Русский ядерный двигатель для космического корабля: Миф или ближайшее будущее?

Российская ракета с ядерной двигательной установкой может отправиться в космос на испытательный полёт уже в этом году. Об этом Царьград информировал доверенный источник, знакомый с ситуацией в русской космической отрасли.

Технически там всё практически ясно, — рассказал специалист, знакомый с научной стороной проблемы. — Схема двигателя понятна, ионный прототип с хорошим удельным импульсом разработан, изготовлен и испытан на стендах. Есть представление о ракете в целом, кое-что тоже испытывается. Если поднапрячься, изделие может быть отправлено для испытаний в реальном космосе достаточно быстро, не исключаю, что и в нынешнем году, хотя говорят в целом о двадцатых годах.

Но это всё — именно «может быть», со вздохом дополнил учёный. Ибо сегодня в космической отрасли и с исполнительной дисциплиной, мягко говоря, есть сложности, и в целом отмечаются метания, интенсивность которых, также мягко говоря, набрала слишком размашистую амплитуду…

Совещание о ракетоплане

Вовсе не случайно, отметил источник, что недавно была организована утечка информации о совещании в «Роскосмосе», где прозвучал призыв готовиться к переходу космонавтики на ракетопланы с ядерной двигательной установкой.

Согласно сообщению, вышедшему в РИА Новости, совещание по перспективам создания многоразовой ракетно-космической техники, состоявшееся в госкорпорации, завершилось составлением предложения для предприятий, в котором значилось «рассмотрение принципиально новых компоновок» для многоразовых космических систем. Среди этих компоновок упоминались также и «ракетопланы с ядерной двигательной установкой».

Ракетопланы, разъяснил информатор Царьграда, — если это, правда, не всего лишь словцо, полюбившееся «эффективным менеджерам», как не без яда добавил он, — это практически космические самолёты, умеющие летать в атмосфере и поднимающиеся в космос на крыльях. Неслучайно в контексте новости о совещании в «Роскосмосе» упоминались многоразовый корабль «Буран», орбитальный самолёт «Бор», многоразовые крылатые ускорители «Байкал» для ракеты «Ангара».

«Буран». Фото: www.globallookpress.com

Иное дело, что подобные аппараты не обязательно должны летать на ядерных двигательных установках, как не летал, например, тот же «Буран». Но факт и то, заявил учёный, что нынешние химические ракетные виды топлива практически близки к исчерпанию энергетического потенциала и на них невозможна межпланетная космонавтика. То есть ждать по году, а то и по десятилетию, покамест автоматические зонды доберутся до Марса, Юпитера или объекта Ультима Туле в поясе Койпера, — это можно. Сидя в своей лаборатории или дома под надёжным укрытием атмосферы и земных магнитных полей от опасных космических излучений. Но вот отправляться в полуторагодичный полёт на Марс без возможности сманеврировать и в случае чего вернуться — это слишком большой риск при слишком небольших шансах на успех.

Мы ещё автоматические зонды с Марса не научились возвращать, — подытожил консультант Царьграда в космической сфере. — Где уж думать о том, как вернуть корабль с людьми, летящий, по сути, как камушек, практически неуправляемый в полёте.

Фото: www.globallookpress.com

Корабль с ядерным двигателем

В чём принципиальная разница между нынешними ракетами с химическими двигателями и транспортно-энергетическими модулями на основе ядерной энергодвигательной установки?

Первые похожи на набор цистерн с топливом, которые поднимают корабль на орбиту, это топливо вырабатывая, а «цистерны» отбрасывая. Эта схема действует уже 70 лет и стала за это время достаточно отработанной и надёжной. Но! Чем сложнее техника, чем больше в ней деталей — тем быстрее случается её отказ. Как ни совершенствуй и ни контролируй её. Даже без злого умысла — чистая статистика, закон больших чисел. Что погубило, скажем, советскую лунную программу в 1960-х годах? Да в значительной степени то, что синхронизировать работу 30 двигателей первой ступени, 8 — второй и 4 — третьей было задачей непосильной для тогдашней техники.

