Полет космического аппарата с двигателем DRACO в представлении художника из DARPA
Агентство перспективных разработок DARPA продолжает поиски технологий, позволяющих повысить живучесть и устойчивость военной орбитальной группировки. Наиболее смелое предложение в этой области предусматривает создание ядерной двигательной установки DRACO для спутников, при помощи которой они смогут маневрировать и уходить из-под удара. Такая концепция выглядит весьма интересно, однако имеет как преимущества, так и недостатки.
Перспективная разработка
Новую программу DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations – «Демонстрационная ракета для гибких операций в межлунном пространстве») запустили около года назад. Были составлены общие планы по проведению тех или иных работ, а также определены ключевые требования и технологии проекта. Кроме того, начался поиск исполнителей.
В сентябре 2020 г. DARPA подписало соглашение с компанией Gryphon Technologies. В течение нескольких следующих лет она должна будет оказывать научную и технологическую поддержку разработчикам двигателя DRACO. Стоимость заключенного контракта достигла 14 млн долл.
В апреле этого года стали известны планы на ближайшее будущее; также были заключены новые соглашения с исполнителями работ. В ближайшие 18 месяцев предполагается выполнить проектные работы, разделенные на два направления – Track A и Track B. Целью «Трека А» является разработка нового ядерного ракетного двигателя. В рамках параллельного проекта «B» проработают облик «операционного» космического аппарата под такой двигатель (Operational System – OS), а также создадут демонстратор технологий (Demonstration System – DS).
Исполнителем проекта Track A назначена компания General Atomics; ей будет помогать Gryphon Technologies, ранее привлеченная к программе. Разработку космических аппаратов поручили компаниям Lockheed Martin и Blue Origin. Все участники программы будут постоянно взаимодействовать друг с другом и обмениваться технической и иной информацией.
В июне к DRACO присоединилась еще одна компания – Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из состава Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC). Ее задачей станет помощь с разработкой обоих «треков» в контексте безопасности двигательной установки и сопутствующих систем.
Таким образом, определен окончательный список участников программы и начаты реальные исследовательские и конструкторские работы. На них планируют потратить несколько лет и сотни миллионов долларов. Первый полет демонстратора DS с двигателем DRACO запланирован на 2025 г. Как сообщалось ранее, ракета-носитель с химическим двигателем выведет DS на орбиту, где и пройдет проверка двигательной установки. Как скоро новые технологии удастся довести до стадии OS и внедрения на практике, неизвестно.
Новые принципы
Целью программы DRACO является создание ядерной двигательной установки типа NTP (Nuclear Thermal Propulsion). Архитектура и принцип работы такого двигателя хорошо известен, однако DARPA пока не публиковало техническое задание и точные характеристики будущего изделия.
Возможный облик космического аппарата с двигателем типа NTP. Графика Popularmechanics.com
Ключевым элементом двигателя NTP / DRACO является ядерный реактор требуемой мощности. Как сообщается, реактор будет использовать уран с уровнем обогащения в пределах 5-20 проц. (т.н. HALEU – High Assay Low Enriched Uranium). Тепло от реактора будет использоваться для нагрева рабочего тела, которым станет сжиженный водород или иное вещество. Жидкое вещество будет испаряться, получать дополнительную энергию и истекать через сопло с высокой скоростью, обеспечивающей необходимую тягу.
По расчетам, двигатель NTP, использующий водород, по общим характеристикам и возможностям будет примерно вдвое эффективнее и экономичнее химического. Это даст известные выгоды при разработке и эксплуатации космических кораблей. В частности, можно будет уменьшать баки для водородного «топлива» и сокращать общую массу корабля.
Главной целью проекта DRACO является повышение безопасности космических аппаратов военного назначения на низких орбитах. Развитые страны, рассматриваемые в качестве вероятных противников США, имеют или разрабатывают противоспутниковое вооружении. Соответственно, в ходе полномасштабного конфликта орбитальная группировка Пентагона рискует быстро потерять, как минимум, часть техники и возможностей.
Главным результатом проекта DRACO должна стать универсальная ядерная двигательная установка, пригодная для монтажа на космические аппараты различного назначения. С ее помощью предлагается выводить спутники из-под удара противоспутниковых ракет или аппаратов-перехватчиков.
