Европа продвигает исследования ядерной энергетики в космосе, нацеливаясь на миссии к Луне и Марсу

Европейское космическое агентство (ESA) ускоряет оценку применения ядерной энергии в миссиях дальнего космоса, уделяя особое внимание использованию малых ядерных реакторов для электропитания электроракетных двигательных систем космических аппаратов, а также обеспечению стабильной энергией будущих стационарных объектов на поверхности Луны и последующих миссий на Марс.

Существующие космические миссии в основном полагаются на химическое топливо и солнечные батареи. Первые ограничены запасом пропеллента на борту, а эффективность вторых снижается по мере удаления космического аппарата от Солнца. Европейское космическое агентство считает, что ядерные энергетические системы способны восполнить недостатки обоих подходов, особенно в условиях длительной эксплуатации на лунной поверхности и более дальних исследований дальнего космоса.

В прошлом году ESA завершило исследование ядерной тепловой тяги. В марте этого года агентство также опубликовало результаты исследований в области ядерной электроракетной двигательной установки; летом этого года ESA объявило о подготовке к созданию европейской автономной цепочки поставок плутония-238. Плутоний-238 может использоваться для электроснабжения зондов и космических аппаратов, работающих вдали от Солнца в течение длительного времени.

Ранние исследовательские концепции были предложены при участии ArianeGroup и Framatome Space и основывались на использовании ядерного реактора деления для нагрева водорода с последующим его высокоскоростным истечением через сопло для создания тяги. Такие ядерные тепловые двигательные системы теоретически могут повысить эффективность космических аппаратов или ракет, сократить текущее время полета к Марсу (около девяти месяцев) и увеличить полезную нагрузку космических аппаратов.

В последнее время ESA расширило сферу исследований, включив в нее концепцию ядерной электроракетной двигательной установки под названием “RocketRoll”. Эта концепция предполагает использование малого ядерного реактора для выработки электроэнергии с целью питания электроракетных двигателей. Соответствующие исследования показывают, что такие системы могут обеспечивать стабильное электроснабжение в течение длительного времени, предоставляя космическим аппаратам более высокую эффективность, больший срок службы и повышенную грузоподъемность.

В европейскую команду, участвующую в этой программе, входят несколько консорциумов под руководством бельгийской компании Tractebel, французского Национального центра научных исследований (CNRS) и чешской компании OHB Czech Space. Сфера исследований охватывает ядерные источники питания малой мощности (сотни киловатт) до ядерных источников питания мегаваттного класса. ESA отмечает, что 100 кВт рассматривается как минимальный порог практической значимости концепции ядерной электроракетной двигательной установки, поскольку при более низкой мощности солнечные системы все еще могут иметь преимущество в эффективности.

Помимо двигательных установок космических аппаратов, ядерная энергия также рассматривается как важный вариант энергоснабжения будущих лунных баз. Лунная ночь длится около 14 земных суток, и в этот период солнечные батареи не могут вырабатывать электроэнергию. Для создания долговременных лунных объектов необходимо полагаться на крупномасштабные накопители энергии или использовать независимые источники питания, такие как ядерные реакторы. ESA считает, что малые ядерные реакторы могут обеспечивать непрерывное электроснабжение систем связи, лунных транспортных средств, роботов, научного оборудования и жилых зон, снижая зависимость от крупных аккумуляторных батарей и солнечных панелей.

Вопросы безопасности являются ключевой проблемой применения ядерной энергетики в космосе. ESA изучает соответствующие конструкции реакторов, ставя целью поддержание реактора в неактивном состоянии на этапе запуска и его активацию только после выхода на безопасную орбиту, чтобы снизить риск утечки ядерного топлива в случае аварии при запуске.

В области поставок ядерного топлива Европа продвигает проект под названием “Endure”. Этот проект возглавляется компанией Tractebel и поддерживается Бельгийским ядерным исследовательским центром (SCK CEN), его цель — создание автономной цепочки поставок плутония-238 для космических миссий. Плутоний-238 обычно не используется в традиционных ядерных реакторах, но может применяться в радиоизотопных источниках питания, которые образно называют “ядерными батареями”, и подходит для электроснабжения аппаратов дальнего космоса, работающих в зонах с недостаточным солнечным освещением.

Соответствующие исследования показывают, что Европа обладает базой для развития этой цепочки поставок, включая такие сырьевые материалы, как нептуний-237, исследовательские реакторные установки, а также технологический задел Бельгии, Франции и других стран. ESA создало специализированную группу для продолжения исследований в области космической ядерной энергетики и соответствующей системы поставок топлива.