В РФ началась разработка ядерного космического двигателя

В России началась разработка ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для космической техники нового поколения. Задача поручена Исследовательскому центру имени Келдыша. О важности этого проекта для российской космонавтики и его значении "Интерфаксу-АВН" рассказывает директор Центра, президент Российской академии космонавтики имени Циолковского Анатолий КОРОТЕЕВ.

- Анатолий Сазонович, разработка ядерной энергоустановки стала приоритетной целью, для достижения которой будут сконцентрированы немалые ресурсы. Это действительно проект, от которого зависит будущее космонавтики?

- Именно так. Давайте посмотрим, чем сегодня занимается космонавтика. Мы увидим такие направления, как спутниковая связь, высокоточная космическая навигация, дистанционное зондирование Земли - то есть все, что относится к информационному обеспечению. Второе направление - решение вопросов, связанных с расширением наших познаний о космосе за пределами околоземного пространства. Наконец, космонавтика и у нас, и в других странах работает на решение определенного круга оборонных задач. Вот условно три комплекса задач космической деятельности сегодня. Для их решения используются проверенные временем, отработанные транспортные системы.

Если же посмотреть, чего мы ожидаем от космонавтики завтра, то здесь наряду с совершенствованием круга уже решаемых задач ставятся вопросы развития производственных технологий в космосе. Речь также идет об экспедициях к Луне и Марсу. Причем не об экспедициях посещения, какой была американская экспедиция на Луну, а о длительном пребывании на других планетах, чтобы можно было достаточное время посвятить их изучению.

Кроме того, ставятся вопросы о возможном электроснабжении Земли из космоса, о борьбе с астероидно-кометной опасностью. Все это задачи уже совершенно иного порядка, чем сегодняшние. Так вот, если мы задумаемся, насколько этот комплекс задач обеспечен траспортно-энергетической структурой, то увидим, что есть серьезная необходимость повысить энергообеспечение наших космических аппаратов и экономичность двигателей.

Мы имеем сегодня неэкономичные транспортные средства. Представьте, из каждых 100 тонн, улетающих с Земли, в полезную нагрузку, в лучшем случае, превращается 3%. Это для всех современных ракет. Все остальное выбрасывается в виде сгоревшего топлива.

Что касается перспективных задач, то крайне важно, чтобы мы достаточно экономично передвигались в космосе. Здесь существует понятие удельной тяги, которая характеризует экономичность двигателя. Это отношение создаваемой им тяги к массовому расходу топлива. Если взять первую немецкую ракету ФАУ-2, то ее удельная тяга в старых единицах измерения была равна 220 секундам. Сегодня же самая лучшая двигательно-энергетическая система, использующая водород с кислородом, дает удельную тягу до 450 секунд. То есть 60-70 лет работы лучших умов мира подняли величину удельной тяги традиционных ракетных двигателей всего в два раза.

Есть возможность увеличить этот показатель в разы или на порядки? Оказывается, есть. Например, используя ядерные двигатели, мы могли бы увеличить удельную тягу примерно до 900 секунд, то есть еще в два раза. А используя для разгона ионизованное рабочее тело, могли бы выйти на величины 9000-10000 секунд, то есть подняли бы удельную тягу в 20 раз. И это частично достигнуто уже сегодня: на спутниках при небольших тягах используются плазменные двигатели, которые дают удельную тягу порядка 1600 секунд. Однако таким аппаратам нужно еще достаточная электрическая мощность. Если не брать во внимание совершенно уникальное сооружение - Международную космическую станцию, где уровень электричества около 100 кВт, то сегодня наиболее мощные спутники имеют уровень электрического обеспечения всего 20-30 кВт. Очень трудно решать ряд задач, если мы останемся на таком уровне.

- То есть, нужен качественный скачок?

- Да. Космонавтика, сегодня испытывает состояние, близкое к тому, в котором авиация оказалась после Второй Мировой войны, когда стало ясно, что с поршневыми двигателями уже невозможно поднять скорость, невозможно серьезно увеличить дальность, и вообще иметь экономически выгодную авиацию. Тогда, как помните, в авиации произошел скачок, и от поршневых двигателей перешли к реактивным. Примерно та же ситуация сейчас в космической технике. Нам не хватает энергетического совершенства для решения серьезных задач.

Кстати, это стало понятно не сегодня. Уже в 60-70-е годы и у нас, и в США были начаты работы по использованию ядерной энергии в космосе. Первоначально была поставлена задача создать ракетные двигатели, которые вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя использовали бы нагрев водорода до температуры около 3000 градусов. Но оказалось что такой прямой путь все-таки неэффективен. Мы на короткое время получаем большие тяги, но при этом выбрасываем струю, которая в случае нештатной работы реактора, может оказаться радиоактивно зараженной.

