Из самого названия "ядерный реактивный двигатель (ЯРД)" может создаться впечатление, что на космический корабль устанавливается ядерный реактор, который и испускает реактивную струю, приводящую в движение аппарат. Это вовсе не так. Реактор на самом деле используется для выработки потребного количества электромагнитной энергии. То есть, по сути, ЯРД являлись электрическими.
Принцип их действия основан на преобразовании электромагнитной энергии в кинетическую энергию реактивного выброса, так называемого рабочего вещества превращенного в сильно нагретую плазму. Это вещество именовалось тяговой реактивной массой (ТРМ) или просто тяговым наполнителем (ТН). Тяга космического аппарата достигается за счет двух слагаемых - скорости выбрасываемых через сопло частиц реактивной струи и их совокупной массы. По-другому это называется удельным импульсом тяги, измеряемом в м/сек или км/сек. Максимальный импульс самых мощных химических ракетных двигателей, использующих реакцию соединения водорода с кислородом, составляет не более нескольких километров в секунду, представляя собой на выходе обыкновенный водяной пар. Скорости истечения плазменного реактивного выброса составляют уже десятки, сотни и даже тысячи километров в секунду. В теории, такие двигатели способны позволить космическим аппаратам развивать околосветовые скорости подобно тому, как в наше время до таких скоростей разгоняются субатомные частицы в ускорителях элементарных частиц. В прошлом, особенно в фантастических романах, их часто именовали общим названием - "ионные двигатели". Вообще-то ЯРД были известны еще в 20 – 21 веке. Причем не только теоретически, но и с успехом применявшиеся на практике уже тогда, в космических полетах различных небольших автоматических станций, зондов и спутников. Да и разнообразие типов ЯРД было немаленьким (здесь имеются в виду как теоретические, так и практические разработки) – ионные, плазмодинамические, электродуговые, холловские и другие. Движители более отдаленного будущего являлись некой комбинацией разработок прошлого. Вначале, в качестве рабочего вещества использовались в основном различные инертные газы. Основным препятствием к серьезному применению ЯРД в то время служила их весьма маленькая мощность и недостаточная энерговооруженность. Мощность, как известно, есть работа (или приложенная сила) совершенная в единицу времени. Хотя продукты истечения в ЯРД имели скорости несравнимо большие, чем у химических ракет, их плотность и масса оказывались существенно меньше. Поэтому мощность первых двигателей была почти никакой. Ускорение, которое они могли придать маленькому космическому аппарату, не превышало сотых долей 1 ЖЕ. Посему аппараты разгонялись очень и очень долго, а их полезная нагрузка была весьма ограниченной. Химические ракеты-носители, сжигая миллионы литров горючего и окислителя за очень короткое время, конечно же, развивали мощность несоизмеримо более высокую. Вся эта масса выбрасывалась через сопло, и быстро, с большим ускорением двигала корабль. Однако время работы таких двигателей составляло лишь считанные минуты. Недостатки данного способа космических полетов очевидны – огромная масса необходимого топлива, дороговизна, сложность и опасность в эксплуатации. Но самое главное - принципиальная физическая невозможность развития нужных скоростей, ограниченных скоростью истечения реактивной струи, не превышающей нескольких километров в секунду. Максимально, со всеми ухищрениями, типа гравитационных маневров (когда, для набора скорости используется поле тяготения планет), аппараты на химической тяге могли достигать скорости не более 20 – 30 км/сек. Поэтому полеты даже до относительно близких, внутренних планет земной группы, длились месяцами и годами, не говоря уже о планетах внешних. Для настоящего освоения космоса химические двигатели не годились, они морально устарели уже в первой половине 21 века. Поэтому именно ЯРД не обладающие данными недостатками и при условии решения описанных выше проблем, смогли бы обеспечить человечеству массовый выход в пространство Системы. Суть задачи, как всегда, заключалась в одном и том же – в количестве вырабатываемой энергии. Так, наиболее энергопроизводительное химическое топливо могло выработать от силы 3 x 104 кДж/кг.
Но с появлением принципиально новых, очень мощных ядерных реакторов деления, а также революционных термоэлектрических преобразователей (систем преобразующих тепло атомного распада в электромагнитную энергию) удалось достичь показателей порядка 5 х 108 кДж/кг, и даже 5 х 109 кДж/кг, то есть в десять - сто тысяч раз больших!
Тягового наполнителя таким ходовым установкам требовалось несравнимо меньше, чем горючего ракетным двигателям прошлого. Не в пример химическим, эти двигатели могли работать очень длительное время, имея при этом весьма высокий КПД. Таким образом, благодаря достижениям технического прогресса (особенно в области ядерной энергетики), основные проблемы ЯРД постепенно решились. Но об этом уже говорилось. Новые реакторы обеспечивали космические корабли все большей энергией, становясь в свою очередь все более компактными. В качестве тягового наполнителя вместо инертных газов, стали использоваться другие вещества с большой плотностью, достигаемой специальной обработкой. Это сразу увеличило удельную массу реактивного выброса в единицу времени и соответственно тяговооруженность. Некоторые образцы уже вполне могли развивать ускорения в несколько единиц, а резервуары для ТН требовали все меньшего объема. Теперь тяговый наполнитель в основном представлял собой некую суспензию тончайшего порошка, состоящего из частиц микроскопического размера. Некоторые разновидности ко всему прочему, в зависимости от приложенной к ней определенной суперпозиции электромагнитных полей, могли себя вести и как жидкость, и как твердое тело, и как газ. Вообще, работа по расширению области используемых материалов для производства ТН, сопряженная с унификацией способности двигателей работать на разных их видах велась постоянно. Впоследствии родился целый класс специально предназначенных для этого устройств – "конверторов ТН", позволяющих изготовлять реактивную массу чуть ли не из подручных материалов. А это естественно повышало рентабельность космических аппаратов в целом. Уже в 22 веке вся космическая техника имела ядерные реакторы различной мощности, являющимися ее главными источниками энергии, а верхний предел скоростей полетов внутри Системы неизмеримо увеличился.