Россия в дальний космос на транспортно-энергетическом комплексе ядерн. энергодвигательной установкой
Россия близка к созданию универсального космического буксира. Это позволит нашим космическим аппаратам перейти на скорости, которые позволят долетать до Марса в 20 раз быстрее, чем это делают нынешние автоматические станции. Меньше чем за две недели, получается…
Произошло неизбежное: Россия выходит из проекта Международной космической станции. Не быстро - до 2025 года минимум русские космонавты туда летать будут. Не сразу - собственная национальная орбитальная станция будет ещё только создаваться с 2025 года. Не грубо - пока полноценно не заработает своя станция, продолжится программа работ на МКС. Но главное - Россия уходит. В свой путь. В том числе и на Марс. И это будет путь на ядерных ракетных двигателях.
Реальные уже конструкции этого транспортно-энергетического модуля. Я считаю, что это прорыв будет, - объявил в эфире одной из радиостанций глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин. Можно сказать, создал утечку информации. И - роскошную. По сути, заявил Рогозин, у России уже есть в распоряжении рабочая модель космического корабля на принципиально ином, нежели сегодня используемые, движителе. На ядерной двигательной установке. Химические двигатели, достигшие своего инженерного и энергетического потолка, остаются в прошлом. Вместе с МКС.
Россия уходит с МКС
Это не совпадение. В известном смысле это - связанные вопросы. Связанные с будущим всей отечественной космонавтики. И обсуждалось оно на совещании у президента Владимира Путина 12 апреля. Именно там и было принято решение о выходе к 2025 году России из проекта Международной космической станции и о практическом строительстве транспортно-энергетического комплекса с ядерной энергодвигательной установкой, предназначенного как для надёжного и незатратного маневрирования на околоземных орбитах, так и для полётов в дальний космос.
Ну, что касается МКС, то тут вариантов будущего просто нет. То есть ближайшие несколько лет она ещё поработает, но уже даже на десять лет вперёд планировать ничего не стоит.
Устала станция. И на совещании у президента эта оценка, некогда впервые доказательно озвученная на Царьграде, была официально и профессионально подтверждена. И содержать далее потихоньку дряхлеющую орбитальную конструкцию становится нерационально дорого. Как поведал на заседании Совета РАН по космосу руководитель полёта российского сегмента МКС, первый заместитель генконструктора по лётной эксплуатации, испытаниям ракетно-космических комплексов и систем РКК "Энергия" Владимир Соловьёв, после 2025 года, когда прогнозируется лавинообразный выход из строя элементов на борту станции, финансирование её оценивается в 10-15 млрд рублей в год.
Но покамест МКС держится и работает, Россия будет продолжать на ней программу экспериментов. До 2025 года - в любом случае, по прежнему алгоритму, а дальше - исходя из того, что будет показывать её техническое состояние. Желательно дотянуть до начала работы национальной станции, чтобы не было пауз, которые, по словам Дмитрия Рогозина, "в пилотируемой космонавтике губительны".
Пока не начнёт полноценно работать наша национальная станция (пусть даже в минимально необходимом объёме), сокращать программы экспериментов на орбите МКС мы не должны. Поэтому сбиваться с пути, который мы с таким трудом проходим в отношении многофункционального лабораторного модуля, не стоит. Модуль должен быть запущен, и он принесёт пользу, - ответил глава Роскосмоса на вопрос, зачем сейчас запускать модуль "Наука". Логично: зачем что-то добавлять к МКС, дни которой сочтены.
Впрочем, как подозревают наблюдатели, Российская национальная орбитальная служебная станция (РОСС) поначалу будет создаваться простым отсоединением русских модулей от МКС.
То есть не слишком простым на самом деле, ибо это весьма тонкая инженерная задача ввиду устаревания и уже наметившегося разрушения ключевого модуля "Звезда", но принципиально понятным и решаемым. А там уже придётся что-то сотворять вместо этого, по сути, структурного центра русского сегмента МКС. Да и вместо модуля "Заря", сделанного на базе тяжёлой многоцелевой платформы с 24 средними и 12 малыми двигателями для корректировки пространственного положения станции. Потому что в своё время этот модуль, воплотивший в себе весь бесценный опыт строительства советских орбитальных станций и собранный в России, был выкуплен Соединёнными Штатами (за 250 млн долларов из 400 млн его полной стоимости) и теперь является собственностью США...
Затраты на создание национальной орбитальной станции, по обнародованным оценкам, составят между 380 и 450 млрд рублей. Очень дорого. Особенно при обстоятельствах, когда многими специалистами просто не проглядываются - не экономические, их, естественно, никто не ждёт, - но хотя бы фундаментальные научные результаты!
Тем не менее решение отказаться от МКС и создать собственную орбитальную станцию было обнародовано лично вице-премьером Юрием Борисовым. То есть стало, повторимся, официальным решением государства.
Но Борисов заявил и о планах полётов в дальний космос на транспортно-энергетическом комплексе с ядерной энергодвигательной установкой.
ТЭК с ЯЭДУ. Что это такое?
То, что открывает пространство
Главная, так сказать, экзистенциальная проблема всех нынешних космических систем - энергетика.
