Атомный реактор и сверхзвуковые вертолеты: NASA готовят принципиально новую миссию на Марс

NASA планирует запуск миссии Space Reactor-1 Freedom к Марсу, которая объединит ядерную энергетику и группу автономных летательных аппаратов. Проект предполагает использование модуля от отмененной программы Lunar Gateway в качестве корпуса, оснащенного ядерным реактором и системой электродвигателей Холла.

Фото: Openverse by Kevin M. Gill, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

Марс

Работа нацелена на проверку возможности функционирования ядерных установок в глубоком космосе и использование атмосферных дронов для разведки поверхности, однако техническая реализуемость проекта в заявленные сроки остается под вопросом.

Энергетическая установка и двигатели

Основой миссии станет гибридная система питания. В качестве двигателей выбраны четыре установки на эффекте Холла мощностью по 6 кВт каждая и три аналогичных двигателя на 12 кВт. Первоначально эта система проектировалась для работы от солнечных батарей, однако в новом проекте ее планируют запитать от ядерного реактора.

Реактор будет использовать диоксид урана с уровнем обогащения до 20%. Для преобразования тепловой энергии в электрическую исследователи предлагают использовать "закрытый цикл Брайтона" — технологию, применяемую в газовых турбинах. Заявленная мощность установки составляет не менее 20 кВт.

Анализ технических параметров указывает на дисбаланс: суммарная мощность двигателей существенно превышает мощность реактора. Это объясняется тем, что двигательная система была рассчитана на более энергоемкие солнечные панели лунной станции.

"Разработка и отладка турбины закрытого цикла в сочетании с ядерным реактором за короткий срок — крайне сложная инженерная задача. На практике создание компактной и надежной системы преобразования энергии часто становится узким местом подобных проектов", — отметил астрофизик Алексей Руднев.

Вертолеты SkyFall: возможности и оснащение

Основной полезной нагрузкой миссии станут три беспилотных вертолета SkyFall, разработанных компанией AeroVironment. Эти аппараты являются развитием концепции Ingenuity, но имеют иные характеристики. Масса каждого дрона увеличилась с 1,8 до 2,5 кг, что позволило расширить набор бортовых приборов.

Особенностью конструкции стали лопасти, способные развивать сверхзвуковую скорость. В лабораторных условиях AeroVironment зафиксировала скорость вращения кончиков лопастей на уровне 1,08 Маха. Это необходимо для создания достаточной подъемной силы в разреженной атмосфере Марса.

Комплект оборудования каждого вертолета включает:

• Георадар для поиска залежей водного льда под поверхностью.
• Систему камер для навигации и съемки.
• Датчики мониторинга состояния атмосферы.
• Мощный модуль связи для передачи данных напрямую на орбитальные спутники, минуя марсоходы.

Метод доставки на поверхность

Миссия Space Reactor-1 Freedom предполагает отказ от традиционных колесных платформ. Вертолеты будут доставлены в специальной спускаемой капсуле, которая не имеет систем мягкой посадки. По достижении малой высоты капсула откроется, и дроны взлетят в режиме вертикального старта.

Сама транспортная капсула совершит жесткое приземление, после чего вертолеты используют ее поверхность как временную площадку для посадки. Такой подход упрощает конструкцию спускаемого аппарата, перенося задачу по обеспечению безопасности приземления на двигатели самих дронов.

Технические риски и ограничения

Несмотря на амбициозность, проект имеет ряд серьезных ограничений. Во-первых, возможности миниатюрного георадара ограничены глубиной проникновения радиоволн в марсианский грунт, что может затруднить поиск льда.

Во-вторых, бюджет миссии оценивается в 2,1 млрд долларов, что ниже стоимости разработки стандартного марсохода. Это вызывает вопросы о том, как агентство планирует реализовать создание ядерной установки и трех автономных летательных аппаратов в такие сжатые сроки (запуск намечен на декабрь 2028 года).

Таблица демонстрирует, что успех миссии зависит не только от работоспособности вертолетов, но и от решения критических задач в области энергетики и связи.

Проект Space Reactor-1 Freedom может изменить подход к исследованию Марса, заменив тяжелые роверы группой мобильных дронов. Однако основным барьером остается создание ядерной энергетической установки, которая должна быть готова к концу 2028 года. Подтверждение работоспособности такой системы в космосе станет главным результатом миссии, если она будет реализована в заявленный срок. Подробности проекта описаны в материале первоисточника исследования.