Но и в случае удачного сложения всех обстоятельств выведенное на орбиту изделие оказывается с очень ограниченным запасом топлива, не позволяющим совершать полноценные манёвры в космосе. То-то вон и МКС приходится поднимать, чтобы не соскользнула с нужной орбиты, с помощью дополнительного топлива и транспортных кораблей. А теперь представим, что будет делать подобная МКС возле Марса. И как её уводить оттуда?

А вот ядерная энергодвигательная установка от таких проблем практически свободна. Главное только — не перепутать: одно дело — двигатель для неё, другое — энергетика для двигателя. Энергетику обеспечивает ядерный реактор, который даёт электрический ток. Считается, что мощность тока должна быть не менее чем на мегаваттном уровне.

Фото: Billion Photos / Shutterstock.com

А вот двигатель — система отдельная, которая на этом токе и работает. В той системе, над которой российские специалисты работают как минимум с 2009 года, двигатель используется ионный. Точнее, не совсем, но принцип, в общем, один — плазменный. Между двумя электродами — анодом и катодом — размещена рабочая камера, в которую подаётся рабочее тело — например, газ ксенон. Между анодом и катодом устраивается большая разность потенциалов, и разряды тока ионизируют рабочее тело. Ионы эти разгоняются в нужном направлении, толкая космический корабль в противоположную сторону.

Но нужен также холодильник, чтобы охлаждать реактор. Тоже не без подвоха система, хотя, казалось бы, какой нужен холодильник, раз вокруг — вакуум и абсолютный нуль? Но вот как раз именно из-за того, что пустота теплоотводными качествами не обладает, пришлось конструкторам изобретать нечто вроде постоянной водной смеси вокруг реактора.

Мы — первые!

Дальнейшие технические подробности не очень интересны. Можно сказать лишь, что российским учёным и конструкторам удалось сделать огромную по сложности работу. Как по замыслу, так и по исполнению. Американцам, которые тоже корпели над этой темой, не удалось за долгие годы даже приблизиться к созданию реактора, стабильно работающего в космосе. После чего джентльмены поступили так, как им и положено: добились решения ООН по запрету использования ядерных энергодвигательных установок в космосе. Дело было при… нетрудно догадаться: Горбачёве.

Так что ждём предметных возмущений от американцев, когда дойдёт дело до испытаний ЯЭДУ в космосе…

В чём основные преимущества и недостатки ядерных двигательных установок? Удобство — в обращении с рабочим телом и в его хранении. Это всего лишь нейтральный неопасный газ в жидком или твёрдом виде. Очень долгий срок службы: время непрерывной работы такого двигателя — проверено — составляет более 3 лет.

Высокая тяга: плазменный двигатель в 20 раз превосходит по этому показателю двигатель химический. Высокий удельный импульс: у ионного двигателя ИД-500, сделанного в Центре имени М.В. Келдыша, удельный импульс составляет 70 000 м/с. Но вообще ионы могут разгоняться под действием тока до скоростей большее 200 км/с (у химических двигателей — 3-4,5 км/с). Благодаря всему этому до Марса можно долететь за полтора месяца при полностью управляемом режиме.

И всё это — на расстоянии вытянутой руки! Россия может стать первой страной, не просто отправившей человека к Марсу, но первой в переходе на качественно новый способ передвижения в космосе!

Может. Но станет ли?

«Ничего комментировать не могу…»

В разговоре с Царьградом очень информированный эксперт в области космических исследований академик Михаил Маров, когда-то сам принимавший участие в разработке межпланетных космических аппаратов, продемонстрировал скепсис относительно перспектив скорого испытания русского космического корабля с ядерной двигательной установкой.

