На ядерном двигателе – к другим планетам

«У России действительно сильные позиции в освоении космоса. У нас есть передовые технологии, сильные кадры, уникальная производственная база и наземная инфраструктура. Наша спутниковая группировка насчитывает более 100 аппаратов, и она будет, конечно, последовательно наращиваться. По уровню ежегодных расходов на освоение космоса Россия вышла на 4-е место в мире, и такие результаты позволяют нам ставить серьёзные задачи, реализовывать крупные проекты и формировать заделы на будущее. Например, сейчас в России выполняются работы по созданию космической ядерной энергетической установки. Она послужит ключевым элементом для реализации перспективных космических проектов. Без неё невозможны выполнение межпланетных перелётов, освоение Луны и изучение планет Солнечной системы. Хочу подчеркнуть, и это составляет предмет нашей особой гордости, – подобных разработок пока ни у кого кроме России нет, здесь у нас несомненный приоритет».

А. Коротеев, президент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского

«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 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».

Из выступления председателя Правительства РФ В. Путина на совещании о перспективах развития российской космонавтики 7 апреля 2011 г.

12 апреля исполняется полувековой юбилей с того памятного дня, когда смоленский парень с удивительной улыбкой, вырвавшись из цепей гравитации, первым из землян узнал, что такое настоящая невесомость, и увидел целиком нашу планету и открытый космос из иллюминатора корабля. В этот день началась эпоха пилотируемых космических полетов. Прошло всего полвека, и сегодня человечество уже готовится к межпланетным экспедициям. Теоретически очень многое уже проработано вплоть до мелочей, но практически космические корабли с двигателями для полетов к другим планетам пока существуют только на бумаге и в компьютерах. И, естественно, каждая развитая страна, у которой есть соответствующий научный потенциал и космические амбиции, хотела бы быть первой в этом негласном соревновании… 28 октября 2009 года на заседании Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России был официально провозглашен новый российский проект по разработке ядерной энергодвигательной установки. Точное название проекта: «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».

По мнению директора-генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, создание ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) для межпланетных полетов –это действительно инновационная работа, поскольку речь идет о новой, прорывной технологии. Хотя НИКИЭТ определен головным исполнителем работ по созданию реакторной установки, фактически это поручение для всей атомной отрасли. Кроме НИКИЭТ, в проект вовлечены НИИ «НПО «Луч», НИЦ «Курчатовский институт», ГНЦ РФ ФЭИ, НИИАР, ИРМ, ФГУП «Красная Звезда» и другие институты и предприятия Росатома. Этот проект – престиж отрасли. Его надо начинать уже на новой современной платформе, новой системе управления, с привлечением молодежи.

Общий вид космической реакторной установки (НИКИЭТ) с блоком преобразования (Центр М. Келдыша) – Конечно, участие в проекте – для нас очень большая ответственность, – подчеркнул Ю.Драгунов. – Но наш институт исторически выступает первопроходцем. Всего в НИКИЭТ было разработано и создано более 100 типов реакторных установок различного назначения, значительное количество которых не имеет мировых аналогов. Развитием ядерных энергетических и энергодвигательных установок для космических аппаратов НИКИЭТ занимается с 1965 года. Сегодня для работы над проектом будущей энергодвигательной установки мегаваттного класса имеются стендовая и реакторная база для отработки основных элементов конструкции, а также коллектив высококвалифицированных ученых, конструкторов, технологов, инженеров и рабочих. Однако, учитывая очень сжатые сроки работ по проекту, придется поработать засучив рукава. В 2011 году должен быть закончен эскизный проект реакторной установки, к 2015 году – создан наземный прототип РУ, к 2018 году – изготовлена реакторная установка для комплектации ядерной энергодвигательной установки в составе транспортно-энергетического модуля. Фактически предприятиям Ро-сатома и Роскосмоса предоставлен уникальный шанс воплотить мечты и имеющийся потенциал в реальность. Интервью главного конструктора космических энергетических установок ОАО «НИКИЭТ», д.т.н. Владимира Сметанникова.

– В мире пока нет единой концепции и единого взгляда на энергетику, которая позволила бы лететь на Марс и другие планеты. Есть два достаточно равноценных подхода к этой идее. Первый – с использованием ядерного ракетного двигателя и электрореактивных двигателей, для которых электроэнергия производится в энергоблоке, состоящем из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора и газо-турбинных установок. Во втором случае – мы нагреваем электричеством нейтральный газ до очень высокой температуры и этот газ выбрасывается через сопло. Что касается нашего нынешнего проекта по созданию ЯЭДУ, то здесь речь идет о принципиально новом решении, которое не имеет мировых аналогов. Ведь впервые создается компактная ядерная энергетическая установка для будущего космического буксира мощностью в 1000 кВт с двигателями на электрореактивной тяге. Возможен вариант, что двигатели будут работать на чистом ксеноне, разогретом до очень высокой температуры, что даст возможность получить удельную тягу в 20 раз большую, чем на химических двигателях. Это двигатель ближайшего будущего, на его основе можно создавать ЯЭДУ для полета на Марс – сначала для роботов, а позже – для экспедиции с космонавтами. Сегодня закладываются основы для подготовки таких полетов.

