Ядерный двигатель для ракетных транспортных средств ( NERVA ; / ˈ n ɜːr v ə / ) была программой разработки ядерного теплового ракетного двигателя, которая длилась около двух десятилетий. Ее главной целью было «создать технологическую базу для систем ядерных ракетных двигателей , которые будут использоваться при проектировании и разработке двигательных установок для применения в космических миссиях». [2] Это было совместное усилие Комиссии по атомной энергии (AEC) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), и управлялось Управлением по ядерному движению в космосе (SNPO) до окончания программы в январе 1973 года. SNPO возглавляли Гарольд Фингер из NASA и Милтон Кляйн из AEC .
NERVA берет свое начало в Project Rover , исследовательском проекте AEC в Лос-Аламосской научной лаборатории (LASL) с первоначальной целью создания ядерной верхней ступени для межконтинентальных баллистических ракет ВВС США . Ядерные тепловые ракетные двигатели обещали быть более эффективными, чем химические. После образования NASA в 1958 году проект Rover был продолжен как гражданский проект и был переориентирован на производство ядерной верхней ступени для лунной ракеты NASA Saturn V. Реакторы испытывались на очень низкой мощности перед отправкой в Jackass Flats на испытательном полигоне в Неваде . В то время как LASL сосредоточилась на разработке реакторов, NASA построило и испытало полные ракетные двигатели.
AEC, SNPO и NASA посчитали NERVA весьма успешной программой, поскольку она достигла или превзошла свои программные цели. Она продемонстрировала, что ядерные тепловые ракетные двигатели являются осуществимым и надежным инструментом для исследования космоса , и в конце 1968 года SNPO посчитало, что последний двигатель NERVA, XE, соответствует требованиям для пилотируемой миссии на Марс . Программа имела сильную политическую поддержку со стороны сенаторов Клинтона П. Андерсона и Маргарет Чейз Смит, но была отменена президентом Ричардом Никсоном в 1973 году. Хотя двигатели NERVA были построены и испытаны, насколько это было возможно, с сертифицированными для полетов компонентами, и двигатель считался готовым к интеграции в космический корабль, они никогда не летали в космос.
Во время Второй мировой войны некоторые учёные из лаборатории Манхэттенского проекта в Лос-Аламосе , где были разработаны первые атомные бомбы , включая Стэна Улама , Фредерика Рейнеса и Фредерика де Хоффмана , размышляли о разработке ядерных ракет. В 1946 году Улам и К. Дж. Эверетт написали статью, в которой они рассматривали использование атомных бомб в качестве средства ракетного движения. Это стало основой для проекта «Орион» . [3] [4]
Публичное раскрытие атомной энергии в конце войны породило много спекуляций, и в Соединенном Королевстве Вэл Кливер , главный инженер ракетного подразделения в De Havilland , и Лесли Шеперд , ядерный физик из Кембриджского университета , независимо друг от друга рассматривали проблему ядерного ракетного движения. Они стали соавторами, и в серии статей, опубликованных в Journal of the British Interplanetary Society в 1948 и 1949 годах, они изложили проект ядерной ракеты с твердотельным графитовым теплообменником . Они неохотно пришли к выводу, что, хотя ядерные тепловые ракеты необходимы для исследования дальнего космоса, они пока не были технически осуществимы. [5] [6]
В 1953 году Роберт В. Буссард , физик, работавший над проектом « Ядерная энергия для движения самолетов » (NEPA) в Национальной лаборатории Оук-Ридж, написал подробное исследование «Ядерная энергия для движения ракет». Он прочитал работу Кливера и Шепарда [7] , китайского физика Сюэ-Шен Цяня [ 8] и отчет инженеров из Consolidated Vultee от февраля 1952 года [9] . Исследование Буссарда поначалу не имело большого влияния, поскольку было напечатано всего 29 экземпляров, и оно было классифицировано как Restricted Data , и, следовательно, могло быть прочитано только тем, кто имел необходимый допуск к секретной информации. [10] В декабре 1953 года оно было опубликовано в журнале Oak Ridge's Journal of Reactor Science and Technology . Статья все еще была засекречена, как и журнал, но это дало ей более широкое распространение. [7] Дэрол Фроман , заместитель директора Лос-Аламосской научной лаборатории (LASL), и Герберт Йорк , директор Радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Ливерморе , заинтересовались и создали комитеты для исследования ядерного ракетного движения. Фроман пригласил Буссарда в LASL для оказания помощи в течение одной недели в месяц. [11]
Исследование Бассарда также привлекло внимание Джона фон Неймана , который сформировал специальный комитет по ядерному движению ракет. Марк Миллс , помощник директора в Ливерморе, был его председателем, а другими его членами были Норрис Брэдбери из LASL; Эдвард Теллер и Герберт Йорк из Ливермора; Эйб Сильверстайн , заместитель директора Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) Льюисской летной двигательной лаборатории , федерального агентства, которое проводило авиационные исследования; и Аллен Ф. Донован из Ramo-Wooldridge , аэрокосмической корпорации. [11] Выслушав мнения по нескольким проектам, комитет Миллса рекомендовал в марте 1955 года продолжить разработку с целью создания ядерной ракеты-носителя для межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Йорк создал новое подразделение в Ливерморе, а Брэдбери создал новое подразделение под названием N Division в LASL под руководством Рэмера Шрайбера , чтобы продолжить ее. [12] В марте 1956 года Проект специального оружия вооруженных сил (AFSWP), агентство, ответственное за управление национальным запасом ядерного оружия, рекомендовало выделить 100 миллионов долларов на проект ядерного ракетного двигателя в течение трех лет для двух лабораторий с целью проведения технико-экономических обоснований и строительства испытательных установок. [13]
Эгер В. Мерфри и Герберт Лопер из Комиссии по атомной энергии (AEC) были более осторожны. Программа ракеты Atlas продвигалась успешно, и в случае успеха она имела бы достаточную дальность, чтобы поражать цели на большей части территории Советского Союза . В то же время ядерные боеголовки становились меньше, легче и мощнее. Поэтому аргументы в пользу новой технологии, которая обещала более тяжелую полезную нагрузку на большие расстояния, казались слабыми. Однако ядерная ракета приобрела политического покровителя в лице сенатора Клинтона П. Андерсона из Нью-Мексико (где находился LASL). Заместитель председателя Объединенного комитета Конгресса США по атомной энергии (JCAE), Андерсон был близок к фон Нейману, Брэдбери и Уламу. Ему удалось обеспечить финансирование в январе 1957 года. [13]
