2020-05-12
57
Оценим, какие космические миссии возможны для ракеты с ядерным фотонным двигателем. Известно, что для полета к ближайшей звезде, находящейся от Солнца на расстоянии ~4.2 световых года, за время жизни одного поколения людей необходимо обеспечить ракете скорость 
~0.1 с. Тогда из (7) следует: 
1-exp(-103). При "сухой" (без топлива) массе аппарата 
=10 тонн это потребует ~1045 тонн ядерного горючего. Таким образом, предлагаемый способ полета на ракете с ЯФД к ближайшей звезде за время ~50 лет в принципе невозможен! Аналогичные оценки показывают, что для достижения скорости ~0.01 с потребуется ~300000 тонн горючего, что также нереально для современного уровня развития ядерных технологий. Для достижения скоростей 1000 и 300 км/сек (0.0033 с и 0.001 с) потребуется ~300 и 18 тонн ядерного горючего, соответственно. Последние цифры представляются уже вполне разумными с современной технической точки зрения. Отметим, что при скоростях КА ~100-200 а.е./год возможно достижение космических объектов находящихся от Солнца на расстоянии ~1000-5000а.е., так как время полета до них составляет ~20-50 лет.
Как видно из формулы (6) 
зависит от трех параметров 
, 
и 
. Выполним расчет нескольких космических миссий, которые заключаются в полете КА на расстояния 100, 1000 и 5000 астрономических единиц соответственно.
На рис. 2 приведены зависимости 
, построенные для различных значений удельной мощности реактора и при значении параметра =0.9. Отметим, что в расчетах пренебрегалось начальной скоростью, которую необходимо сообщить космическому аппарату, чтобы он мог покинуть пределы солнечной системы. Технически операция по разгону КА до начальной скорости (~16 км/сек) может быть осуществлена с использованием двигательной установки на традиционном химическом топливе. Оценки показывают, что данное допущение вносит малую поправку к выполненным расчетам, которой можно пренебречь на стадии концептуальных исследований.
Расчеты показывают, что при значениях a=10-1 кг/кВт и g=0.5 можно долететь до пояса Купера (расстояние от Солнца ~50-100 а.е.) за времена ~20-25 лет. При стартовой массе КА в 
тонн и мощности энергоустановки 
=100 МВт тепловых (реактор класса SNRE [3]) потребуется ~5 тонн ядерного горючего. Полет на расстояние ~1000 а.е. в течении 25 лет возможен при использовании установок с массогабаритными характеристиками a=10-2 кг/кВт и g=0.8. Таким требованиям удовлетворяет, например, ракета с начальной массой в 20 тонн (16 тонн ядерного горючего) с ядерной энергетической установкой мощностью 2000 МВт. Отметим, что такие параметры близки к параметрам ядерной установки на основе реактора NERVA [3]. Еще более далекие космические миссии потребуют использования установок с более жесткими массогабаритными характеристиками (a=5×10-3 кг/кВт и g=0.9). При этом полеты на расстояния ~5000-10000 а.е. могут быть осуществлены за времена ~50-80 лет.
L, а.е.
 =0.5 t,год
| L,а.е.
=0.9 t,год
|
| Рис. 2. Расчеты зависимости | |
