Линки доступности

А вместо сердца… ядерный мотор

  • Юрий Караш

Межпланетный орбитальный комплекс

Межпланетный орбитальный комплекс

На атоме за пределы лунной орбиты

14 мая 2012 года президент Сколковского института науки и технологий (SkTech), в прошлом член Консультативного комитета НАСА по пилотируемым полетам Эдвард Ф. Кроули (Edward Crawley) выступил в МГУ с лекцией «Пилотируемая космонавтика в США: прошлое, настоящее и будущее». В ходе нее он, по сообщению официального сайта российского Центра имени Келдыша (основного разработчика ядерных установок для космических аппаратов и кораблей) подчеркнул, что ни одна страна не в силах самостоятельно осуществить пилотируемый полет к Марсу, поэтому должны объединить усилия все космические державы.

Кроме того, Кроули, как информирует данный сайт, отметил, что «НАСА будет просто не обойтись без большого опыта России по созданию ядерных двигателей для космических кораблей». И вполне возможно, что в будущем к Марсу отправятся именно на таких двигателях.

Наивность или политкорректность?

Трудно сказать, откуда у господина Кроули взялась убежденность, что до Марса ни одна страна самостоятельно не долетит, а потому, лишь «взявшись за руки», космические державы смогут добраться до Красной планеты. Если бы к настоящему времени люди еще только готовились к полету на Луну, то наверняка нашлись бы те, которые пугали бы «астрономической стоимостью» подобного предприятия, а потому призывали бы к объединению интеллектуальных, производственных и экономических ресурсов космических государств ради его осуществления.

Действительно, на пике финансирования программы «Аполлон» бюджет НАСА в середине 1960-х годов достигал 4,5% от федерального бюджета США. Сумма весьма немаленькая, особенно если учесть, что в то время Америка вела войну во Вьетнаме. Тем не менее, Соединенные Штаты нашли экономические ресурсы, чтобы успешно реализовать данную программу.

Конечно, найдутся скептики, которые возразят: пилотируемый полет к Марсу намного сложнее, чем к Луне. И будут правы. Но при этом они упустят один очень важный момент: подготовить и осуществить в 1960-е годы экспедицию на Луну вряд ли было намного технологически и финансово проще, чем спустя полвека после этого достижения – на Марс. Классический пример – компьютеры. В 1960-е годы один компьютер занимал целую комнату и стоил целое состояние. В наши дни его функции выполняет ноутбук, который умещается на коленях и стоит дешевле туристической путевки в Турцию или Египет на одного человека.

Но главное даже заключается не в деньгах, а в том, что исследование и освоение космоса остается инструментом реализации в первую очередь национальных, а не неких «общечеловеческих» интересов. Занимаясь космической деятельностью, страны развивают собственные научно-технические и производственные возможности, и им вовсе не интересно делиться ими с другими странами или стимулировать последних создавать у себя аналогичные возможности. Зачем? Ведь это означает множить себе конкурентов на самом востребованном в современном мире рынке – высоких технологий.

К России этот принцип имеет, увы, особое отношение. Запад по-прежнему (и не без оснований) воспринимает ее в качестве своего потенциального геополитического противника. А если так, то зачем стимулировать данного противника развивать собственные высокотехнологичные «мускулы», которые он может использовать для того, чтобы держать не только «орал», но и «меч»?

Наконец, есть еще один момент, довольно сильно подтачивающий идеалистические воззрения на международное сотрудничество в космосе. Как показывает опыт МКС и не только, на координацию действий различных участников международного проекта, включая сведение их инженерно-конструкторских философий к некоему общему знаменателю, уходит столько сил и ресурсов, что нередко данный проект было бы проще и дешевле осуществить силами только одной страны.

Вероятно, господин Кроули, будучи главой Сколковского института науки и технологий – учреждения, которое ведет активную международную деятельность, просто соблюдает «законы жанра», в котором действует данный институт. Видимо, желание следовать этим законам (плюс, конечно, то, что в настоящее время его работодателем является российская организация) лежало и в основе его заявления о том, что НАСА «не обойтись без большого опыта России по созданию ядерных двигателей для космических кораблей».

Трудно сказать, какой «большой опыт» России господин Кроули имел в виду. Никаких кораблей с ядерными двигателями не только в СССР/России, но и вообще в мире запущено не было (если не считать нескольких спутников). В 1950-1970-е годы в СССР действительно проводились работы по созданию ядерного ракетного двигателя, но аналогичные исследования примерно в те же годы осуществлялись и в США в рамках проектов Orion и NERVA.

Правда, Центр имени Келдыша продолжает такого рода работы, хоть и в ограниченном масштабе, и по сей день. С учетом же общего бедственного состояния российской науки говорить о каких-либо серьезных прорывах в такой высокотехнологичной и не рассчитанной на быстрое получение прибыли области, как космическая ядерная энергетика, не приходится.

Верхом на ядерном «котле» или на электрическом «фонарике»?

И все же давайте верить в лучшее. Согласно сайту РИА «Новости», в 2010 году президент Дмитрий Медведев распорядился создать космический транспортно-энергетический модуль на основе ядерной энергетической установки мегаваттного класса. На разработку всего проекта потребуется 17 миллиардов рублей на девять лет. Из этих средств 7,245 миллиарда рублей будет выделено «Росатому» на создание реакторной установки. Центр имени Келдыша будет создавать ядерную энергодвигательную установку, на что планируется потратить 3,955 миллиарда рублей, а РКК «Энергия» – сам транспортно-энергетический модуль, на что выделено 5,8 миллиарда рублей.

