. Впервые за 60 лет мы сможем отказаться от логистики «связанных топливных баков», где 90% массы корабля приходится на горючее. Ядерный реактор обеспечит постоянное, пусть и слабое, ускорение, сокращая время перелета к Марсу с 8-9 месяцев до потенциально 2-3, а главное — позволяя брать с собой достаточно защиты от радиации и оборудования для выживания.

Если же NASA вновь столкнется с бюрократическими препятствиями, техническими сбоями или проблемами с финансированием (как это случилось с DRACO), «Свобода» может так и остаться символом несбывшихся надежд. Но ставки слишком высоки. В гонке за Марс, где частные компании демонстрируют быстрые, но химические решения, именно ядерная тяга — это тот «дикий джокер», который может сохранить за государственными агентствами роль первопроходцев дальнего космоса.

Остается надеяться, что более чем шестидесятилетний опыт неудач станет для NASA не проклятием, а прочным фундаментом. Если реактор SR-1 Freedom заработает в космосе так, как задумано, это откроет эру, в которой человечество сможет говорить не просто о полетах к планетам, а о настоящей транспортной системе Солнечной системы.