Россия готовит ядерный двигатель для покорения космоса

В недавнем прошлом покорение космоса было прерогативой избранных стран, способных создать высокоорганизованные производственные цепочки на базе развитой промышленности и научных институтов. Однако сегодня в космосе уже тесновато.

Орбитальная станция теперь, например, есть и у Китая. После 2030 года китайцы хотят завести собственную лунную базу. К этому же времени на спутнике Земли хотят обосноваться европейцы. Даже индусы и японцы строят свои амбициозные планы по покорению космоса.

На орбите не протолкнуться — спутники запускают малазийцы, испанцы, индонезийцы и господа из Пакистана.

Но первопроходцев больше нет. Сегодня в кармане у каждого игрушка с вычислительными возможностями суперкомпьютера из 80-х годов и цветной фотокамерой с зумом, как у хорошего полевого бинокля, и создается впечатление, что не так уж и сложно сконструировать автоматическую двигающуюся платформу и с помощью технологий прошлого века запустить ее к Марсу.

«Луноход-1» на спутнике Земли, «Марс-2» и «Викинг-1» на Красной планете — это были прорывы 70-х годов XX столетия. Марсоход «Кьюриосити» в 2016 году — это уже, простите, банальность. Уже почти четыре десятилетия человечество топчется на месте, тщательно пережевывая результаты смелых открытий прошлого.

Не от того ли, что нация первопроходцев и колонизаторов вынуждена была на долгое время заняться наведением порядка в своих внутренних пределах, отвернув свой взор от звездных сфер?

Электрический ракетный двигатель

Что интересно, если в лице России человечество все еще использует химические ракетные двигатели, то в лице большинства других стран оно даже не сумело их разработать, а в случае со Штатами даже разучилось их строить. Технологическое развитие на планете, очевидно, неравномерно.

Меж тем химические ракетные двигатели безнадежно устарели. Если в качестве способа вывода полезного груза на орбиту они себя хоть еще как-то оправдывают, то человечество, устремляющееся хотя бы к Луне на струе топлива, — это смешно.

А ведь давно уже изобретены разнообразные электрические ракетные двигатели (ЭРД). Они, например, используются для корректировки орбиты искусственных спутников. Их удельный импульс варьируется в широком диапазоне от 10 до 210 км/с, в то время как удельный импульс химических ракетных двигателей едва ли превышает значение в 4500 м/c. Также они гораздо более экономичны в использовании топлива, чем ЭРД, однако имеют чрезвычайно низкую тягу, что не позволяет их использовать, например, для подъема большого количества полезной нагрузки с поверхности Земли. Зато они отлично себя чувствуют в космосе.

Удовлетвори чудовищную потребность ЭРД в электричестве, и он потащит тонны груза со скоростью, недоступной любой современной ракете. Однако, к сожалению, виду того, что на орбиту пока не провели газопровода и там нет залежей угля, для питания ЭРД используют солнечные батареи, весьма и весьма ограниченные по мощности выработки электроэнергии.

Ядерный реактор

Для ЭРД отлично бы подошел ядерный реактор в качестве электростанции по выработке электричества. Подобные устройства способны работать по десятку лет без перезагрузки топливом и благодаря последним разработкам получили изрядную автономность длительностью около года.

Единственная проблема заключается лишь в том, что ядерный реактор выглядит примерно так:

Фото: news.tpu.ru

Никто еще не создавал атомной установки достаточно малых габаритов, чтобы она сгодилась для работы в космосе.

Чтобы обеспечить высокую длительность службы при малых габаритах рабочей зоны, пришлось бы использовать высокообогащенный уран, из-за чего вырастет и температура эксплуатации - примерно до 1200 градусов Цельсия, тогда как сталь плавится при 1500 градусах. Для работы при таких температурах вода, которая используется в обычных реакторах, уже не подходит. Тут нужен особый теплоноситель типа гелий-ксеноновой смеси, а чтобы все это циркулировало, требуется особый материл, из которого будут изготавливаться трубы, — молибденовый сплав.

Ну и сам реактор, естественно, на быстрых нейтронах. 

Кстати, а кто у нас сейчас эксплуатирует реакторы на быстрых нейтронах? В мире осталось всего четыре научно-исследовательских реактора такого типа: два у России, один у Индии и еще один недавно мы помогли построить Китаю. Промышленных реакторов и вовсе только два, и оба у России. Остальные в США, Германии, Франции, Великобритании были закрыты, и там к идее их реинкарнации больше не возвращались.

В России тоже шли споры и дискуссии на тему того, зачем нам сложные, дорогие реакторы на быстрых нейтронах, если можно создавать обычные. Но тот, кто отказывается от научных изысканий, отказывается от будущего: главное преимущество быстрых реакторов в том, что топлива для них человечеству хватит на тысячи и десятки тысяч лет.

Ядерная энергодвигательная установка

Вот так получается, что Россия обладает технологиями, необходимыми для создания электрических ракетных двигателей — еще в Советском Союзе конструировались и испытывались самые разнообразные из них. Также мы умеем создавать компактные атомные установки, и мы лучше всех разбираемся в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Да и к тому же являемся одним из мировых лидеров в космической отрасли.

Но самое главное – у нас есть серьезная научная и промышленная база, для того чтобы все эти технологии воплотить в готовом изделии.

И вы знаете, мы так и сделали: с 2009 года в России разрабатывается ядерная энергодвигательная установка (ЯЭДУ) мегаваттного класса.

Мегаваттный класс — это характеристика ее мощности. Мы помним, что для развития электрическим ракетным двигателям нормальной тяги требуется серьезное количество электроэнергии.

В ближайшее время отдельные части установки отправятся на МКС, чтобы можно было провести испытания в реальных условиях космоса. В целом работы планируется завершить в 2018 году.

Прорыв

Так ли уж важен этот ЯЭДУ?

Полет до Марса на химических ракетных двигателях теоретически занимает полтора года в одну сторону. Обратно мы пока не можем вернуться даже в теории. Но если мы решим проблему с возвращением, такой трехлетний пилотируемый полет превратится в поход аргонавтов, только без золотого руна, но зато с превозмоганием и прочим героизмом. Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса же в составе соответствующего космического корабля позволяет обернуться примерно за три месяца.

Она же может быть использована для создания космического буксира, который будет способен возить грузы и людей с лунной орбиты на земную, причем не по трое суток, как на химических ракетных двигателях, а за 7–8 часов, словно из Санкт-Петербурга до Москвы на поезде.

ЯЭДУ найдется место и у Земли — чистить орбиты от космического мусора. Это, между прочим, прозаичная, но весьма серьезная в деле покорения космоса проблема.

Вперёд к звездам!

Понятно, что ядерная энергодвигательная установка — это только двигатель. К нему необходим еще космический корабль, создание которого требует не только применения разнообразных высоких технологий, но и очень и очень серьезных капиталовложений.

Хорошая задача для России и стран БРИКС, не правда ли?