Все работы по ядерной ракете были объединены в LASL, где им было присвоено кодовое название Project Rover ; [13] Ливермору была поручена разработка ядерного прямоточного воздушно-реактивного двигателя , который получил кодовое название Project Pluto . [14] Проектом Rover руководил действующий офицер ВВС США (USAF), прикомандированный к AEC, подполковник Гарольд Р. Шмидт. Он подчинялся другому прикомандированному офицеру ВВС США, полковнику Джеку Л. Армстронгу, который также отвечал за проекты Pluto и Systems for Nuclear Auxiliary Power (SNAP). [15]
Ракетные двигатели создают тягу , ускоряя рабочую массу в направлении, противоположном желаемой траектории. В обычных конструкциях это достигается путем нагрева жидкости и ее выхода через сопло ракеты . Энергия, необходимая для производства тепла, обеспечивается химической реакцией в топливе, которое может быть смешано вместе, как в случае большинства твердотопливных ракет , или в отдельных баках, как в большинстве жидкотопливных ракет . [16] Выбор используемого топлива является сложной задачей, которая должна учитывать энергию реакции, массу топлива, массу полученной рабочей жидкости и другие практические соображения, такие как плотность и ее способность легко перекачиваться. [17]
Ядерные ракетные двигатели используют ядерный реактор для обеспечения энергии для нагрева топлива вместо химической реакции. Поскольку ядерные реакции намного мощнее химических, большой объем химикатов можно заменить небольшим реактором. Поскольку источник тепла не зависит от рабочей массы, рабочее тело можно выбрать для максимальной производительности для данной задачи, а не для его базовой энергии реакции. Из-за своей низкой молекулярной массы обычно используется водород . Такое сочетание характеристик позволяет ядерному двигателю превосходить химический; они, как правило, стремятся иметь как минимум в два раза больший удельный импульс химического двигателя. [18]
В общем виде ядерный двигатель похож на жидкостный химический двигатель. Оба держат рабочую массу в большом баке и перекачивают ее в реакционную камеру с помощью турбонасоса . Разница в первую очередь в том, что реакционная камера, как правило, больше, чем размер реактора. Усложняющие факторы были сразу очевидны. Во-первых, нужно было найти способ управления температурой реактора и выходной мощностью. Во-вторых, нужно было придумать способ удержания топлива. Единственным практическим способом хранения водорода была жидкая форма, а для этого требовались температуры ниже 20 К (−253,2 °C ). В-третьих, водород должен был нагреваться до температуры около 2500 К (2230 °C), и требовались материалы, которые могли бы выдерживать такие температуры и противостоять коррозии под воздействием водорода. [19]
В качестве топлива рассматривались плутоний-239 , уран-235 и уран-233 . Плутоний был отвергнут, поскольку он легко образует соединения и не может достигать таких высоких температур, как уран. Уран-233 немного легче урана-235, в среднем выделяет большее количество нейтронов на одно деление и имеет более высокую вероятность деления, но его радиоактивные свойства затрудняют обращение с ним, и он не был легкодоступен. Поэтому был выбран уран-235. [20] [21]
Для конструкционных материалов в реакторе выбор свелся к графиту или металлу. [20] Из металлов вольфрам оказался фаворитом, но он был дорогим, сложным в изготовлении и имел нежелательные нейтронные свойства. Чтобы обойти его нейтронные свойства, было предложено использовать вольфрам-184 , который не поглощает нейтроны. [22] С другой стороны, графит был дешевым, фактически становится прочнее при температурах до 3300 К (3030 °C) и возгоняется , а не плавится при 3900 К (3630 °C). Поэтому был выбран графит. [23]
Для управления реактором ядро было окружено барабанами управления , покрытыми графитом или бериллием (замедлителем нейтронов) с одной стороны и бором ( нейтронным ядом ) с другой. Выходную мощность реактора можно было контролировать, вращая барабаны. [24] Для увеличения тяги достаточно увеличить поток топлива. Водород, будь то в чистом виде или в составе, таком как аммиак , является эффективным ядерным замедлителем, и увеличение потока также увеличивает скорость реакций в ядре. Эта повышенная скорость реакции компенсирует охлаждение, обеспечиваемое водородом. Более того, по мере нагревания водорода он расширяется, поэтому в ядре остается меньше места для отвода тепла, и температура выравнивается. Эти противоположные эффекты стабилизируют реактивность, и ядерный ракетный двигатель, следовательно, естественно, очень стабилен, а тяга легко контролируется путем изменения потока водорода без изменения барабанов управления. [25]
NERVA включала радиационный экран для защиты персонала и внешних компонентов от интенсивного нейтронного и фотонного излучения, которое он испускал. Эффективный легкий материал экрана был разработан компанией Aerojet Nuclear Systems из смеси карбида бора ( B
4C ), гидрид алюминия и титана ( TiH
2), известный как BATH по названию его компонентов. [26] [27] Гидрид титана является отличным замедлителем нейтронов, а карбид бора — отличным поглотителем нейтронов. Три компонента были смешаны в порошкообразной форме, и для их выдавливания в желаемую форму использовалась коммерческая экструзионная машина. Было обнаружено, что BATH является прочным, с пределом прочности на разрыв до 190 000 килопаскалей (28 000 фунтов на квадратный дюйм), способным выдерживать высокие температуры и обладающим превосходными свойствами радиационной защиты. [28]
LASL разработала ряд концепций проекта, каждый из которых имел собственное кодовое название: Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound и Shish. [29] К 1955 году она остановилась на проекте мощностью 1500 МВт под названием Old Black Joe. В 1956 году он стал основой для проекта мощностью 2700 МВт, который должен был стать верхней ступенью МБР. [20]
Ядерные реакторы для проекта Rover были построены в LASL Technical Area 18 (TA-18), также известной как Pajarito Site. Реакторы были испытаны на очень низкой мощности перед отправкой в Jackass Flats на испытательном полигоне в Неваде . Испытания топливных элементов и других материаловедческих исследований проводились LASL N Division в TA-46 с использованием нескольких печей, а позднее и ядерной печи. [30]
Работа над испытательными установками в Jackass Flats началась в середине 1957 года. Все материалы и принадлежности пришлось привезти из Лас-Вегаса . Испытательная ячейка A состояла из фермы баллонов с водородом и бетонной стены толщиной 1 метр (3 фута) для защиты электронных приборов от излучения, производимого реактором. Комната управления находилась в 3,2 километрах (2 милях). Реактор был запущен в тестовом режиме с выбросом в воздух, чтобы радиоактивные продукты могли быть безопасно рассеяны. [20]