Несмотря на огромный объем работ, который был выполнен в 60-70-е годы в СССР и США, ни нам, ни американцам не удалось тогда создать надежных работающих двигателей. Они работали, но мало, потому что нагреть водород до 3000 тысяч градусов в ядерном реакторе - серьезная задача.

Были проблемы и с экологией во время наземных испытаний двигателей, поскольку радиоактивные струи выбрасывались в атмосферу. В СССР эти работы шли на специально подготовленном для ядерных испытаний семипалатинском полигоне, который остался в Казахстане.

И все же в части использования ядерной энергии для электроснабжения космических аппаратов СССР в те годы сделал очень серьезный шаг. Было изготовлено 32 спутника. С использованием ядерной энергии на аппаратах удавалось получить электрические мощности на порядок выше, чем от солнечной энергии.

Впоследствии СССР и США в силу различных причин на какое-то время прекратили эти работы. Сегодня ясно, что их надо возобновлять. Но возобновить таким лобовым образом, чтобы сделать ядерный двигатель, имеющий вышеназванные недостатки, нам показалось неразумным, и мы предложили совершенно иной подход.

- И в чем принципиальное отличие нового подхода?

- Этот подход отличался от старого тем же, чем отличается гибридный автомобиль от обычного автомобиля. В обычном автомобиле двигатель крутит колеса, а в гибридных автомобилях от двигателя вырабатывается электроэнергия, и уже это электричество крутит колеса. То есть создается некая промежуточная электростанция.

Точно так же мы предложили схему, в которой космический реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество. Горячий газ от реактора крутит турбину, турбина крутит электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Генератор же вырабатывает электричество для плазменного двигателя с удельной тягой в 20 раз выше, чем у химических двигателей.

Каковы основные преимущества такого подхода. Во-первых, отпадает необходимость в семипалатинском полигоне.. Мы можем провести все испытания на территории России, не втягиваясь в какие либо длинные тяжелые международные переговоры по поводу использования ядерной энергии за пределами государства. Во-вторых, выходящая из двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое находится в замкнутом контуре. Кроме того, нам не надо при этой схеме нагревать водород, здесь в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 1500 градусов. Мы серьезно упрощаем себе задачу. Наконец, в итоге мы поднимем удельную тягу не в два раза, а в 20 раз по сравнению с химическими двигателями.

- Можно ли назвать сроки реализации проекта?

- Проект предполагает следующие этапы: в 2010 году - начало работ; в 2012-м - завершение эскизного проекта и проведение обстоятельного компьютерного моделирования рабочего процесса; в 2015 году - создание ядерной энергодвигательной установки; в 2018-м - создание транспортного модуля, использующего эту двигательную установку, чтобы в том же году подготовить систему к полету.

Кстати, фаза компьютерного моделирования раньше не была характерна для создававшихся изделий космической техники, но сегодня она совершенно необходима. На примере последних двигателей, которые разрабатывались в России, Франции и США, стало ясно, что классический старый метод, когда делалось большое количество опытных экземпляров для испытаний, является отжившим.

Сегодня, когда возможности вычислительной техники очень высокие, особенно с появлением суперкомпьютеров, мы можем обеспечить физико-математическое моделирование процессов, создать виртуальный двигатель, проиграть возможные ситуации, просмотреть, где подводные камни, и только после этого идти на создание двигателя как говорится "в железе".

Вот показательный пример. Вы наверняка слышали о созданном для американцев в КБ "Энергомаш" двигателе РД - 180 для ракеты "Атлас". Вместо 25-30 экземпляров, которые обычно уходили на отработку двигателя, понадобилось всего 8, и РД-180 сразу пошел в жизнь. Потому что разработчики дали себе труд все это "проиграть" на компьютерах.

- Какова цена вопроса?

- Сегодня на весь проект продекларировано 17 млрд рублей по 2018 год включительно. Непосредственно на 2010 год выделено 500 млн рублей, в том числе 430 млн рублей - для Росатома и 70 млн рублей - для Роскосмоса.

Естественно нам хотелось бы верить, что если руководство страны говорит, что это приоритетное направление, и деньги выделены, то их дадут.

Декларированная сумма меньше чем хотелось бы, но, думаю, на ближайшие годы этого достаточно и с этими деньгами можно выполнять большой комплекс работ.

Наш институт назначен головным по ядерной энергодвигательной установке, транспортный модуль, скорее всего, будет делать Ракетно-космическая корпорация "Энергия".

В целом в основу проекта заложена кооперация, состоящая в основном из предприятий Росатома, которые должны делать реактор, и Роскосмоса, которые изготовят турбокомпрессоры, генераторы и сами двигатели.

Конечно, в работе будет использован научный задел, созданный в предыдущие годы. Например, в основу разработки реактора закладывается большое количество решений, которые ранее принимались по ядерному двигателю. Кооперация та же. Это Подольский научно-исследовательский технологический институт, Курчатовский центр, это Обнинский физико-энергетический институт. По замкнутому контуру многое сделали Центр имени Келдыша, КБ химического машиностроения и воронежское КБ химической автоматики. Мы в полной мере будем использовать этот опыт при создании турбокомпрессора. По генератору мы подключаем Институт электромеханики, который имеет опыт создания летных экземпляров генераторов.

