Введение
Радиоизотопная ракета, или радиоизотопная тепловая ракета, – это тип теплового ракетного двигателя, использующий тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов, для нагрева рабочего тела, которое затем истекает через ракетное сопло, создавая тягу. Они по принципу действия схожи с ядерными тепловыми ракетами, такими как NERVA, но значительно проще и часто не имеют движущихся частей. Альтернативно, радиоизотопы могут применяться в радиоизотопных электрических ракетах, где энергия, выделяемая при ядерном распаде, используется для генерации электроэнергии, питающей электрическую двигательную установку. Базовая идея является развитием существующих радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), в которых тепло, выделяемое при распаде ядерного топлива, используется для выработки электроэнергии. В ракетном применении генератор исключается, а рабочее тело используется непосредственно для создания тяги. В этой системе возможны температуры около 1500–2000 °C, что позволяет достигать удельного импульса примерно 700–800 секунд (7–8 кН·с/кг), примерно вдвое больше, чем у лучших химических двигателей, таких как главный двигатель космического шаттла LH2/LOX. Однако мощность, генерируемая такими системами, обычно относительно невелика. В то время как полная "активная" реакторная система в ядерной тепловой ракете может генерировать более гигаватта, радиоизотопный генератор может выдавать лишь 5 кВт. Это означает, что, несмотря на высокую эффективность, конструкция может обеспечивать тягу лишь около 1,3–1,5 Н, что делает её полезной только для двигателей малой тяги. Для увеличения мощности при миссиях средней продолжительности двигатели обычно используют топливо с коротким периодом полураспада, например, полоний-210, в отличие от типичного РИТЭГа, использующего топливо с длительным периодом полураспада, например, плутоний-238, для обеспечения более стабильной мощности в течение длительного времени. Другой недостаток использования радиоизотопов в ракетах – невозможность регулирования выходной мощности. Радиоизотоп постоянно генерирует тепло, которое необходимо безопасно рассеивать, когда оно не используется для нагрева рабочего тела. Реакторы, напротив, могут дросселироваться или отключаться по мере необходимости.
Развитие технологий
TRW поддерживала довольно активную программу разработки, известную как Poodle, с 1961 по 1965 год, и сегодня эти системы часто называют ракетными двигателями Poodle. Название было игрой слов, отсылающей к более крупным системам, разрабатываемым в рамках проекта Rover, который привел к созданию NERVA. В апреле 1965 года они провели испытания своего опытного двигателя в течение 65 часов при температуре около 1500 °C, достигнув удельного импульса от 650 до 700 секунд (6,5 до 7 кН·с/кг).
Фотоновое давление
Даже без сопла, давление фотонов энергии, излучаемой тепловым источником, может создавать тягу, хотя и чрезвычайно малую. Ярким примером тяги космического аппарата, вызванной давлением фотонов, является аномалия «Пионера», при которой фотоны от бортового радиоизотопного источника вызвали крошечное, но измеримое ускорение космических аппаратов «Пионер». Подобное явление наблюдалось и на космическом аппарате «New Horizons»: фотоны (теплового инфракрасного диапазона) от РИТЭГа, отраженные от антенны аппарата, создали очень небольшую тягу, которая незначительно изменила траекторию космического аппарата.