Здание для обслуживания и разборки реактора (R-MAD) во многих отношениях было типичной горячей камерой, используемой в ядерной промышленности, с толстыми бетонными стенами, окнами для просмотра из свинцового стекла и дистанционными манипуляторами. Оно было исключительным только по своим размерам: 76 метров (250 футов) в длину, 43 метра (140 футов) в ширину и 19 метров (63 фута) в высоту. Это позволяло вставлять и вытаскивать двигатель на железнодорожном вагоне. [20]
«Железная дорога Jackass and Western», как ее беззаботно описывали, была самой короткой и медленной железной дорогой в мире. [31] Было два локомотива, дистанционно управляемый электрический L-1 и дизель-электрический L-2, который управлялся вручную, но имел радиационную защиту вокруг кабины . [20] Первый использовался обычно; последний был предоставлен в качестве резервного. [32] Строительные рабочие были размещены в Меркьюри, штат Невада . Позже тридцать мобильных домов были доставлены в Jackass Flats, чтобы создать деревню, названную «Boyerville» в честь руководителя, Кейта Бойера. Строительные работы были завершены осенью 1958 года. [20] НАСА планировало создать сообщество из 2700 человек с 800 жилищами и собственным торговым комплексом к 1967 году. [33]
К 1957 году проект ракеты Atlas продвигался успешно, и необходимость в ядерной верхней ступени практически отпала. [34] 2 октября 1957 года КАЭ предложила сократить свой бюджет. [35] Два дня спустя Советский Союз запустил Спутник-1 , первый искусственный спутник. Этот неожиданный успех вызвал страхи и воображение во всем мире. Он продемонстрировал, что Советский Союз обладает возможностью доставлять ядерное оружие на межконтинентальные расстояния, и оспорил заветные американские представления о военном, экономическом и технологическом превосходстве. [36] Это ускорило кризис спутника и спровоцировало космическую гонку . [37] Президент Дуайт Д. Эйзенхауэр отреагировал созданием ARPA для надзора за военными ракетами и разработкой технологий, а также Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) для руководства разработкой гражданских ракет. НАСА поглотило NACA как часть своего формирования, наряду с несколькими бывшими военными программами. [38]
NACA давно интересовалась ядерными технологиями. В 1951 году она начала изучать возможность приобретения собственного ядерного реактора для проекта авиационного ядерного двигателя (ANP) и выбрала свою лабораторию Lewis Flight Propulsion Laboratory в Огайо для его проектирования, строительства и управления. Место было выбрано на близлежащем заводе Plum Brook Ordnance Works, [39] NACA получила одобрение от AEC, и строительство реактора Plum Brook началось в сентябре 1956 года. [40] Эйб Сильверстайн, директор Lewis, особенно стремился получить контроль над проектом Rover. [41]
Дональд А. Куорлз , заместитель министра обороны , встретился с Т. Кейтом Гленнаном , новым администратором НАСА , и Хью Драйденом , заместителем Гленнана, 20 августа 1958 года [41] в тот день, когда Гленнан и Драйден были приведены к присяге в Белом доме [42] , и первым пунктом повестки дня был Rover. Куорлз стремился передать Rover в НАСА, поскольку проект больше не имел военного назначения. [15] Ответственность за неядерные компоненты проекта Rover была официально передана от Военно-воздушных сил США (ВВС США) в НАСА 1 октября 1958 года [43] в тот день, когда НАСА официально начало функционировать и взяло на себя ответственность за гражданскую космическую программу США. [44]
Проект Rover стал совместным проектом NASA–AEC. [43] Сильверстайн, которого Гленнан привез в Вашингтон, округ Колумбия, для организации программы космических полетов NASA, [45] назначил Гарольда Фингера курировать разработку ядерной ракеты в качестве главы Управления космических реакторов NASA. [15] Сенатор Андерсон сомневался в пригодности Фингера для этой работы. Он чувствовал, что Фингер не испытывает энтузиазма по этому поводу. Гленн встретился с Андерсоном 13 апреля 1959 года и убедил его, что Фингер справится с этой работой. [46] 29 августа 1960 года NASA создало Управление космических ядерных двигателей (SNPO) для курирования проекта ядерной ракеты. [47] Фингер был назначен его менеджером, а Милтон Кляйн из AEC — его заместителем. [48] Фингер также был директором по ядерным системам в Управлении перспективных исследований и технологий NASA. [49] Официальное «Соглашение между NASA и AEC об управлении контрактами на ядерные ракетные двигатели» было подписано заместителем администратора NASA Робертом Симансом и генеральным директором AEC Элвином Людеке 1 февраля 1961 года. За этим последовало «Межведомственное соглашение о программе разработки космических ядерных ракетных двигателей (проект Rover)», которое они подписали 28 июля 1961 года. [49] SNPO также взяла на себя ответственность за SNAP, Армстронг стал помощником директора отдела разработки реакторов в AEC, а подполковник GM Андерсон, бывший руководитель проекта SNAP в расформированном офисе ANP, стал начальником отделения SNAP в новом отделе. [48] Вскоре стало очевидно, что между NASA и AEC существуют значительные культурные различия. [15]
Штаб-квартира SNPO была совмещена со штаб-квартирой AEC в Джермантауне, штат Мэриленд . [47] Фингер открыл филиалы в Альбукерке, штат Нью-Мексико , (SNPO-A) для связи с LASL, и в Кливленде, штат Огайо , (SNPO-C) для координации с Исследовательским центром Льюиса, который был активирован в октябре 1961 года. В феврале 1962 года НАСА объявило о создании Станции разработки ядерных ракет (NRDS) в Джекэсс-Флэтс, а в июне был создан филиал SNPO в Лас-Вегасе (SNPO-N) для управления им. К концу 1963 года в штаб-квартире SNPO было 13 сотрудников НАСА, 59 в SNPO-C и 30 в SNPO-N. [49] Персонал SNPO представлял собой комбинацию сотрудников NASA и AEC, в обязанности которых входило «планирование и оценка программ и ресурсов, обоснование и распределение ресурсов программы, определение и контроль общих требований программы, мониторинг и отчетность о ходе работы и проблемах руководству NASA и AEC, а также подготовка показаний для Конгресса ». [50]