Академик РАН, заведующий отделом планетных исследований и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Михаил Маров. Фото: Георгий Поляков/Интерпресс/ТАСС

Дело в том, что я бы мог вам комментировать более или менее ответственно, если бы дело шло о советской эпохе, — заявил он. — Вот тогда было всё, в общем, довольно чётко, хотя и много было секретности. Но то, что было решено, довольно чётко выполнялось. Сейчас же я ничего комментировать не могу. Потому что все планы сегодня уползают вправо, причём никто за это ответственности не несёт. Хотя эти проекты, скажем, «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» — всё это в федеральной космической программе. А тогда, если проект был в аналоге федеральной программы, то есть назван в постановлении ЦК и Совмина, то если генеральный или главный конструктор говорил, что он изделие вовремя не может сделать, ему говорили очень коротко и спокойно: ну, тогда положишь на стол партбилет. И это, как вы понимаете, было настолько значимо с точки зрения крушения карьеры, что люди делали всё, что могли и не могли, чтобы выдержать плановые сроки.

Вот жил в своё время конструктор Георгий Бабакин, напомнил академик Маров. Это человек, который за шесть лет сделал 16 космических аппаратов!

«При мне он обещал Келдышу сделать за два года возврат грунта с Луны, — рассказал учёный. — И это вошло потом в постановление ЦК и Совмина. И это было сделано. А вот сейчас, когда вы меня спрашиваете, я был бы очень-очень рад сказать: да, всё великолепно. Всё, что и как заявлено, будет сделано. Но я не могу так сказать».

Так что хорошо то, что делается. Но нашему космосу сегодня больше всего нужна простая метла. Которая подчистила бы все те горы мусора, полуправд и пустозвонства, которые скопились в отрасли за последние десятилетия.

Ядерный ракетный двигатель

Классификация ядерных ракетных двигателей

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

ЯРД NERVA

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году.

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года.

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с. Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Примечания

  1. Паневин, Прищепа, 1978.
  2. Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. Loura Hall. «Nuclear Thermal Propulsion: Game Changing Technology for Deep Space Exploration». nasa.gov. 2018-05-25.
  16. В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  17. Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  18. В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  19. Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  20. Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  21. В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  22. Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  23. Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  24. В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  25. АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля

Ссылки

  • Космические двигатели третьего тысячелетия
  • Звёздный ЯРД России
  • РД-0410 (на английском языке)
  • НАСА переосмысливает ядерные и солнечные направления космической энергетики
  • Ядерный ракетный двигатель времен СССР
низковысотные ЖРД

НК-9 • НК-15 • НК-31 • НК-33 • НК-39 • РД-107 • РД-108 • РД-170 • РД-171 • РД-173 • РД-171МВ • РД-175 • РД-180 • РД-191 • РД-193 • РД-253 (РД-275) • РД-270 • РД-701 • С2.253

высотные ЖРД

НК-43 • РД-8 • РД-0110 • РД-0120 • РД-0124 • РД-0150 • РД-0237 • РД-210 • РД-211 • РД-213 • РД-214 • РД-120 • РД-250 • РД-301 • КДУ-414 • РД-857 • РД-0146

ЯРД

1 · 2 · 3 · 4

По корпусу:

Корпусной ядерный реактор · Канальный ядерный реактор · Гомогенный

По регуляции:

  • Вода — Сверхкритический водоохлаждаемый · Водо-водяной (Кипящий) · на растворах солей
  • Тяжёлая вода — Тяжеловодный
  • Графит — Графито-газовый (Магноксовый · С гранулированным топливом · Сверхвысокотемпературный) · Графито-водный (С водой под давлением/Кипящий) · на расплавах солей
  • Саморегуляция активного вещества: Реактор на быстрых нейтронах (с жидкометаллическим теплоносителем (Со свинцовым) · На бегущей волне · Газоохлаждаемый · SSTAR · Интегральный)

Инерциальный синтез

Инженерия Ядерная физика · Деление ядра · Термоядерная реакция · Излучение · Ионизирующее излучение · Атомное ядро · Ядерная безопасность · Ядерная химия
Материалы Ядерное топливо (Отработанное · Сырье) · Ядерный топливный цикл
Торий · Уран (Обогащение урана • Обеднённый уран) · Плутоний · Дейтерий · Тритий · Гелий-3 · Литий-6
Ядерная энергетика Главные темы Поколения реакторов Типы реакторов
Ядерная медицина Медицинская визуализация Терапия
Ядерное оружие

Рубрики: IT

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *