Согласно сведениям, которые опубликованны на портале государственных закупок, успешно завершены все наземные испытания системы охлаждения — самого ключевого компонента разрабатываемой в России новой космической ядерной энергетической установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса. В акте приемки работ указано, что задачи выполнены в полном объеме и полностью соответствуют техническому заданию. Проведенные исследования позволили определить закономерности функционирования узлов перспективных систем отвода тепла ЯЭДУ в условиях, максимально приближенных к космическим. Заказчиком проекта выступила госкорпорация «Роскосмос», а основным исполнителем — Государственный научный центр «Исследовательский центр имени Келдыша».
Ядерные энергодвигательные установки, которые могут обеспечить полеты в космосе на дальние расстояния, сильно нагреваются, поэтому им требуется эффективная система охлаждения. При этом тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, и только в виде излучения. Традиционным способом решения этой задачи стали выносимые во внешнюю часть корабля панельные радиаторы, по трубам которых циркулирует жидкость-теплоноситель, «сбрасывающая» лишнее тепло в космос. Но такие радиаторы, как правило, имеют большой вес и размеры. Кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.
Специалисты из ряда предприятий Роскосмоса и вузов разработали новое решение в виде так называемого капельного холодильника-излучателя. Это установка, похожая на душ, в которой жидкость не циркулирует в трубах, а распыляется в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, а затем улавливается заборным устройством и проходит цикл заново. Благодаря этому жидкость охлаждается гораздо быстрее (из-за большей площади поверхности капель), а конструкция становится значительно легче, вдобавок повышается ее живучесть — метеорит, пролетевший через жидкость, никак не повредит системе охлаждения.
Справка:
Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. 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.
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.
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[8]. 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.
В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).
В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе. В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю.
Настоящее состояние проекта
Проект создания ядерного буксира прошел стадию теоретических расчетов и компьютерного моделирования. К настоящему моменту:
- Конструкторское бюро «Арсенал» (головной разработчик) завершило аванпроект космического комплекса.
- Исследовательский центр имени М.В. Келдыша и предприятия Росатома провели наземные испытания ключевых элементов: ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов), элементов турбокомпрессора и макетов систем охлаждения.
- Созданы ионные двигатели нового поколения (например, ИД-500), способные эффективно работать в связке с мощным атомным реактором.
Тем не менее, проект сталкивается с серьезными финансовыми и геополитическими ограничениями. Перенос сроков — частая проблема для столь масштабных программ: если изначально первый опытный полет «Зевса» планировался на 2030 год, то текущие экономические реалии и смещение приоритетов в сторону развития орбитальных спутниковых группировок делают эти сроки крайне оптимистичными. Проект находится в стадии постепенной наземной отработки узлов.
Перспективы развития: Куда полетит «Зевс»?
Если проект будет доведен до летного образца, перед человечеством откроются принципиально новые возможности. Ядерный буксир — это не одноразовая ракета, а «космический грузовик дальнего следования». Его перспективы делятся на три ключевых этапа:
- Лунный плацдарм (Ближняя перспектива): Доставка тяжелых грузов, жилых модулей и луноходов на орбиту Луны. «Зевс» сможет возить туда караваны оборудования, расходуя в разы меньше топлива, чем тяжелые ракеты вроде «Ангары-А5В».
- Марсианская одиссея (Среднесрочная перспектива): ЯЭДУ способна сократить время полета к Марсу для беспилотных миссий и обеспечить будущую обитаемую базу колоссальным количеством энергии прямо с орбиты.
- Глубокий космос (Дальняя перспектива): Доставка тяжелых исследовательских станций к Юпитеру, Сатурну и на окраины Солнечной системы. С таким источником энергии ученые смогут отправлять на Землю не терабайты, а петабайты высококачественных данных и детальных снимков спутников-океанов (Европы и Энцелада).
Вопрос безопасности
Один из главных вопросов научно-популярных дискуссий: «Что будет, если ядерная ракета взорвется на старте?».
Российская концепция безопасности строго регламентирует: ядерный реактор «Зевса» будет запускаться только после вывода на радиационно-безопасную орбиту (высотой не менее 800 км). На этой высоте даже в случае полной поломки спутник будет вращаться вокруг Земли сотни лет — этого времени достаточно, чтобы радиоактивные элементы полностью распались и перестали представлять угрозу для биосферы планеты. На старте в ракете-носителе находится абсолютно «холодный» и безопасный уран.
Заключение
Российский проект ядерного космического буксира — это мост между сегодняшней «космонавтикой выживания» на низких околоземных орбитах и будущим полноценным освоением Солнечной системы. Путь от чертежей и наземных стендов до реального пуска в космос невероятно сложен и дорог. Однако тот, кто первым обуздает атомную энергию в космическом пространстве, получит ключи от всей Солнечной системы.
Источники: https://sdelanounas.ru/, https://ru.wikipedia.org/