Фингер призвал промышленность подавать заявки на разработку ядерного двигателя для ракетных транспортных средств (NERVA) на основе двигателя Kiwi, разработанного LASL. [51] Присуждение контракта было запланировано на 1 марта 1961 года, чтобы решение о продолжении могло быть принято входящей администрацией Кеннеди . [52] [53] Восемь компаний подали заявки: Aerojet , Douglas , Glenn L. Martin , Lockheed , North American , Rocketdyne, Thiokol и Westinghouse . Совместная комиссия NASA–AEC оценила заявки. Она оценила заявку North American как лучшую в целом, но у Westinghouse и Aerojet были более высокие заявки на реактор и двигатель соответственно, когда они рассматривались по отдельности. [54] После того, как Aerojet пообещала администратору NASA Джеймсу Э. Уэббу , что направит своих лучших людей на NERVA, Уэбб выступил перед отборочной комиссией и сказал им, что, хотя он не хотел бы влиять на их решение, North American глубоко привержена проекту Apollo , и комиссия может рассмотреть возможность объединения других заявок. [55] 8 июня Уэбб объявил, что были выбраны Aerojet и Westinghouse. [53] Aerojet стала генеральным подрядчиком, а Westinghouse — главным субподрядчиком. [56] Обе компании активно набирали персонал, и к 1963 году в Westinghouse работало 1100 сотрудников NERVA. [54]
В марте 1961 года президент Джон Ф. Кеннеди объявил об отмене проекта ядерного двигателя для самолета, как раз когда реактор NASA Plum Brook был близок к завершению, [57] и какое-то время казалось, что вскоре последует NERVA. NASA подсчитало, что NERVA в конечном итоге обойдется в 800 миллионов долларов (хотя AEC посчитала, что это будет намного меньше), [58] а Бюро бюджета утверждало, что NERVA имеет смысл только в контексте высадки экипажа на Луну или полетов дальше в Солнечную систему , ни к тому, ни к другому администрация не привержена. Затем, 12 апреля, Советский Союз запустил Юрия Гагарина на орбиту на Востоке 1 , в очередной раз продемонстрировав свое технологическое превосходство. Несколько дней спустя Кеннеди начал катастрофическое вторжение на Кубу в заливе Свиней , что привело к очередному унижению для Соединенных Штатов. [59] 25 мая он выступил на совместном заседании Конгресса . «Во-первых, — заявил он, — я считаю, что эта страна должна взять на себя обязательство достичь цели, до конца этого десятилетия, высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю». Затем он продолжил: «Во-вторых, дополнительные 23 миллиона долларов, вместе с уже имеющимися 7 миллионами долларов, ускорят разработку ядерной ракеты Rover. Это обещает когда-нибудь предоставить средства для еще более захватывающего и амбициозного исследования космоса, возможно, за пределами Луны, возможно, до самого конца Солнечной системы». [60]
SNPO поставила цель для NERVA в 99,7 процента надежности, что означает, что двигатель не будет работать так, как задумано, не чаще трех раз на каждую тысячу запусков. Aerojet и Westinghouse подсчитали, что для достижения этого им потребуется 6 реакторов, 28 двигателей и 6 испытательных полетов реактора в полете (RIFT). Они запланировали 42 испытания, значительно меньше 60 испытаний, которые, как считало SNPO, могли потребоваться. [54] В отличие от других аспектов NERVA, RIFT был исключительной ответственностью NASA. [61] NASA делегировало ответственность за RIFT Центру космических полетов имени Маршалла (MSFC) Вернера фон Брауна в Хантсвилле, штат Алабама . [54] Фон Браун создал Офис проектов ядерных транспортных средств в MSFC, возглавляемый полковником Скоттом Феллоузом, офицером ВВС США, который работал над ANP. [62]
В это время НАСА занималось планированием миссии по высадке на Луну, к которой призвал Кеннеди. В ходе этого процесса агентство рассматривало несколько концепций ускорителей , включая то, что стало семейством Saturn и более крупной Nova . Это были химические ракеты, хотя для Nova также рассматривались ядерные верхние ступени. [63] В декабре 1959 года Комитет Сильверстайна определил конфигурацию ракеты-носителя Saturn, [64] включая использование жидкого водорода в качестве топлива для верхних ступеней. [65]
В статье 1960 года Шмидт предложил заменить верхние ступени на ядерные ступени NERVA. Это обеспечило бы ту же производительность, что и Nova, но за половину стоимости. Он оценил стоимость вывода фунта полезной нагрузки на лунную орбиту в 1600 долларов для полностью химического Saturn, 1100 долларов для Nova и 700 долларов для химико-ядерного Saturn. [66] MSFC выдала контракт на исследование RIFT с NERVA в качестве верхней ступени Saturn C-3 , но C-3 вскоре был заменен более мощным C-4 и в конечном итоге C-5, который стал Saturn V. [ 67] Только в июле 1962 года, после долгих дебатов, NASA наконец остановилось на лунной орбите сближения , которое могло быть выполнено Saturn V, что свело на нет необходимость в более крупной и дорогой Nova, от которой отказались. [68]
Испытательный аппарат RIFT будет иметь высоту 111 метров (364 фута), примерно такую же, как Saturn V; конфигурация миссии Saturn C-5N будет еще больше, высотой 120 метров (393 фута), но 160-метровое (525 футов) здание сборки транспортного средства (VAB) может легко вместить его. Он будет состоять из первой ступени S-IC , макета средней ступени S-II , заполненной водой, и верхней ступени SN (Saturn-Nuclear) NERVA. Для реальной миссии будет использоваться настоящая ступень S-II. Ступень SN должна была быть построена Lockheed в дирижабльном ангаре, приобретенном NASA в Моффет-Филд в Саннивейле, Калифорния , и собрана на испытательном полигоне NASA в Миссисипи . [67]
SNPO планировало построить десять ступеней SN, шесть для наземных испытаний и четыре для летных испытаний. Запуски должны были проводиться с мыса Канаверал . Двигатели NERVA будут перевозиться по дороге в ударопрочных, водонепроницаемых контейнерах с закрепленными на месте стержнями управления и проводами ядерного отравления в активной зоне. Поскольку он не будет радиоактивным, его можно будет безопасно перевозить и соединять с нижними ступенями без экранирования. В полете провода ядерного отравления будут выдернуты, и реактор запустится на высоте 121 километр (75 миль) над Атлантическим океаном. Двигатель будет работать в течение 1300 секунд, поднимая его на высоту 480 километров (300 миль). Затем он будет выключен, а реактор охладится перед ударом об Атлантику в 3200 километрах (2000 миль) ниже. NERVA будет считаться готовой к миссии после четырех успешных испытаний. [67]
Для поддержки RIFT LASL создала Управление по безопасности полетов марсоходов, а SNPO создала Группу по безопасности полетов марсоходов. Поскольку RIFT предусматривал падение до четырех реакторов в Атлантический океан, LASL попыталась определить, что произойдет, если реактор упадет в воду со скоростью в несколько тысяч километров в час. В частности, выйдет ли он из критического состояния или взорвется при затоплении морской водой, замедлителем нейтронов. Также были опасения относительно того, что произойдет, когда он погрузится на 3,2 километра (2 мили) на дно Атлантики, где он окажется под сокрушительным давлением. Необходимо было учесть возможное воздействие на морскую жизнь и, конечно, какая морская жизнь там была. [69]
