Буксир в невесомость

Буксир в невесомость

Многие советские ученые и инженеры мечтали о создании мощной энергодвигательной установки для продолжительных космических полетов и эффективной работы на орбите. Скоро их мечты осуществятся. Глава Роскосмоса, Владимир Поповкин, заявил, что уже в 2017 году в России был выпущен образец ядерной энергетики мегаваттного класса, который будет применен для межпланетных миссий. В 2018 году уже прошли первые испытания ядерного редактора для последующего его использования в этих целях. Далее мы остановимся на краткой предыстории этого вопроса и этапах развития.

В 2010 году вышло распоряжение президента Российской Федерации Дмитрия Медведева продолжать разработке по проекту космического транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на базе ядерной энергетической установки мегаваттного класса. Было запланировано несколько десятков мероприятий в этой сфере, и выделено свыше 17 миллиардов рублей на реализацию поставленных целей в период с 2010 по 2018 год. Около 7,2 миллиардов рублей отдано на разработку реактора, 4 миллиарда – на создание ядерно-энергетической системы, и почти 6 миллиардов – на окончательное формирование рабочей установки и всего транспортно-энергетического модуля. Как видим, на этот проект возлагались особые надежды.

Руководство «Росатома» считает этот проект весьма успешным. Того же мнения придерживались и другие видные деятели космической отрасли. А как оценивают ситуации непосредственные участники, все те, кто работают над созданием реактора и ядерно-энергетической установки? Особенно сейчас, когда в Интернете ходят слухи о кризисе и неудачах Роскосмоса? Чтобы ответить на эти вопросы, мы встретились с гендиректором РАН Анатолием Коротеевым. Он исполняет функции лидера проекта ТЭМ, а также является главой этого направления – под его руководством проводятся основные работы по формированию конечного облика транспортно-энергетического модуля.

Совместная работа

- Анатолий, можете уточнить, кто и за какие аспекты отвечает в этом проекте?

- Лично я руковожу «Центром Келдыша», который отвечает за создание ядерной энергодвигательной установки. Мы работаем по основным производственным и инженерно-техническим вопросом, а также решает все возникающие в ходе работ проблемы. Также есть головной центр, занимающийся разработкой ядерного реактора, НИКИЭИ и Ракетно-космическая корпорация «Энергия», специализирующаяся на самом транспортном модуле.

- Я так понимаю это три главных звенья. А кто еще работает над данным проектом, может быть какие-то дополнительные структуры или научные центры?

- Одним из ключевых принципов всего этого проекта является кооперация предприятий «Росатома», которые отвечающая за создание реактора, а также научно-исследовательских центров Роскосмоса, которым поручена разработка и производство генераторов, двигателей и турбокомпрессоров. Проект базируется на научных наработках прошлых лет. Так, например, в изготовлении реактора применяются достижения Подольского научно-исследовательского института и Курчатовского центра. Для замкнутого контура были использованы наработки «Центра Келдыша» и воронежского КБ химической автоматики. Также для создания генератора привлекаются специалисты и научные работники Института электромеханики.

- Анатолий, вы руководите межведомственной рабочей группой. Какие вопросы она решает и как часто возникают проблемы при реализации данного проекта?

- Встречи проводятся один или два раза в месяц, в зависимости от необходимости. Мы стараемся решать вопросы сразу же, однако бывает и так что приходится дожидаться результатов других исследований. В прошлом месяцы важным вопросом было изучение преимуществ и недостатков разных видов конструкции холодильника-излучателя, необходимого для отвода тепла от реакторной установки в процессе полета, а также в безвоздушном пространстве. В результате мы договорились провести несколько натурных испытаний реактора.

Новая рабочая схема

- Всем известно, что разработки ядерных ракетных двигателей в СССР и США выдвигались еще в 60-х годах XX века. Чего удалось достигнуть за это время? Какие проблемы и неудачные проекты были? И есть ли варианты усовершенствования существующих систем?

- В СССР были предприняты первые попытки использования ядерной энергии в космосе. Да, успешные наработке в этой отрасли были и в 60 и в 70-е годы прошлого века, причем как у нас, так и за рубежом. Однако многие из них требовали пересмотра, что и было сделано. В первую очередь было необходимо создать ракетный двигатель, у которого использовался бы нагрев водорода до 3000 градусов. Сделать это оказалось не так просто, как ожидалось. Добиться большей тяги удается лишь на короткое время, при этом потом мы выбрасываем струю, которая при нештатной работе чаще всего радиоактивно заражена. За все это время ни в России, ни в США не было разработано действительно надежного двигателя. Также возникли экологически проблемы, так как при испытании двигателей радиоактивные струи выходили в атмосферу. Раньше такие работы проводились в Семипалатинском полигоне в Казахстане.

- Получается, что основные проблемами были запредельная температура и выброс радиации?

- В принципе, да. В любом случае работы были прекращены, либо же приостановлены на неопределенный срок. По моему мнению, возвращаться к старой программе и возобновлять испытания со всеми их минусами было бы неразумно. Мы стали работать по совершенно иной схеме. Для сравнения приведем отличия гибридного автомобиля от обычного. В обычной машине двигатель крутить колеса, а в гибридной – двигатель выбрасывает электроэнергию, которая уже приводит колеса в движения.