Во-первых, это энергетика запуска. Чем больший вес надо забросить за атмосферу, тем больше энергии для этого должны дать двигатели. Энергию они получают за счёт сжигания топлива. Сегодня в носителях используются химические топлива в разных составах и сочетаниях. Но с ними проблема: нынешняя наука вкупе с техникой дошла до верхнего предела энергетики химических топлив и больше предложить ничего не сможет. Это как с дровяным костром: мясо поджарить можно, а вот сталь расплавить - уже нет. Значит, замкнутый круг: чтобы поднять больше, нужно топлива больше, нужно двигатели больше, нужно ракету больше, которая весит больше, и нужно топлива больше… И так далее.
Во-вторых, это энергетика посадки. Одноразовые носители не только потому превалируют сегодня, что дешевле и проще многоразовых. А потому ещё, что для посадки многоразовой ракеты ей нужно возить с собою топливо для этой самой посадки. И возвращаемся к тому же замкнутому кругу: чтобы свозить, например, к Марсу тысячу тонн горючего, его надо поднять, для чего нужно больше горючего, для чего опять нужно больше горючего и так далее.
И в-третьих, это энергетика полёта. Космическому кораблю нужна мощность для всего: для тепла, для работы систем, для функционирования аппаратуры и так далее. Но обычная мощность современных космических аппаратов - всего от 1 до 5 кВт. Для пилотируемых кораблей в длительном полёте этого совершенно недостаточно. Та же МКС, например, потребляет сегодня около 100 киловатт. Чемпионка! Ток дают солнечные - в данном случае площадью аж 1700 кв. м - и аккумуляторные батареи, когда станция залетает в тень Земли. Ни то, ни другое для дальних полётов не годится: вдалеке от Солнца батареи дают всё более чахлую мощность, а аккумуляторы надо менять, ибо число их циклов зарядки-разрядки ограничено.
Для далёких экспедиций - например, к Плутону - используются компактные ядерные источники энергии. Но чего достаточно для поддержания работы аппаратуры, не хватает для управляемого движения аппарата. Отсюда родилась мысль оснастить корабль или станцию ядерным реактором. Работает же это на подводных лодках!
Вот только в космосе всё оказалось значительно сложнее, чем даже в океане…
Как плавать в океане вакуума
Для создания двигателя, который в перспективе, как уверены его создатели из Государственного научного центра имени Келдыша и ракетно-космической корпорации "Энергия", позволит в перспективе обеспечить пребывание человека на иных планетах, менять направление движения опасных астероидов, убирать космический мусор с околоземных орбит, потребовалось освоить 7 критических технологий.
Каких именно, тема для более специальных изданий, нежели Царьград. Но если сказать в общем, то это позволило создать электроплазменный двигатель, работающий на ядерной силовой установке. Фактически в космосе возникает электростанция на базе ядерного реактора, который вырабатывает электричество, нагревающее рабочее тело (сообщалось о гелиево-ксеноновой смеси; ксенон очень хорошо расширяется при нагреве). Благодаря этому рождается плазма, которая и выбрасывается из сопел, двигая всю систему.
На этакой мини-АЭС такой двигатель развивает мощность на порядок больше по сравнению с химическими. Например, самый лучший жидкостный ракетный двигатель имеет удельную тягу 450 секунд, а электроплазменный - до 7000 секунд. Тепловая мощность установки, согласно техническому заданию, должна достигать 3,8 МВт, а электрическая - 1 МВт. Десять МКС!
Однако имеется и одна большая проблема. На Земле отводить избыточное тепло от реактора относительно просто. Через воду или специальные теплоносители. Воздух тоже теплопроводен, хоть и слабо. Но в космосе вакуум! А вакуум, естественно, обладает нулевой теплопроводностью. Для отвода тепла остаётся только инфракрасное излучение, но оно забирает лишь крайне малую долю избыточной тепловой энергии.
Поэтому учёным и конструкторам было необходимо создать специальный холодильник-излучатель. А как? Сплести систему трубок, по которым будет бегать и охлаждаться теплоноситель? Это будет медленно, плохо и ненадёжно. Появилась мысль распылять капли теплоносителя в космосе - так излучение тепла идёт быстрее. Но потом охлаждённые капли надо как-то ловить и отправлять в следующий цикл. Тоже та ещё задачка. Так что это был, по словам тех, кто трудился над этой темой, "очень напряжённый блок работы".
Ещё проблема - в космосе не будет бригад ремонтников и поставок запчастей. И как в этих условиях быть с вращающимися частями турбин или электрогенераторов? И эти вопросы решали, создавая электрогенераторы с бесконтактным ротором.
Судя по словам Юрия Борисова и Дмитрия Рогозина, значимая часть этих и им подобных проблем решена. И из их слов можно заключить, что по крайней мере опытная установка космического аппарата с электроплазменным двигателем на ядерной энергетической установке уже в обозримое время будет проверена в условиях реального полёта. Ходят слухи, что это случится уже в 2022-2023 годах.
И значит, Россия близка к созданию универсального космического буксира. Это позволит нашим космическим аппаратам перейти на скорости, которые позволят долетать до Марса в 20 раз быстрее, чем это делают нынешние автоматические станции. Меньше чем за две недели, получается…
АЛЕКСАНДР ЦЫГАНОВ
PS. По моему мнению.
Универсальный космический буксир?
На самом-то деле Россия на данном этапе в начале пути. Пройдёт время - эти скорости тоже покажутся мизерными, они тоже будут многократно превзойдены.