Главным узким местом в программе NERVA были испытательные объекты в Jackass Flats. Тестовая ячейка C должна была быть завершена в 1960 году. NASA и AEC не запрашивали средства на дальнейшее строительство, но Андерсон все равно их предоставил. Были задержки в строительстве, вынудившие Андерсона вмешаться лично. Он взял на себя роль фактического руководителя строительства, а должностные лица AEC подчинялись ему напрямую. [70]
В августе 1961 года Советский Союз отменил мораторий на ядерные испытания, действовавший с ноября 1958 года, поэтому Кеннеди возобновил испытания ядерного оружия США в сентябре. [71] Со второй ускоренной программой на испытательном полигоне в Неваде рабочая сила стала дефицитной, и произошла забастовка. Когда она закончилась, рабочим пришлось столкнуться с трудностями работы с водородом, который мог просачиваться через микроскопические отверстия, слишком малые для прохождения других жидкостей. 7 ноября 1961 года небольшая авария вызвала сильный выброс водорода. Комплекс, наконец, был введен в эксплуатацию в 1964 году. SNPO планировало построить ядерный ракетный двигатель мощностью 20 000 МВт, поэтому Бойер поручил компании Chicago Bridge & Iron Company построить два гигантских криогенных дьюара для хранения объемом 1 900 000 литров (500 000 галлонов США) . Было добавлено здание для обслуживания и разборки двигателей (E-MAD). Он имел толстые бетонные стены и щитовые отсеки, где двигатели могли собираться и разбираться. Также был стенд для испытания двигателей (ETS-1); планировалось еще два. [67]
В марте 1963 года SNPO и MSFC поручили Space Technology Laboratories (STL) подготовить отчет о том, какой тип ядерного ракетного двигателя потребуется для возможных миссий между 1975 и 1990 годами. Эти миссии включали ранние межпланетные экспедиции с экипажем (EMPIRE), планетарные облеты и пролеты, а также лунный шаттл. Вывод этого девятитомного отчета, который был представлен в марте 1965 года, и последующего исследования состоял в том, что эти миссии могут быть выполнены с двигателем мощностью 4100 МВт с удельным импульсом 825 секунд (8,09 км/с). Это было значительно меньше, чем первоначально считалось необходимым. Из этого возникла спецификация для ядерного ракетного двигателя мощностью 5000 МВт, который стал известен как NERVA II. [72] [73]
Первая фаза проекта Rover, Kiwi, была названа в честь новозеландской птицы киви . [20] Киви не может летать, и ракетные двигатели Kiwi не были предназначены для этого. Их функция заключалась в проверке конструкции и тестировании поведения используемых материалов. [23] Программа Kiwi разработала серию нелетных испытательных ядерных двигателей, основное внимание уделялось совершенствованию технологии водородоохлаждаемых реакторов. [74] В серии испытаний Kiwi A, проведенных с июля 1959 года по октябрь 1960 года, были построены и испытаны три реактора. Kiwi A считался успешным в качестве доказательства концепции ядерных ракетных двигателей. Он продемонстрировал, что водород можно нагревать в ядерном реакторе до температур, необходимых для космического движения, и что реактором можно управлять. [75]
Следующим шагом стала серия испытаний Kiwi B, которая началась с Kiwi B1A 7 декабря 1961 года. Это была разработка двигателя Kiwi A с рядом усовершенствований. Второе испытание в серии, Kiwi B1B 1 сентября 1962 года, привело к экстремальному структурному повреждению реактора, компоненты топливного модуля были выброшены, когда он был выведен на полную мощность. Последующее испытание Kiwi B4A на полной мощности 30 ноября 1962 года, наряду с серией испытаний на холодную текучесть, показало, что проблема заключалась в вибрациях, которые возникали, когда водород нагревался, когда реактор выводился на полную мощность, а не когда он работал на полной мощности. [76] В отличие от химического двигателя, который, вероятно, взорвался бы после получения катастрофического повреждения, ядерный ракетный двигатель оставался стабильным и управляемым даже при испытании на разрушение. Испытания показали, что ядерный ракетный двигатель будет прочным и надежным в космосе. [77]
Кеннеди посетил LASL 7 декабря 1962 года для брифинга по проекту Rover. [78] Это был первый раз, когда президент посетил лабораторию ядерного оружия. Он привез с собой большую свиту, в которую вошли Линдон Джонсон , Макджордж Банди , Джером Визнер , Гарольд Браун , Дональд Хорниг , Гленн Сиборг , Роберт Симанс, Гарольд Фингер, Клинтон Андерсон, Говард Кэннон и Алан Байбл . На следующий день они вылетели в Джекас-Флэтс, сделав Кеннеди единственным президентом, когда-либо посетившим ядерный полигон. Проект Rover получил 187 миллионов долларов в 1962 году, а AEC и NASA запросили еще 360 миллионов долларов в 1963 году. Кеннеди обратил внимание на бюджетные трудности своей администрации и спросил, какова связь между проектом Rover и Apollo. Фингер ответил, что это страховой полис, и его можно использовать в более поздних миссиях Apollo или после Apollo, таких как база на Луне или миссия на Марс. Визнер, поддержанный Брауном и Хорнигом, утверждал, что если миссия на Марс не может быть осуществлена до 1980-х годов, то RIFT можно отложить до 1970-х годов. Симанс отметил, что такое отношение привело к кризису со спутником и потере американского престижа и влияния. [79]
В январе 1963 года сенатор Андерсон стал председателем Комитета Сената США по аэронавтике и космическим наукам . Он встретился с Кеннеди в частном порядке, который согласился запросить дополнительные ассигнования для RIFT, если «быстрое решение» проблемы вибрации Kiwi, которое обещал Сиборг, может быть реализовано. Тем временем Фингер созвал совещание. Он заявил, что «быстрого решения» не будет. Он раскритиковал структуру управления LASL и призвал LASL принять структуру управления проектами . Он хотел, чтобы случай проблем с вибрацией был тщательно расследован, а причина была точно известна до того, как будут предприняты корректирующие действия. Три сотрудника SNPO (известные в LASL как «три слепые мыши») были назначены в LASL, чтобы гарантировать выполнение его инструкций. Фингер собрал команду специалистов по вибрации из других центров NASA и вместе с сотрудниками LASL, Aerojet и Westinghouse провел серию испытаний реактора «холодного течения» с использованием топливных элементов без расщепляющегося материала. [80] [81] RIFT был отменен в декабре 1963 года. Хотя его восстановление часто обсуждалось, этого так и не произошло. [61]