То есть появляется еще один, дополнительный компонент, промежуточная электростанция. По нашей схеме космический реактор не нагревает струю, а вырабатывает электричество. Поступающий из реактора газ приводит в движение турбины, которая в свою очередь задействует компрессор и электрогенератор – получается, так называемая циркуляция рабочего объекта по замкнутому контуру. Генератор при этом создает электричество для плазменных двигателей с удельной тягой в разы больше (в 15-20 раз в зависимости от версии двигателя) чем для химических.

- Какая-то сложная схема, напоминающая мини-АЭС в космическом пространстве. Каковые ее преимущества и есть ли недостатки по сравнению с прямоточным ядерным двигателем?

- Преимущество состоит в том, что воспроизводящаяся струя не радиоактивная, так как реактор пропускает иное рабочее тело, расположенное в замкнутом контуре. Помимо этого, не требуется нагревание водорода до максимально возможных температур – инертное рабочее тело в реакторе нагревается до 1500 градусов. Это более упрощенная система, которая к тому же позволяет увеличить удельную тягу в целых 20 раз в сравнении с химическими аналогами. Еще одним плюсом является то, что больше не нужны финансово затратные и сложные в организации натурные испытания. Все испытания можно проводить в Российской Федерации, не задействуя другие регионы и страны постсоветского пространства.

Финансирование и организация проекта

- Для реализации такого масштабного проекта нужно довольно много времени, сил и, конечно же, денег. Чтобы выполнить поставленные задачи точно в срок, используются ли какие-либо дополнительные организационные и финансовые средства? Может быть от Роскосмоса, правительства РФ или коммерческих структур?

- Как известно, на реализацию проекта в период с 2010 по 2018 год было выделено 17 миллиардов рублей. В результате поступила сумма в меньше размере, однако ее вполне достаточно для научно-технических разработок в ближайшие пять лет.

- Есть ли подобные проекты в других странах? И насколько успешные американские разработки?

- Несколько месяцев назад я встречался с заместителем главы НАСА, мы обсудили актуальные вопросы развития отрасли, а также проблемы, связанные с началом работ по ядерной энергии в космосе. Представитель НАСА заявил, что для США заинтересованы в возобновлении старых проектов. Однако больше узнать не удалось. Возможно, что в Китае ведутся аналогичные нашим разработки. Поэтому тянуться с реализацией этого проекта точно не стоит. Эффективной была бы международная кооперация, но о ней еще рано говорить. Вероятнее всего, будет созвана международная рабочая группа по ядерно-космической энергоустановке, подобная существующей сейчас программе «управляемого термоядерного синтеза».

Взгляд со стороны

По мнению Эдварда Кроули, главным вкладом российских ученых и инженеров при подготовки международной экспедиции к Марсу является создание мощных и надежных ядерных двигателей, а также современных подходы ускоренной адаптации космонавтов к суровым условиям. Как и многие отечественные специалисты, Кроули уверен, что только кооперация международных экспертов в этой области позволит осуществить полет на Марс. Совместные силы США, России, Европейского Союза и Китая дают возможность говорить о технологическом прорыве. Российский опыт в сфере создания ядерных двигателей был бы очень полезен, не менее важным также считаются наработки в освоении ядерных технологий.

Важно

Разрабатываемый транспортно-энергетический модуль на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса позволяет увеличить уровень энергообеспечения космических аппаратов в 30 раз, а также существенно сэкономить на расходе топлива маршевой двигательной установки. С помощью новейшей космической установки можно решить целый спектр научных задач современности. Это и защита земли от астероидов, и доставка грузов на орбиту, и изучение поверхности Луны и многие другие научно-исследовательские миссия в космосе.

Пессимистический взгляд

- Это просто невероятно! За тридцать лет СССР и США не смогли закончить свои испытания ядерного двигателя, потом был долгий этап затишья, и сейчас все сразу ринулись сотрудничать, и во главе всего этого Роскосмос, который обещает всего за три года открыть путь к Марсу и другим планетам. Что же нам остается делать? Или уже сейчас копить деньги, чтобы переехать на Марс, как это обещает Илон Маск?

Дополнение к истории вопроса

Первые идеи использования ядерных двигателях в космических аппаратах появились в 60-е годы прошлого века. Под руководством академиков Сергея Королева, Игоря Курчатова и Мстислава Келдыша были созданы космическая и атомная программа, которая специализировалась на решении данной задачи. Подобные разработки были начаты и в США. Однако ракеты с ядерными двигателями так и не появились. Известно, что за 20 лет работы советские специалисты провели более 30 испытаний космических аппаратов с ядерными энергоустановками. Такие установки имели свои недостатки, в частности недостаточную мощность и небольшой срок эксплуатации.

В конце 80-х годов было принято решение не запускать больше подобные спутники. Однако за последние несколько лет ситуация изменилась, и возможно усилиями Роскосмоса и «Росатома» старые запреты будут сняты. Так, например, глава РКК «Энергия» Виталий Лопота отметил, что подобные космические корабли должным быть испытаны на орбитах, где нет возможности их падения. Он уверен, что создание термоэмиссионных энергоустановок с мощностью от 150 киловатт требует лишь времени, а все необходимые научные разработки уже существуют, то есть подготовка к выпуску орбитальных спутников идет полным ходом.