США планируют запустить космический аппарат с ядерной энергодвигательной установкой на основе деления для облёта Марса в конце 2028 года

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) продвигает миссию «Космический реактор-1 «Свобода»» (Space Reactor-1 Freedom, SR-1 Freedom), целью которой является запуск космического аппарата с ядерной энергодвигательной установкой на основе деления в конце 2028 года для проверки технологии ядерной электроракетной тяги в дальнем космосе. Согласно имеющимся материалам миссии, планируется, что аппарат совершит облёт Марса в 2029 году и развернёт полезную нагрузку «Небесное падение» (SkyFall).

SR-1 «Свобода» не является термоядерным кораблём и не предназначен для пилотируемых полётов на Марс. Его ключевой эксперимент заключается в совместной работе компактной уран-делящейся реакторной установки, системы преобразования энергии и холловских двигателей за пределами околоземной орбиты для накопления инженерных данных для будущих более мощных миссий в дальний космос.

Ожидаемая масса аппарата составляет около 12 тонн, в качестве топлива реактора используется высокопробный низкообогащённый уран (HALEU), расчётная электрическая мощность — около 20 киловатт. Тепло, вырабатываемое реактором, будет преобразовываться в электроэнергию с помощью замкнутой системы на основе цикла Брайтона, которая затем будет питать электроракетную двигательную установку. В отличие от наземных атомных электростанций, космический аппарат не может полагаться на отвод тепла большим количеством воды, поэтому избыточное тепло должно рассеиваться радиационными панелями в условиях вакуума.

Исследовательский центр Гленна NASA (Glenn Research Center) участвует в продвижении этого проекта. Команда проекта планирует повторно использовать часть элементов энергодвигательной установки, изначально разработанных для лунной орбитальной станции «Ворота» (Gateway), а также опираться на технологическую базу, накопленную в ходе предыдущих экспериментов, таких как «Киловаттный реактор» (Kilopower). Представители проекта отмечают, что ядерная энергетическая система не зависит от солнечного света и может обеспечивать аппарат электроэнергией в дальнем космосе вдали от Солнца, что является преимуществом, которое трудно заменить солнечными батареями.

Согласно концепции миссии, реактор SR-1 «Свобода» будет запущен после вывода аппарата на отлётную от Земли орбиту с помощью химической ракеты. Согласно материалам, реактор не будет работать на стартовой площадке или на этапе подъёма ракеты; ожидается, что он будет запущен в течение примерно 48 часов после покидания Земли. Такая схема способствует снижению ядерных рисков на этапе запуска, однако топливо, органы управления и конструкция реактора всё равно должны пройти оценку безопасности при вибрационных нагрузках при запуске, в сценариях прерывания миссии и экстремальных авариях.

Полезная нагрузка миссии «Небесное падение» планирует включать три небольших винтокрылых летательных аппарата, разработанных на основе технологий марсианского вертолёта «Изобретательность» (Ingenuity). Эти вертолёты будут использоваться для воздушной разведки поверхности Марса и будут оснащены камерами, георадарами и метеорологическими измерительными приборами. Задачи включают картографирование местности, обследование потенциальных районов разведки и поиск признаков подземного водяного льда.

NASA ранее использовало радиоизотопные источники питания для энергоснабжения таких аппаратов, как «Вояджер», «Новые горизонты», «Кьюриосити» и «Персеверанс», однако такие устройства полагаются на естественный распад плутония-238 для выработки тепла и не связаны с управляемой цепной реакцией деления. США также выводили на околоземную орбиту делящийся реактор SNAP-10A в 1965 году. Значение SR-1 «Свобода» заключается в том, что он предполагает использование работающего делящегося реактора для энергоснабжения межпланетного полёта за пределами околоземной орбиты.

В настоящее время конец 2028 года остаётся целевым сроком миссии и не означает, что космический аппарат, ракета-носитель и разрешения на ядерный запуск уже полностью готовы. SR-1 «Свобода» ещё предстоит пройти системную интеграцию, проверку реактора и системы преобразования энергии, подтверждение конструкции терморегулирования и радиационной защиты, проверку безопасности запуска, а также разработку полезной нагрузки. В случае задержек на ключевых этапах миссии, возможно, придётся ждать следующего подходящего окна запуска к Марсу.