Для решения проблемы вибрации был сделан ряд изменений в конструкции. В ходе испытания Kiwi B4D 13 мая 1964 года реактор был автоматически запущен и недолго работал на полной мощности без каких-либо проблем с вибрацией. За этим последовало испытание Kiwi B4E 28 августа, в ходе которого реактор работал в течение двенадцати минут, восемь из которых были на полной мощности. 10 сентября Kiwi B4E был перезапущен и работал на полной мощности в течение двух с половиной минут, продемонстрировав способность ядерного ракетного двигателя останавливаться и перезапускаться. [76] В сентябре были проведены испытания с двигателем Kiwi B4 и PARKA, реактором Kiwi, используемым для испытаний в LASL. Два реактора работали на расстоянии 4,9 метра (16 футов), 2,7 метра (9 футов) и 1,8 метра (6 футов) друг от друга, и были проведены измерения реактивности. Эти испытания показали, что нейтроны, произведенные одним реактором, действительно вызывали деление в другом, но эффект был незначительным: 3, 12 и 24 цента соответственно. Испытания показали, что ядерные ракетные двигатели могут быть кластеризованы, как это часто бывает с химическими. [77] [82] [83]
SNPO выбрала конструкцию ядерной тепловой ракеты Kiwi-B4 с удельным импульсом 825 секунд (330 000 ньютонов) в качестве базовой для NERVA NRX (эксперимент с реактором NERVA [84] ). В то время как Kiwi была доказательством концепции, NERVA NRX была прототипом полного двигателя. Это означало, что ему понадобятся приводы для вращения барабанов и запуска двигателя, карданные подвесы для управления его движением, сопло, охлаждаемое жидким водородом, и экранирование для защиты двигателя, полезной нагрузки и экипажа от радиации. Westinghouse модифицировала сердечники, чтобы сделать их более надежными для условий полета. Все еще требовались некоторые исследования и разработки. Имеющиеся датчики температуры были точными только до 1980 К (1710 °C), что намного ниже требуемого. Были разработаны новые датчики, которые были точными до 2649 К (2376 °C) , даже в условиях высокой радиации. Aerojet и Westinghouse попытались теоретически предсказать производительность каждого компонента. Затем это было сравнено с фактическими результатами испытаний. Со временем эти два показателя сблизились по мере того, как стало больше понимания. К 1972 году производительность двигателя NERVA в большинстве условий можно было точно предсказать. [85]
Первое испытание двигателя NERVA было на NERVA A2 24 сентября 1964 года. Aerojet и Westinghouse осторожно увеличивали мощность постепенно, до 2 МВт, 570 МВт, 940 МВт, работая в течение минуты или двух на каждом уровне для проверки приборов, прежде чем, наконец, увеличить до полной мощности в 1096 МВт. Реактор работал безупречно, и его пришлось остановить только через 40 секунд, потому что водород заканчивался. Испытание показало, что NERVA имеет проектный удельный импульс 811 секунд (7,95 км/с); твердотопливные ракеты имеют максимальный импульс около 300 секунд (2,9 км/с), а химические ракеты с жидким топливом редко достигают более 450 секунд (4,4 км/с). Руководители Aerojet и Westinghouse были так довольны, что разместили полностраничное объявление в Wall Street Journal с фотографией испытания и подписью: «На Марс!» Реактор был перезапущен 15 октября. Первоначально это было предназначено для проверки сопла, но от этого отказались, поскольку оно было близко к своему проектному максимуму 2270 К (2000 °C). Вместо этого был испытан турбонасос. Двигатель был запитан до 40 МВт, барабаны управления были зафиксированы на месте, а турбонасос использовался для поддержания мощности на уровне 40 МВт. Он работал отлично. Компьютерное моделирование было верным, и весь проект опережал график. [86] [87]
Следующее испытание было проведено на NERVA A3 23 апреля 1965 года. Целью этого испытания было проверить, что двигатель может работать и перезапускаться на полной мощности. Двигатель работал восемь минут, три с половиной из них на полной мощности, прежде чем приборы показали, что в двигатель поступает слишком много водорода. Была дана команда на аварийную остановку, но засорилась линия охлаждающей жидкости. Мощность возросла до 1165 МВт, прежде чем линия была прочищена, и двигатель плавно остановился. Были опасения за целостность стяжных стержней, которые удерживали вместе топливные кластеры. Они должны были работать при температуре 473 К (200 °C) с максимальной температурой 651 К (378 °C). Датчики зафиксировали, что стяжные стержни достигли 1095 К (822 °C), что было максимумом, который могли зафиксировать датчики. Лабораторные испытания позже подтвердили, что стержни могли достичь 1370 К (1100 °C). Также было то, что казалось отверстием в сопле, но это оказалось сажей. Прочный двигатель не был поврежден, поэтому испытание продолжилось, и двигатель работал в течение тринадцати минут при 1072 МВт. И снова время испытания ограничивалось только доступным водородом. [86] [87]
Испытания NERVA NRX/EST (испытание системы двигателя) НАСА начались 3 февраля 1966 года. [88] Целями были:
NRX/EST был запущен на промежуточных уровнях мощности 3 и 11 февраля, с испытанием на полной мощности (1055 МВт) 3 марта, за которым последовали испытания продолжительности работы двигателя 16 и 25 марта. Двигатель запускался одиннадцать раз. [88] Все цели испытаний были успешно достигнуты, и NRX/EST проработал в общей сложности почти два часа, включая 28 минут на полной мощности. Это превысило время работы предыдущих реакторов Kiwi почти в два раза. [89]
Следующей целью было обеспечить непрерывную работу реакторов в течение длительного периода времени. NRX A5 был запущен 8 июня 1966 года и работал на полной мощности в течение пятнадцати с половиной минут. Во время охлаждения на сопло села птица и задохнулась от азота или гелия, упав на ядро. Были опасения, что она может заблокировать топливопроводы или создать неравномерный нагрев, прежде чем снова вылететь наружу при повторном запуске двигателя, поэтому инженеры Westinghouse установили телевизионную камеру и вакуумный шланг и смогли удалить птицу, находясь в безопасности за бетонной стеной. Двигатель был перезапущен 23 июня и работал на полной мощности еще четырнадцать с половиной минут. Хотя была сильная коррозия, приведшая к потере реактивности примерно на 2,20 доллара , двигатель все еще можно было запустить снова, но инженеры хотели осмотреть ядро. [90] [91]