Для жизнедеятельности МКС ее солнечные батареи вырабатывают около 100 кВт. Но станция находится на околоземной орбите, это ближний космос. А при полете, например, к Марсу, потребовалась бы площадь солнечных батарей, сравнимая с десятком футбольных полей. Это абсолютно нереально для дальнего космического полета! Очевидно, что для этих целей более подходит ядерный реактор. Можно сказать, что ядерными технологиями для использования их в освоении космоса по-настоящему владеет только наша страна. Теперь мы начинаем новый виток в развитии этих технологий. Хотел бы очень надеяться, что мы останемся лидерами. Многое нужно делать с нуля, с чистого листа. Конечно, мы очень рады, что создание первой космической ЯЭДУ большой мощности поручено именно коллективу НИКИЭТ. Мы всегда создавали системы, которые не имели мировых аналогов, и именно этим славен наш институт. Именно поэтому НИКИЭТ, у которого за плечами огромное количество разработок различных реакторов, назначен в проекте единственным исполнителем работ по созданию реактора для ядерного космического двигателя.

Кроме всего прочего, я уверен, этот проект поможет сохранить коллектив и воспитать новое поколение разработчиков реакторных установок различного назначения.

– Можно подробнее о ваших партнерах по этому проекту?

– В группе по разработке энергоустановки участвует ФГУП «Центр им. М.В. Келдыша», которым руководит академик А.Коротеев, являясь и научным руководителем всего проекта в целом. Генеральным конструктором, который отвечает за весь корабль, является Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П.Королёва (президент – генеральный конструктор Виталий Лопота). В группу включен еще ряд предприятий. А сама реакторная установка с блоками защиты и управления будет создаваться в НИКИЭТ.

– В свете последних событий в Японии, как вы в принципе представляете себе решение проблем безопасности ядерных космических объектов и вывода их из эксплуатации?

– Проект предусматривает создание ядерной энергетической установки мощностью в 1000 кВт, которая будет включаться только после вывода корабля на радиационно безопасную орбиту. Дальше с такой мощностью мы можем лететь куда угодно. Конечно, решение проблем безопасности для ядерных объектов в космосе должно быть принципиально иным и более кардинальным, чем для атомных станций и подлодок. В будущих международных соглашениях по освоению космоса наверняка твердо будет сказано, что ни один космический объект с ядерным реактором ни при каких обстоятельствах не должен приносить никакого вреда или ущерба землянам.

Представьте себе огромный 60-метровый космический корабль-буксир с нашей ядерной установкой на борту. Вот он выполнил все задания, сбросил все спутники разных фирм и назначений, которые были загружены на него, то есть поставил их на заданные орбиты, и берет курс на околоземную (радиационно безопасную) орбиту для перезаправки и загрузки новых космических объектов. Предположим, что именно в это время начинаются какие-то серьезные неполадки в реакторе или управлении. Значит, в этом случае у нас автоматически должна включиться аварийная система, которая отделит от космического корабля весь блок с ядерной установкой и уведет его подальше от Земли и поближе к Солнцу. В данном случае это идеальный и самый простой вариант утилизации и вывода из эксплуатации космической реакторной установки.

– В каком обозримом будущем вы видите эту картину?

– В программе все уже расписано. По нашим графикам мы должны быть готовы к первым летно-конструкторским испытаниям в 2018 году. В середине 2015 года нам нужно на испытательном комплексе «Ресурс» сначала запустить реактор, «почувствовать» его, а потом вместе с турбогенераторным блоком, включая весь комплекс защиты и безопасности, приступить к наземным испытаниям. В первую очередь все это должно быть безопасно для людей. Требования к безопасности даже по сравнению с исследовательскими реакторами возрастают на порядок. Например, необходимо будет предусмотреть минимум 4 барьера безопасности.