Принцип такой защиты достаточно прост. При обнаружении атаки ядерный двигатель должен будет быстро перевести аппарат на другую орбиту, в т.ч. более высокую, за пределами досягаемости оружия противника. После исчезновения угрозы DRACO сможет вернуть аппарат на прежнюю орбиту. Высокая экономичность по ядерному топливу и рабочему телу позволит совершать такие маневры неоднократно.
Потенциал проекта
На уровне ключевых идей и концепций программа DRACO выглядит достаточно интересной и многообещающей. В то же время, очевидно, что разработка всех необходимых компонентов будет связана с серьезными трудностями и окажется достаточно дорогой. Удастся ли преодолеть все ожидаемые и внезапные сложности и выполнить все планы – покажет время.
Идея о применении экономичной двигательной установки для вывода спутника из-под удара имеет высокий потенциал и представляет большой интерес. Существующие и перспективные противоспутниковые ракеты и аппараты-перехватчики предназначаются для поражения орбитальных целей на известной траектории, которая позволяет рассчитать точку упреждения.
Внезапное изменение параметров орбиты цели, как минимум, снизит эффективность такого оружия. Противнику придется запускать новые средства перехвата, успешное применение которых тоже не гарантировано. Также DRACO сможет поднимать спутник выше рубежа перехвата – это сделает любые ракеты и боевые космические аппараты бесполезными.
Один из последних спутников GPS на стадии сборки. В будущем такие аппараты могут получить двигатель DRACO. Фото Lockheed Martin
Впрочем, получение таких возможностей связано с целым рядом трудностей разного рода. В первую очередь, следует учитывать, что двигатели типа NTP, пригодные для интеграции в ракетно-космическую технику, пока существуют только на теоретическом уровне. Компаниям General Atomics, Gryphon Tech., USNC-Tech и др. только предстоит найти все необходимые технологии и создать полноценный работающий двигатель.
Следует отметить, что DARPA проявляет определенный оптимизм и планирует провести первый орбитальный полет OS / DRACO уже в 2025 г. Это может указывать на проведение и успешное завершение части научно-исследовательских работ. По их результатам начнется разработка полноценного проекта. При всей сложности поставленных задач, у участников программы все еще остается достаточно времени до указанных сроков.
Программа DRACO, как и множество других многообещающих проектов, может столкнуться с проблемами финансового характера. Точная стоимость разработки принципиально нового двигателя и сопутствующих изделий еще не определена, хотя уже ясно, что речь идет о сотнях миллионов или миллиардах долларов. Высокая стоимость в сочетании со сложностью и техническими рисками может стать поводом для самой жесткой критики или даже для закрытия проекта.
Успешное завершение разработки и проведение испытаний DS и OS с изделием DRACO тоже не гарантирует полный успех. Перспективная ядерная установка разрабатывается для использования на космических аппаратах. Сколько будут стоить серийные двигатели и как они повлияют на стоимость обновления орбитальной группировки – большой вопрос.
В отдаленном будущем наработки по DRACO могут найти применение в разных сферах ракетно-космической отрасли, где требуются компактные и экономичные двигательные установки. Однако подобные перспективы целого направления прямо зависят от результатов нынешнего проекта. Если оно не устроит военных и конгрессменов, не стоит удивляться, что гражданская космонавтика тоже откажется от ядерных двигателей.
С неопределенным будущим
Как и полагается организации перспективных разработок в оборонной сфере, агентство DARPA вновь пытается создать полноценный ядерный ракетный двигатель, причем для решения конкретных задач и с прицелом на применение в реальных проектах. Предлагаемые идеи представляют большой интерес и новый проект действительно способен создать большой задел на будущее, когда противоспутниковое оружие станет реальной и серьезной угрозой.
Однако успешное завершение программы DRACO пока остается под вопросом. Перед ней стоят весьма сложные задачи, решение которых вряд ли будет быстрым, недорогим и простым с точки зрения науки и техники. Соответственно, программа рискует столкнуться с задержками, недостатком финансирования и другими проблемами. Удастся ли соблюсти все сроки, уложиться в смету и создать технику с требуемыми характеристиками – станет ясно в течение нескольких следующих лет.
Источник: topwar.ru
