Радиоизотопная ракета или радиоизотопная тепловая ракета — это тип теплового ракетного двигателя , который использует тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов, для нагрева рабочей жидкости , которая затем выпускается через сопло ракеты для создания тяги . По своей природе они похожи на ядерные тепловые ракеты, такие как NERVA , но значительно проще и часто не имеют движущихся частей. В качестве альтернативы радиоизотопы могут использоваться в радиоизотопной электрической ракете , [1] в которой энергия ядерного распада используется для выработки электроэнергии, используемой для питания электрической двигательной установки .
Основная идея заключается в развитии существующих систем радиоизотопных термоэлектрических генераторов , или РИТЭГов, в которых тепло, выделяемое распадающимся ядерным топливом, используется для выработки электроэнергии. В ракетном применении генератор удаляется, а рабочее тело вместо этого используется для непосредственного создания тяги. В этой системе возможны температуры около 1500–2000 °C (2700–3600 °F), что позволяет достигать удельных импульсов около 700–800 секунд (7–8 кН·с/кг), что примерно вдвое больше, чем у лучших химических двигателей, таких как главный двигатель космического челнока LH2 - LOX .
Однако количество энергии, вырабатываемой такими системами, обычно довольно низкое. В то время как полная «активная» реакторная система в ядерной тепловой ракете может вырабатывать более гигаватта, радиоизотопный генератор может вырабатывать 5 кВт. Это означает, что конструкция, хотя и высокоэффективная, может производить уровни тяги, возможно, от 1,3 до 1,5 Н (от 0,29 до 0,34 фунт-силы), что делает их полезными только для двигателей. Чтобы увеличить мощность для миссий средней продолжительности, двигатели обычно используют топливо с коротким периодом полураспада, такое как полоний-210 , в отличие от типичного РИТЭГа, который использует топливо с длительным периодом полураспада, такое как плутоний-238, чтобы производить более постоянную мощность в течение более длительных периодов времени. [2]
Другим недостатком использования радиоизотопов в ракетах является невозможность изменения рабочей мощности. Радиоизотоп постоянно генерирует тепло, которое должно безопасно рассеиваться, когда оно не нагревает топливо. Реакторы, с другой стороны, могут быть дросселированы или выключены по желанию.
TRW поддерживала довольно активную программу разработки, известную как Poodle, с 1961 по 1965 год, и сегодня эти системы все еще часто называют двигателями Poodle . Название было игрой слов с более крупными системами, разрабатываемыми в рамках проекта Rover , который привел к NERVA. В апреле 1965 года они запустили свой испытательный двигатель в течение 65 часов при температуре около 1500 °C (2700 °F), выдав удельный импульс от 650 до 700 секунд (от 6,5 до 7 кН·с/кг).
Даже без выхлопа фотонное давление энергии, испускаемой тепловым источником, может создавать тягу, хотя и крайне малую. Известным примером тяги космического корабля из-за фотонного давления была аномалия Pioneer , в которой фотоны из бортового радиоизотопного источника вызывали маленькое, но измеримое ускорение космического корабля Pioneer.
Аналогичное явление наблюдалось на космическом аппарате New Horizons ; фотоны (тепловое инфракрасное излучение) от РТГ, отраженные от антенны космического аппарата, создавали очень небольшую тягу, которая слегка отклоняла космический аппарат от курса. [3]