Но разновидностей ядерного ракетного двигателя (ЯРД) не меньше, чем двигателей внутреннего сгорания. К числу последних относятся паровой, бензиновый, дизельный и турбогенераторный двигатели. Так что мало сказать ЯРД. Нужно еще уточнить, о каком его типе идет речь.

В настоящее время таких основных два. Первый использует тепло, вырабатываемое ядерным реактором для того, чтобы нагреть газ, находящийся в жидком состоянии в баках корабля. Нагретый газ расширяется и вырывается из сопла двигателя, создавая таким образом реактивный момент.

Второй использует ядерный реактор для того, чтобы наэлектризовать или намагнитить частицы газа, которые после этого (помните, как отталкиваются друг от друга магниты, когда их сближают одноименными полюсами?) также вырываются из сопла, создавая вышеупомянутый момент. Это – уже больше электроракетный двигатель (ЭРД) с ядерной накачкой.

Наконец, есть еще третий вариант двигателя, где также фигурируют частицы заряженного газа. Правда, это уже скорее полет на «фонарике», чем на «котле», или чистый ЭРД. Корабль несет на себе солнечные батареи в качестве источника электроэнергии, которую потом использует для электризации частиц газа.

Ну и что же лучше?

Российские конструкторы традиционно отдавали предпочтение «фонарику». Они спроектировали ЭРД-установку для межпланетного комплекса, состоявшую из 400 «мини»-ЭРД. Такое большое количество «лампочек» внутри одного «фонарика» было обусловлено тем, что тяга, развиваемая одним ЭРД, относительно невелика, и требуется их значительное число, чтобы получить желаемый реактивный импульс. Но зато при этом обеспечивается абсолютная надежность всей двигательной установки – выход из строя нескольких двигателей практически никак не скажется на ее работе. При этом ЭРД в 20 раз экономичнее обычного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).

«Таким образом, из существующих ракетных двигателей электроракетные по совокупности факторов являются самыми надежными, и экспедиция к Марсу на их “связке” не опаснее полета на околоземную орбиту», – подчеркнул в интервью «Голосу Америки» в прошлом один из ведущих проектантов РКК «Энергия» профессор Леонид Горшков. Среди главных аргументов в пользу батарей и то, что технологии, использованные при их создании, значительно приближают момент появления по-настоящему эффективных солнечных электростанций – источника энергии будущего.

Ранее предполагалось заряжать частицы при помощи ядерного реактора, однако в 1988 году советские конструкторы от этой идеи отказались. Возможно, на решение конструкторов повлиял и «синдром Чернобыля» – они убрали источник радиации от экипажа.

Но, увы, у этой «экологичности» есть и своя обратная сторона. Во-первых, межпланетный комплекс придется оснастить батареями площадью 120 000 квадратных метров, что сравнимо с совокупной площадью 17-и футбольных полей. Это создаст дополнительные сложности при его сборке, а в дальнейшем – и при управлении.

Во-вторых, уже отмеченный относительно небольшой реактивный импульс. Так, по предварительным подсчетам, комплекс с ЭРД будет «раскручиваться» вокруг Земли в течение 4 месяцев, набирая необходимую скорость для полета за лунную орбиту, например к Марсу.

У ЯРД же в два раза большая экономичность, чем у «классического» ЖРД, и значительно большая тяга, чем у ЭРД. С ЯРД полет до Марса и обратно может продлиться заметно меньше, чем с ЭРД. Но при этом у ядерной двигательной установки есть свои минусы.

Во-первых, это – сильнейший источник радиации рядом с экипажем, а по надежности ЯРД значительно уступает ЭРД. В случае повреждения реактора в силу внутренних или внешних (например, удар метеорита) причин обитатели комплекса окажутся рядом со смертельной опасностью. Во-вторых, ЯРД выбрасывает из сопла мощнейшую ядерную струю, что в отличие от ЭРД делает крайне затруднительным его отработку и испытание в земных условиях.

Что же касается уже отмеченного гибрида «фонарика» и «котла», или электроракетного двигателя (ЭРД) с ядерной накачкой, то его плюсом является повышенная безопасность по сравнению с обычным ЯРД (все-таки не нужно нагревать газ до высоких температур, снижая, таким образом, вероятность взрыва). Кроме того, можно будет отказаться от гигантских «лопухов» в виде солнечных батарей. Но при этом рядом с экипажем все равно остается мощный источник радиации.

Итак, надежность и экологичность против мощи и скорости. Какая из концепций победит? Видимо, окончательную точку в этом споре поставит создание эффективных систем защиты экипажа. Если от радиации «дальнего космоса» удастся защититься лучше, чем от опасности, которую может таить в себе ядерный реактор, то, вероятно, предпочтение будет отдано «чистому» ЭРД. Если же специалисты посчитают, что опасность от ядерного реактора меньше той, которую представляют для экипажа факторы длительного полета в «дальнем космосе» (космическая радиация и продолжительное пребывание в невесомости), то с большой долей вероятности будущие пилотируемые комплексы будут оснащены ЯРД.

Показать комментарии

XS
SM
MD
LG