Словом, задел есть немалый, работа начинается не с нуля.

- Могут ли Россию в этой работе опередить другие страны?

- Я этого не исключаю. У меня была встреча с заместителем руководителя НАСА, мы обсуждали вопросы, связанные с возвращением к работам по ядерной энергии в космосе, и он заявил, что американцы проявляют большой интерес к этому вопросу. По его мнению, нельзя исключать возможность форсирования работ в этом направлении на Западе.

Не исключаю, что и Китай может ответить активными действиями со своей стороны, поэтому работать надо быстро. И не только ради того, чтобы опередить кого-то на полшага. Работать надо быстро в первую очередь для того, чтобы в формирующейся международной кооперации, а де факто она формируется уже сегодня, мы выглядели достойно. Чтобы нас туда взяли, и взяли не на роль людей, которые должны делать металлические фермы, а чтобы отношение к нам было такое, каким оно было, например, в 90-е годы. Тогда был рассекречен большой комплекс работ по ядерным источникам в космосе. Когда эти работы стали известны американцам, они дали им очень высокую оценку. Вплоть до того, что с нами были составлены совместные программы.

В принципе, не исключено, что будет международная программа по ядерной энергоустановке, наподобие реализуемой программы сотрудничества по управляемому термоядерному синтезу.

- Анатолий Сазонович, в 2011 году мир отметит юбилей первого полета человека в космос. Хороший повод напомнить о достижениях нашей страны в космосе.

- Думаю, да. Ведь это был не просто первый полет человека в космос. Полет стал возможен благодаря решению очень широкого круга, научных, технических и медицинских вопросов. Впервые человек полетел в космос и вернулся на Землю, впервые было доказано, что система теплозащиты работает нормально. Полет имел огромное международное влияние. Не будем забывать, что прошло всего 16 лет со дня окончания тяжелейшей для страны войны. И вот оказалось, что страна, которая потеряла более 20 миллионов человек и перенесла колоссальные разрушения, способна не просто сделать что-то на самом высоком мировом уровне, а даже на какой-то период опередить весь мир. Это была чрезвычайно важная демонстрация, которая поднимала авторитет страны и гордость людей.

В моей жизни было два подобных по значимости события. Это День Победы и встреча Юрия Гагарина, которые я видел лично. 9 мая 1945 года вся Москва, начиная от Красной площади и кончая окраинами, вышла праздновать на улицы. Это был действительно стихийный порыв, и такой же впечатляющий порыв был в апреле 1961 года, когда полетел Гагарин.

Международное значение полувекового юбилея первого полета надо усиливать. Надо подчеркнуть и напомнить обществу о роли нашей страны в освоении космоса. К сожалению, в последние 20 лет мы не слишком часто это делаем. Если вы откроете Интернет, увидите огромное количество материалов, связанных, например, с американской экспедицией на Луну, но там не слишком много материалов относящихся к полету Гагарина. Если вы поговорите с нынешними школьниками, я не знаю, чье имя им больше известно, Армстронга или Гагарина. Поэтому я считаю абсолютно правильным решение отмечать 50-летие первого полета человека в космос на государственном уровне и придать ему международное звучание.

Российская академия космонавтики имени Циолковского выпустит к этому событию медаль, которой будут награждены люди, имевшие отношение к первому полету или внесшие достаточный вклад в развитие космонавтики. Кроме того, мы готовимся провести большую международную конференцию, на которую предполагается вынести обсуждение с зарубежными и российским партнерами тех особенностей пилотируемой космонавтики, которые характерны для современного этапа. Здесь очень много непростых вопросов.

Если мы сегодня остановим сто человек на улице и спросим, кто из космонавтов летает сейчас в космосе, дай Бог, если три-четыре человека нам на него ответят, и то я в этом не убежден. А если мы зададим вопрос, что космонавты делают на станции, то и того меньше. Я думаю, что пропаганда настоящей космической жизни, пилотируемых полетов чрезвычайно важна, и она ведется недостаточно . Очень много глупых материалов по телевизору, когда кто-то встретился с инопланетянами, или как инопланетяне кого-то забрали.

Повторюсь, пятидесятилетие первого полета человека в космос - это действительно эпохальное событие, его необходимо отметить самым достойным образом, и внутри нашей страны и на международном уровне. И конечно наш институт примет в этом непосредственное участие, он который имел отношение к этому полету и принимал в нем участие. Ряд наших сотрудников того периода получили государственные награды за решение задач по полету в частности. Например, заместитель директора тогдашнего института академик Георгий Петров получил звание Героя Социалистического Труда за разработку методов тепловой защиты корабля при спуске с орбиты. Конечно, мы постараемся достойно отметить это событие.