Теперь для испытания NRX A6 был установлен час. Это было за пределами возможностей испытательной камеры A, поэтому испытания теперь переместились в испытательную камеру C с ее гигантскими сосудами Дьюара. Поэтому NRX A5 был последним испытанием, в котором использовалась испытательная камера A. Реактор был запущен 7 декабря 1966 года, но через 75 секунд после начала испытания был получен приказ об остановке из-за неисправного электрического компонента. Затем последовала отсрочка из-за неблагоприятных погодных условий. NRX A6 был снова запущен 15 декабря. Он работал на полной мощности (1125 МВт) при температуре в камере более 2270 К (2000 °C) и давлении 4089 килопаскалей (593,1 фунта на квадратный дюйм ) и расходе 32,7 килограмма в секунду (4330 фунтов/мин). Потребовалось 75,3 часа, чтобы охладить реактор жидким азотом. При осмотре было обнаружено, что бериллиевый отражатель треснул из-за термического напряжения. Испытание привело к отказу от планов по созданию более мощного двигателя NERVA II. Если бы требовалась большая тяга, двигатель NERVA I мог бы работать дольше, или его можно было бы объединить в кластер. [90] [91]
После успеха испытания A6 SNPO отменило запланированные последующие испытания A7 и A8 и сосредоточилось на завершении ETS-1. Во всех предыдущих испытаниях двигатель запускался вверх; ETS-1 позволял переориентировать двигатель на запуск вниз в отсек с пониженным давлением, чтобы частично имитировать запуск в вакууме космоса. Испытательный стенд обеспечивал пониженное атмосферное давление около 6,9 килопаскалей (1,00 фунт/кв. дюйм) — эквивалентно нахождению на высоте 60 000 футов (18 000 м). Это было сделано путем впрыскивания воды в выхлопную трубу, что создавало перегретый пар, который вырывался с высокой скоростью, создавая вакуум. [92] [93]
ETS-1 занял у Aerojet больше времени, чем ожидалось, отчасти из-за сокращения бюджета, но также из-за технических проблем. Он был построен из чистого алюминия, который не становился радиоактивным при облучении нейтронами, и имелся водяной распылитель для его охлаждения. Резиновые прокладки были проблемой, так как они имели тенденцию превращаться в липкую массу в радиоактивной среде; пришлось использовать металлические. Самой сложной частью были выхлопные трубы, которые должны были выдерживать гораздо более высокие температуры, чем их химические аналоги ракет. Стальные работы выполняла Allegheny Technologies , а Air Preheater Company изготовила трубы. Для работы потребовалось 54 000 килограммов (120 000 фунтов) стали, 3900 килограммов (8 700 фунтов) сварочной проволоки и 10,5 километров (6,5 миль) сварных швов. Во время испытания 234 трубы должны были нести до 11 000 000 литров (3 000 000 галлонов США) воды. Чтобы сэкономить деньги на кабелях, Aerojet переместил комнату управления в бункер на расстоянии 240 метров (800 футов). [92]
.JPG/1280px-NERVA_XE_at_MSFC_(cropped).JPG)
Второй двигатель NERVA, NERVA XE, был разработан так, чтобы максимально приблизиться к полной системе полета, вплоть до использования турбонасоса летного проекта. Чтобы сэкономить время и деньги, компоненты, которые не повлияли бы на производительность двигателя, были выбраны из того, что было доступно в Jackass Flats. Для защиты внешних компонентов был добавлен радиационный экран. [94] Цели испытаний включали тестирование использования ETS-1 в Jackass Flats для квалификации и приемки летного двигателя. [95] Общее время работы составило 115 минут, включая 28 запусков. NASA и SNPO посчитали, что испытание «подтвердило, что ядерный ракетный двигатель подходит для применения в космических полетах и может работать с удельным импульсом, вдвое превышающим удельный импульс химических ракетных систем». [96] Двигатель был признан подходящим для миссий на Марс, планируемых NASA. Объект также был признан подходящим для квалификации и приемки ракетных двигателей от двух подрядчиков. [96]
Последним испытанием серии стал XE Prime. Этот двигатель имел длину 6,9 метра (23 фута), диаметр 2,59 метра (8 футов 6 дюймов) и весил приблизительно 18 144 килограмма (40 001 фунт). Он был спроектирован для создания номинальной тяги 246 663 ньютона (55 452 фунт- сила ) с удельным импульсом 710 секунд (7,0 км/с). Когда реактор работал на полной мощности, около 1140 МВт, температура в камере составляла 2272 К (2000 °C), давление в камере составляло 3861 килопаскаль (560,0 фунтов на квадратный дюйм), а расход составлял 35,8 килограмма в секунду (4740 фунтов/мин), из которых 0,4 килограмма в секунду (53 фунта/мин) отводилось в систему охлаждения. [1] Серия экспериментов была проведена в период с 4 декабря 1968 года по 11 сентября 1969 года, в ходе которых реактор запускался 24 раза, [93] и работал на полной мощности в течение 1680 секунд. [1]
Источник: [97]
Во время испытаний NERVA NRX/EST планы NASA относительно NERVA включали посещение Марса к 1978 году, постоянную лунную базу к 1981 году и дальние космические зонды к Юпитеру, Сатурну и внешним планетам. Ракеты NERVA будут использоваться для ядерных «буксиров», предназначенных для доставки полезных грузов с низкой околоземной орбиты (НОО) на более высокие орбиты в качестве компонента позже названной Космической транспортной системы , пополнения запасов нескольких космических станций на орбите вокруг Земли и Луны и поддержки постоянной лунной базы. Ракета NERVA также может быть ядерной верхней ступенью для ракеты Saturn, что позволит модернизированному Saturn запускать полезные грузы весом до 150 000 кг (340 000 фунтов) на НОО. [98] [99] [100] [101]
Защита NERVA от критиков, таких как Хорниг, председатель Научного консультативного комитета президента (PSAC), потребовала ряда бюрократических и политических баталий, поскольку растущие расходы на войну во Вьетнаме оказали давление на бюджеты. Конгресс отменил финансирование NERVA II в бюджете 1967 года, но президент Джонсон нуждался в поддержке сенатора Андерсона для своего законодательства о Medicare , поэтому 7 февраля 1967 года он выделил деньги на NERVA II из своего собственного резервного фонда. [102] Кляйн, сменивший Фингера на посту главы SNPO в 1967 году, столкнулся с двухчасовым допросом по NERVA II перед Комитетом Палаты представителей по науке и астронавтике . В конце концов, комитет урезал бюджет NASA. Отмена финансирования NERVA II сэкономила 400 миллионов долларов, в основном на новых объектах, которые потребуются для его испытаний. На этот раз AEC и NASA согласились, поскольку испытание NRX A6 продемонстрировало, что NERVA I может выполнять миссии, ожидаемые от NERVA II. [103] В следующем году Уэбб попытался взять деньги из NERVA I, чтобы оплатить накладные расходы NASA после того, как Конгресс сократил бюджет NASA до 3,8 млрд долларов. Джонсон восстановил финансирование NERVA I, но не NASA. [104]
