Още в ранните етапи от развитието на ракетната и космическата индустрия се появиха първите предложения за използване на различни ядрени технологии. Бяха предложени и разработени различни технологии и агрегати, но само някои от тях достигнаха реална експлоатация. В бъдеще се очаква въвеждането на фундаментално нови решения.
Първият в космоса
През 1954 г. в САЩ е създаден първият радиоизотопен термоелектрически генератор (RTG или RTG). Основният елемент на RTG е радиоактивен изотоп, който се разпада естествено с отделянето на топлинна енергия. С помощта на термоелемент топлинната енергия се превръща в електрическа енергия, която се доставя на потребителите.
Основното предимство на RTG е възможността за продължителна работа със стабилни характеристики и без поддръжка. Продължителността на живота се определя от полуживота на избрания изотоп. В същото време такъв генератор се характеризира с ниска ефективност и изходна мощност, а също така се нуждае от биологична защита и подходящи мерки за безопасност. Въпреки това, RTG са намерили приложение в редица области със специални изисквания.
През 1961 г. в САЩ е създадена RTG от тип SNAP 3B с 96 g плутоний-238 в капсула. През същата година спътникът Transit 4A, оборудван с такъв генератор, излезе в орбита. Той стана първият космически кораб на околоземна орбита, който използва енергия от ядрено делене. През 1965 г. СССР изстрелва спътника „Космос-84“, първото си устройство „Орион-1“, използващо полоний-210.
Впоследствие двете свръхсили активно използват RTG за създаване на космически технологии за различни цели. Например, редица марсоходи през последните десетилетия се захранват от разпадането на радиоактивни елементи. По същия начин се осигурява захранването на мисии, отдалечаващи се от Слънцето.
Повече от половин век RTG са доказали своите възможности в редица области, вкл. в космическата индустрия, въпреки че те останаха специализиран инструмент за специфични задачи. Въпреки това, в такава роля, радиоизотопните генератори допринасят за развитието на индустрията, научните изследвания и т.н.
Ядрена ракета
Скоро след началото на космическите програми водещите страни започнаха да разработват въпроса за създаването на ядрен ракетен двигател. Предложени са различни архитектури с различни принципи на работа и различни предимства. Например в американския проект „Орион“беше предложен космически кораб, който използва ударна вълна от ядрени бойни глави с малка мощност за ускоряване. Също така бяха разработени дизайни с по -познат вид.
През петдесетте и шестдесетте години НАСА и сродни организации разработиха двигателя NERVA (ядрен двигател за приложение на ракетни превозни средства). Основният му компонент беше ядрен реактор с отворен цикъл. Работният флуид под формата на течен водород трябваше да се нагрее от реактора и да се изхвърли през дюзата, създавайки тяга. Ядрен двигател от този вид превъзхожда конструктивните си характеристики спрямо традиционните химически горивни системи, въпреки че е по -опасен в експлоатация.
Проектът NERVA беше подложен на изпитание на различни компоненти и целия монтаж. По време на изпитанията двигателят се включва 28 пъти и работи почти 2 ч. Характеристиките се потвърждават; нямаше значими проблеми. Проектът обаче не получи по -нататъшно развитие. В края на шестдесетте и седемдесетте години американската космическа програма беше сериозно ограничена и двигателят NERVA беше изоставен.
През същия период подобна работа е извършена и в СССР. Обещаващ проект предлага използването на двигател с реактор, който загрява работната течност под формата на течен водород. В началото на шестдесетте години за такъв двигател е създаден реактор, а по -късно започва работа по останалите блокове. Дълго време тестването и разработването на различни устройства продължиха.
През седемдесетте завършеният двигател RD-0410 премина поредица от изпитвателни тестове и потвърди основните характеристики. Проектът обаче не получи допълнително развитие поради високата сложност и рискове. Вътрешната ракетна и космическа индустрия продължи да използва „химически“двигатели.
Космически влекачи
В хода на по-нататъшни изследователски и проектантски работи в САЩ и у нас стигнаха до извода, че е нецелесъобразно да се използват двигатели от типа NERVA или RD-0410. През 2003 г. НАСА започва да тества фундаментално нова архитектура за космически кораб с атомна електроцентрала. Проектът е кръстен Прометей.
Новата концепция предлага изграждането на космически кораб с пълноценен реактор на борда, осигуряващ електричество, както и йонно-реактивен двигател. Такъв апарат може да намери приложение в изследователски мисии на дълги разстояния. Разработването на "Прометей" обаче се оказа изключително скъпо и резултатите се очакваха едва в далечното бъдеще. През 2005 г. проектът беше затворен поради липса на перспективи.
През 2009 г. разработването на подобен продукт започна в Русия. „Транспортният и енергиен модул“(ТЕМ) или „космически влекач“трябва да получи атомна електроцентрала от клас мегават, съчетана с йонно-двигател ID-500. Космическият кораб се предлага да бъде сглобен на околоземна орбита и да се използва за транспортиране на различни товари, ускоряване на други космически кораби и др.
Проектът ТЕМ е много сложен, което влияе върху неговата цена и срокове. Освен това имаше множество организационни проблеми. Въпреки това, към средата на десетите, отделните компоненти на TEM бяха извадени за тестване. Работата продължава и в бъдеще може да доведе до появата на истински „космически влекач“. Изграждането на такъв апарат е планирано за втората половина на двадесетте години; въвеждане в експлоатация - през 2030 г.
При липса на сериозни трудности и навременно изпълнение на всички планове, TEM може да се превърне в първия в света продукт от своя клас, пуснат в експлоатация. В същото време има определен запас от време, като същевременно се изключва възможността за навременна поява на конкуренти.
Перспективи и ограничения
Ядрените технологии представляват голям интерес за ракетната и космическата индустрия. На първо място, електроцентралите от различни класове могат да бъдат полезни. RTG вече са намерили приложение и са здраво закрепени в някои области. Пълноценните ядрени реактори все още не се използват поради големите им размери и маса, но вече има разработки на кораби с такова оборудване.
В продължение на няколко десетилетия водещите космически и ядрени сили разработват и тестват на практика редица оригинални идеи, определят тяхната жизнеспособност и намират основните области на приложение. Подобни процеси продължават и до днес и вероятно скоро ще дадат нови резултати от практически характер.
Трябва да се отбележи, че ядрените технологии не са получили широко разпространение в космическия сектор и тази ситуация е малко вероятно да се промени. В същото време те се оказват полезни и обещаващи в определени области и проекти. И именно в тези ниши вече се реализира наличният потенциал.