– Сейчас только Россия обладает технологией ракетного двигателя, работающего на водороде, разогретом до температуры в 3000 градусов по шкале Кельвина. Американцы, затратив очень большие деньги, смогли выйти только на 2550 0К и продержаться 50 секунд. Наш реактор при температуре 3100 0К проработал 4 тысячи секунд и мог продолжать работать. В принципе, чтобы долететь до Марса и вернуться обратно с разгонами и торможениями, двигатель на разогретом водороде должен проработать всего 10 часов. Наш водородный двигатель в 80-х годах уже мог проработать 1 час. Если бы тогда не были приостановлены работы по совершенствованию этого двигателя, мы, возможно, уже сейчас имели бы двигатель для полета на Марс. Обидно. Чтобы страна развивалась, нужно вкладывать в новые технологии.

Что касается работ, начатых И.Курчатовым, М.Келдышем и С.Королевым по созданию наземного прототипа ядерного ракетного двигателя, они в какой-то мере продолжаются в нашем нынешнем проекте. Но теперь мы нагреваем не водород, а благородные газы. И мы снизили температуру, потому что нам надо работать не 10 часов, а 10 лет. У нас теперь газ не выбрасывается из сопла, потому что система работает в замкнутом контуре, производя электроэнергию. Эта электроэнергия подается на электрореактивные двигатели, которые обеспечивают тягу в удельном импульсе в 10 раз большую, чем на водороде. То есть ксеноновые двигатели дадут нам 10-кратное преимущество в тяге. Можно будет брать на борт меньше газа, чтобы долететь до Марса. И соответственно больше взять полезного груза. На мой взгляд, обе системы космических двигателей в ближайшем будущем будут уживаться и сохраняться. В одном случае выгодно будет лететь на водороде с прямым выхлопом. В других случаях целесообразнее будет использовать электрореактивный двигатель. Но в первом случае проблема заключается в том, что мы не можем на земле отработать водородный двигатель, так как нельзя делать выброс в атмосферу Земли. Поэтому концепция изменилась.

– У нашего проекта, и это, на-верное, самое интересное, единое информационное пространство. Мы работаем в замкнутой системе так называемого «единого предприятия», в состав которого, кроме НИКИЭТ, входят многие другие коллективы предприятий Росатома и Роскосмоса. В его рамках регулярно проводятся видео-конференции, посвященные отдельным аспектам проекта, во время которых не только обсуждаются назревшие проблемы, но даже подписываются необходимые рабочие и итоговые документы. Рабочие группы общаются в режиме online, оставаясь на своих местах, не тратя время на поездки. У нас создан единый банк данных по проекту. Например, я могу, оставаясь на рабочем месте, вызвать из соответствующей папки нужные мне в данную минуту чертежи и материалы, находящиеся в РКК «Энергия» или в Центре им. М.Келдыша, работать с ними и распечатывать, если надо. Это было сделано с самого начала нашего проекта. У нас есть совет руководителей проекта, совет главных конструкторов. Встречаемся регулярно, иногда по 2 раза в месяц. И если принимается коллегиальное решение, оно обязательно для всех.

– Реальна ли, по вашему мнению, возможность объединить ресурсы и усилия разных стран для более быстрого продвижения в этом направлении?

– Если человечество действительно захочет избрать Марс или другую планету Солнечной системы в качестве одной из целей в космических исследованиях, то нужно широкое международное сотрудничество, как это происходит с МКС, ИТЭР и коллайдером. Исследование космоса не должно быть уделом одной отдельной страны или даже 2–3-х развитых и богатых стран. В космосе мы выступаем не как Америка или Россия, а как представители всех землян. Поэтому есть объективная необходимость интеллектуального объединения многих стран для таких свершений. Как известно, в середине прошлого десятилетия была попытка объединить усилия вокруг полета на Марс, но она так и не нашла широкой поддержки в международном сообществе. В заключение хотел бы еще сказать, что я больше полувека занимаюсь атомными реакторами и всю жизнь с интересом слежу за развитием техники. Уверен, что Россия должна вернуться на то место, которое ей по достоинству принадлежит. Очень хочется делом доказать, что на Руси осталось еще очень много приличных людей, жаждущих сделать что-то полезное и славное для своей страны. Может быть, в том числе и поэтому мы с коллегами с таким азартом занимаемся проектом по созданию ядерного космического двигателя для межпланетных полетов

Хотелось бы надеяться, что один из первых экспериментальных полетов в рамках этого проекта случится еще в этом десятилетии и принесет всем нам не только положительные эмоции, но и гордость за страну, в которой мы родились и живем. Теперь уже можно сказать, что серьезная, очень продуманная программа по реализации этого проекта в нашей стране запущена. И думаю, что в этом интереснейшем деле мы уже приближаемся к точке невозврата.

Интервью записал В. СТЕПАНЮК

Датировано 10.06.2011

источник - http://www.a-submarine.ru/interview/%D0%BD%D0%B0_%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%BC_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5_%D0%BA_%D0%B4%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%B8%D0%BC_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BC.html