У NERVA было много предложенных миссий. NASA рассматривало возможность использования Saturn V и NERVA в «Большом туре» по Солнечной системе. Редкое выравнивание планет, которое происходит каждые 174 года, произошло между 1976 и 1980 годами, что позволило космическому кораблю посетить Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. С NERVA этот космический корабль мог весить до 24 000 килограммов (52 000 фунтов). Это предполагало, что NERVA имеет удельный импульс всего 825 секунд (8,09 км/с); 900 секунд (8,8 км/с) были более вероятны, и с этим он мог бы вывести 77 000-килограммовую (170 000 фунтов) космическую станцию размером со Skylab на орбиту вокруг Луны. Повторные полеты на Луну могли бы быть совершены с NERVA, приводящей в действие ядерный шаттл. Конечно, была еще и миссия на Марс, о которой Кляйн дипломатично избегал упоминать, [105] зная, что даже после высадки Аполлона-11 на Луну эта идея была непопулярна в Конгрессе и среди широкой общественности. [106]
Ричард Никсон сменил Джонсона на посту президента 20 января 1969 года, и сокращение расходов стало повесткой дня. Финансирование программы NASA было несколько сокращено Конгрессом из федерального бюджета , что привело к остановке производственной линии Saturn V. [108] 4 января 1970 года администратор NASA Томас О. Пейн объявил об отмене Apollo 20 , чтобы сделать свой Saturn V доступным для запуска Skylab . [109] Отмена Apollo 18 и 19 последовала в сентябре 1970 года. [110] Но NERVA осталась; Кляйн одобрил план, согласно которому космический челнок выведет двигатель NERVA на орбиту, а затем вернется с топливом и полезной нагрузкой. Это можно было повторить, поскольку NERVA можно было перезапустить. [105] [111] Теперь NERVA нуждался в шаттле, но шаттлу не нужен был NERVA. [112] NERVA все еще пользовалась устойчивой поддержкой Андерсона и Кэннона в Сенате, но Андерсон старел и уставал, и теперь делегировал многие из своих обязанностей Кэннону. NERVA получила 88 миллионов долларов в финансовом году (FY) 1970 и 85 миллионов долларов в финансовом году 1971, средства поступили совместно от NASA и AEC. [113]
В декабре 1970 года Управление по управлению и бюджету рекомендовало отменить NERVA и Skylab, но Никсон не хотел этого делать, так как их отмена могла стоить до 20 000 рабочих мест, в основном в Калифорнии [114] , штате, который Никсон считал необходимым провести на выборах 1972 года . [115] Он решил сохранить его на низком уровне финансирования и вместо этого отменить Apollo 17. Беспокойство по поводу Apollo 17 было связано с политическими последствиями в случае его провала, а не с затратами, и в конечном итоге это было решено путем переноса его на декабрь 1972 года, после выборов. [116] Когда Никсон попытался убить NERVA в 1971 году, сенатор Андерсон и сенатор Маргарет Чейз Смит вместо этого убили любимый проект Никсона, сверхзвуковой транспортный самолет Boeing 2707 (SST). Это было ошеломляющее поражение президента. [117] В бюджете на 1972 финансовый год финансирование шаттла было урезано, но NERVA и Apollo 17 выжили. [118] Хотя бюджетный запрос NERVA составлял всего 17,4 миллиона долларов, Конгресс выделил 69 миллионов долларов; Никсон потратил из них только 29 миллионов долларов. [113] [a]
Конгресс снова поддержал NERVA в 1972 году. Двухпартийная коалиция во главе со Смитом и Кэнноном выделила 100 миллионов долларов на небольшой двигатель NERVA, который должен был поместиться в грузовом отсеке шаттла, что, по оценкам, обошлось бы примерно в 250 миллионов долларов за десятилетие. Они добавили условие, что больше не будет средств на перепрограммирование NERVA для оплаты других мероприятий NASA. Администрация Никсона решила отменить NERVA в любом случае. 5 января 1973 года NASA объявило о прекращении NERVA. Сотрудники LASL и SNPO были ошеломлены; проект по созданию небольшого NERVA продвигался успешно. Немедленно начались увольнения, и SNPO был упразднен в июне. [119] После 17 лет исследований и разработок проекты Nova и NERVA потратили около 1,4 миллиарда долларов, но NERVA так и не полетел. [120]
В 1983 году Стратегическая оборонная инициатива («Звездные войны») определила миссии, которые могли бы выиграть от ракет, которые были бы мощнее химических ракет, и некоторые, которые могли быть выполнены только более мощными ракетами. [121] Проект ядерного двигателя, SP-100, был создан в феврале 1983 года с целью разработки ядерной ракетной системы мощностью 100 кВт. Концепция включала реактор с частицами/ шариками , концепцию, разработанную Джеймсом Р. Пауэллом в Брукхейвенской национальной лаборатории , которая обещала удельный импульс до 1000 секунд (9,8 км/с) и отношение тяги к весу от 25 до 35 для уровней тяги более 89 000 ньютонов (20 000 фунтов силы). [122]
С 1987 по 1991 год это финансировалось как секретный проект под кодовым названием Project Timber Wind , на который было потрачено 139 миллионов долларов. [123] Предлагаемый проект ракеты был передан в программу Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) в Лаборатории Филлипса ВВС в октябре 1991 года. [124] НАСА провело исследования в рамках своей Инициативы по исследованию космоса (SEI) 1992 года, но посчитало, что SNTP предлагает недостаточное улучшение по сравнению с NERVA и не требуется ни для одной миссии SEI. Программа SNTP была прекращена в январе 1994 года, [122] [125] после того, как было потрачено 200 миллионов долларов. [126]
В 2013 году в MSFC изучался двигатель для межпланетного путешествия с орбиты Земли на орбиту Марса и обратно с упором на ядерные тепловые ракетные двигатели (NTR). [127] Поскольку NTR по крайней мере в два раза эффективнее самых современных химических двигателей, они обеспечивают более быстрое время перехода и большую грузоподъемность. Более короткая продолжительность полета, оцениваемая в 3–4 месяца с двигателями NTR, [128] по сравнению с 8–9 месяцами при использовании химических двигателей, [129] снизит воздействие на экипаж потенциально вредных и трудно экранируемых космических лучей . [130] Двигатели NTR были выбраны в архитектуре Mars Design Reference Architecture (DRA). [131]
Конгресс одобрил финансирование в размере 125 миллионов долларов на разработку ядерных тепловых ракет 22 мая 2019 года. [132] [133] 19 октября 2020 года фирма Ultra Safe Nuclear Technologies из Сиэтла представила NASA концепцию конструкции NTR, в которой используются топливные частицы с инкапсулированным ZrC- изотопом из низкообогащенного урана (HALEU) в рамках спонсируемого NASA исследования NTR, проводимого Analytical Mechanics Associates (AMA). [134] [135] В январе 2023 года NASA и Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявили, что будут сотрудничать в разработке ядерного теплового ракетного двигателя, который будет испытан в космосе для разработки возможностей ядерного двигателя для использования в пилотируемых миссиях NASA на Марс. [136] В 2023 году DARPA объявило, что реактор и топливо для демонстрационной ракеты для гибких цислунарных операций (DRACO) будут поставляться компанией BWXT . [137]
