Учени от Софийския университет предлагат летателен апарат с ядрена енергия, който да обикаля Юпитер. Тази идея може да бъде "ключът към междузвездното изследване" според изданиeто Popular Mechanics. 

Юпитер е уникално подходящ за този вид изследване, защото планетата може да се похвали с няколко характеристики, които я правят особено устойчива срещу човешка намеса. Това твърдят български учени в нова статия на разположение  на сървъра за препринти rXiv. Работата им е получила одобрение и скоро ще бъде публикувана в рецензирано списание.

Учените казват, че предлаганият от тях „субатмосферен“ самолет, проектиран да работи най-добре в атмосферата на газовите гиганти, може да пробие нова земя за съобразени космически кораби. Колко близо сме до летенето около Юпитер?

Нека разгледаме газовия гигант.

Случаят с Юпитер е прост, пишат учените от Софийския университет в статията си:

"Сред планетите на Слънчевата система и техните спътници Юпитер е подходяща цел за изследване, тъй като разполага с гъста атмосфера, подходяща за аеродинамичен полет, няма твърда повърхност, която да може да бъде замърсена след края на мисията, а атмосферните данни за проектирането на летателен апарат е лесно".

Основните близки цели на човечеството за космически изследвания са Луната и Марс, които почти нямат атмосфера. Ако там се изградят обитаеми бази, едно от големите предизвикателства ще бъде транспортът между различни точки на тези чужди космически тела.

Атмосферата на Юпитер, от друга страна, е толкова дебела, че всъщност може да се лети с обикновени самолети.

И докато основните усилия на научната общност са насочени към осъществяването на пилотирани мисии към Марс и Луната, което е изключително трудна за изпълнение задача, работата на колектива създава и обосновава ново направление на космически изследвания - авиационни наблюдения в атмосферите на други небесни тела.

Юпитер е толкова далеч от Слънцето, че не можем  да разчитаме на слънчевата енергия за задвижване на самолет в атмосферата. Нито можем да разчитаме на горенето, което изисква кислород - атмосферата на Юпитер е 90% водород, а той образува експлозивна смес с кислорода. Тогава изследователите предлагат задвижване от типа „ядрена батерия“, чието гориво може да издържи десетилетия и което не изисква кислород или слънчева светлина:

Ядреното гориво има изключително висока енергийна плътност, която позволява месеци, ако не и години, устойчив полет, преди горивото да се изчерпи. За разлика от химическото горене, ядрената реакция не разчита на кислород за производство на топлина. Това дава възможност за полет в анаеробна атмосфера и без необходимост от носене на окислител.

Двигателят може да бъде проектиран като правоточен въздушно-реактивен двигател, тип реактивен двигател, при който всмуканият за горене въздух се компресира единствено от свръхзвуковото движение на самолета напред, няма нужда от турбокомпресор за тяга, което има редица предимства - има малко движещи се части, което свежда до минимум риска от механична повреда и е лек. Последното е от първостепенно значение, като се имат предвид възможностите на ракетите-носители и разходите за доставка на всеки килограм в орбита на други планети, отбелязват учените от Софийския университет.

Предложеният от българските учени проект за двигател се нарича NPRE (Nuclear-Powered Ramjet Engine).

Схема на NPRE: Принципът на работа на двигателя разчита на свръхзвукова компресия. По време на полета атмосферният газ навлиза в двигателя през свръхзвуковия вход 2, където се забавя чрез поредица свръхзвукови удари. Газът продължава да се нагнетява в дифузора 3 преди да влезе в топлинната камера, където се нагрява от реактора до проектната температура 4. Горещият, силно компресиран газ преминава през дюзата 5 и впоследствие се ускорява до висока свръхзвукова скорост, произвеждайки тяга. Кредит: Flight in the Jovian Stratosphere – Engine Concept and Flight Altitude Determination, Nedislav S. Veselinov et al.

Юпитер е и единственото място, което има смисъл да се изследва по този начин, смятат българските учени.

Защо?

Тъй като използването на ядрен самолет при положение, че все някога ще падне на скалиста повърхност, означава, че автоматично ще замърси друга планета с радиоактивни материали.

В случай на скалисти обекти с плътна атмосфера като Венера и Титан, съществува моралната пречка да се използва ядрена енергия за аеродинамичен полет, тъй като самолетът в крайна сметка ще падне на повърхността и ще замърси [местната] екосистема с радиоактивен материал. Тези съображения правят газовите гиганти подходящ вариант за такава мисия. Те се отличават с дебела атмосфера без твърда повърхност и са особено интересни за изследване поради наличието на време и различни атмосферни явления.

Правейки прости първоначални проучвания на Юпитер, учените биха могли да научат много за самата планета и технологията в първия самолет на Юпитер. Всъщност, обясняват българските изследователи, мисии като тази могат да бъдат от ключово значение за използването на ресурсите на място - означаващо добив и производство на гориво за обратното завръщане към Земята например или за заселниците, които планират да останат на други планети дългосрочно.

Необходим е само почти обикновен самолет с ядрено задвижване, заключава Popular Mechanics за плана на българските учени.

Ядрото на екипа са няколко български млади учени.

Недислав Веселинов е завършил физика в СУ, а после - самолето- и вертолетостроене в Московския Авиационен Институт. Има 5 години опит като инженер-проектант в руското самолетостроене. И още 5 години стаж пак като инженер-проектант в българската индустрия, работил е и в Sensata,  голяма междунарожна корпорация. В момента е докторант във Физическия факултет на СУ

Мартин Караниколов е завършил самолето-строене в ТУ - София и аеро-космическо инженерство в Мюнхенския Технически Университет. Над 10 години работи като специалист по аеродинамика в различни международни компании. В момента е главен специалист за Европа в компанията Jacobs Ltd., като създава тестови съоражения за НАСА.

Владислав Шишкин е завършил самолето- и вертолетостроене в Московския Авиационен Институт. Работил е две години в самолетостроителната корпорация Туполев, а от две години работи в България за българската компания Niki Rotor Aviation като главен инженер-конструктор. Той е руски гражданин, работещ в страната като високо-квалифициран специалист.

Научни ръководители са:

Доц. Димитър Младенов - теоретичен физик. Преподавател във ФзФ на СУ. Работил в наши и чуждестранни научни институции

Доц. Пламен Петков - специалист в областта на ядрената физика. Преподавател във ФзФ на СУ Разработва ядрената топлинна камера на самолета. Работил е за АЕЦ Козлодуй и за наши и чужди научни институции.

Доц. Пламен Данков - специалист в областта на комуникационните технологии. Преподавател във ФзФ на СУ. Разработва методите за комуникация с извънземен самолет. Работил е за наши и чужди компании разработващи комуникационни технологии. За съжаление доц. Данков ни напусна в края на 2020, в следствие на усложнения от КОВИД-19.

Към групата работят и двама студенти от магистърската програма Авио-космическо инженерство и комуникации. Това са студентите Христо Гелов, разработващ комуникацията със самолета и Траян Кузманов, който работи по електрониката на летателния апарат

Справка: Flight in the Jovian Stratosphere – Engine Concept and Flight Altitude Determination. 
Nedislav S. Veselinov, Martin N. Karanikolov, Vladislav V. Shihskin, Dimitar M. Mladenov
Sofia University “St. Kliment Ohridski”, Sofia, Bulgaria, https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2009/2009.08307.pdf

Източник: The Nuclear-Powered Aircraft That We'll Use to Explore Jupiter, Popular Mechanics