_Российский прорыв в космонавтике - космический ядерный буксир "Нуклон"
У каждой страны, как у каждого человека, свой политический «характер», своя манера ведения дел. Что тут скажешь… Искусство пиара - это конёк Запада. Порой из пустышки они делают событие. На днях у Илона Маска большая бочка с керосином пролетела 10 км и взорвалась при попытке посадки. Говорят, это был технологический прорыв. Мда…
В России же наоборот - принято секретить свои научные разработки и не пиарить прорывные технологические достижения, традиция такая. И пойди пойми, чего тут больше: скромности, глупости или расчёта. Один приятный момент есть в этом для патриотов - наблюдать, как округляются глаза наших политических соперников, когда, скажем, ракеты с заявленной дальностью в 500 км стартуют в акватории Каспийского моря, летят маневрируя на предельно малых высотах через территории трёх стран и точно поражают цели в Сирии, преодолев в общей сложности расстояние втрое превышающее их официальные ТТХ.
Но вернёмся в космос.
Не знаю, сообщил ли вам Зелёный кот о действительно эпохальном по сравнению с полётом бочки событии, которое произошло позавчера - 10 декабря 2020 - и попало в прессу лишь вчера под вечер. Первыми оказались РИА Новости:
«В России начали разработку ядерного буксира для полётов в дальний космос».
Что выдаёт в редакторах РИА Новостей людей, далёких от темы, так это слово «начали». Они увидели размещённый на госзакупках контракт Роскосмоса (№ 4770238802720000110) и решили, что это начало разработки космического буксира. Но это контракт на проектирование космического комплекса(!), в котором буксир является лишь одним из модулей (транспортно-энергетическим). Разработка же самого буксира была начата без пиара и бравады ещё 10 лет назад...
ИДЕЯ
Идея космического буксира заключается в создании модуля-тягача на ионных двигателях с ядерной энергетической установкой, способной вырабатывать энергию беспрерывно два десятка лет. В современной космонавтике реализация подобного проекта станет не просто прорывом - это будет выходом на совершенно новый технологический уровень. Для полётов на Марс станут не нужны ни гигантские бочки с топливом, ни супердвигатели с тягой на химических компонентах. На сам полёт потребуется не год, а дни, и проходить он будет не по причудливой траектории с использованием гравитационных манёвров, а по прямой и на совершенно иных скоростях.
Здесь требуется дать пояснение для тех, кто не в теме. Ионные двигатели обладают крайне малой, по сравнению с химическими двигателями, тягой, но(!) у них очень высокий удельный импульс и невероятный для химических двигателей ресурс (более трёх лет непрерывной работы), при расходе топлива на несколько порядков меньше любого химического двигателя. Если таким двигателем разгонять космический аппарат достаточно долго (а в открытом космосе ничто этому не мешает), то он достигнет скоростей, физически недоступных химическим двигателям. Скорость истечения ионизированного газа, разогнанного электростатическим полем, в современных ионных двигателях достигает 50 км/с, в то время, как самые мощные химические двигатели способны выбрасывать газ из своих сопел с максимальной скоростью равной 4,5 км/c, и это уже их фактический предел.
Сама по себе идея космического буксира на ядерной энергоустановке далеко не нова, но её технологическая реализация была невозможна до наших дней по банальным причинам. Ядерная энергоустановка требует охлаждения. На Земле этот вопрос решается при помощи огромного количества воды, пропускаемой через активную зону реактора. Эта вода хранится в специальных бассейнах на территориях АЭС. В космосе подобная схема не реализуема по понятным причинам. Требуется иной принцип охлаждения - радиаторный. Но ещё одной проблемой является космический вакуум - в него нельзя просто так отдать тепло, как в воду или хотя бы как в воздух. В вакууме практически нет вещества, соответственно почти нечему и нагреваться. А значит, требуется гигантский холодильник-излучатель(!). И здесь встаёт вопрос безопасности. Такой огромный излучатель, пронизанный трубками, по которым течёт охладитель, крайне уязвим перед метеоритной угрозой. Попадание даже маленького метеорита в его панель приведёт к утечке охладителя.
Одной из теоретических концепций, считавшейся долгое время перспективной, была идея создания капельного холодильника-излучателя:
В передней части модуля охладитель через специальные разбрызгиватели выбрасывался в открытый космос, и затем собирался уже охлаждённый при помощи кормовых уловителей. Идея очень даже красивая, но, к сожалению, абсолютно фантастическая и крайне не надёжная, а потому она так и осталась на уровне идеи.
РЕАЛИЗАЦИЯ
Следует отметить, что все громкие технологические достижения России последних лет, связанные с ядерными энергоустановками и гиперзвуком (подводный беспилотник «Посейдон», межконтинентальная ракета «Буревестник» с неограниченной дальностью полёта, гиперзвуковая противокарабельная ракета «Циркон», и другие новинки из т. н. «мультика Путина», в которые многие не поверили, что, впрочем, не мешает российской армии уже принимать их на вооружение) стали технически реализуемыми благодаря созданию новейших конструкционных материалов с высочайшими жаропрочностью и жаростойкостью. Формулы этих материалов закрыты гостайной, однако сам факт их разработки для экспертов (в том числе зарубежных) является секретом Полишинеля. В этой связи заявления главы российского государства о межконтинентальной гиперзвуковой ракете, преодолевающей 20 махов, не кажутся фантастическими. Успешные испытания того же «Буревестника» показали, что России удалось решить проблему радиоактивного следа при использовании ядерной энергетической установки, чего не удавалось пока никому (это и было главной причиной отказа от использования подобных двигателей). А такое возможно лишь в одном случае - активная зона реактора не имеет непосредственного воздушного охлаждения. Значит, охлаждается внешний контур. А вот это уже становится возможным только при наличии новейших жаропрочных материалов, не имеющих аналогов…
Штатная температура работы ядерной энергоустановки российского космического буксира «Нуклон» составит 2000 градусов Цельсия, что на 400-500 градусов выше самых смелых прогнозов экспертов.
И снова мы видим ставшую уже фирменной схему Путина: проект, считавшийся в прессе похороненым, в связи с прекращением его разработки в Центре Келдыша, «всплывает» в сильно продвинутом к реализации виде в цехах КБ Арсенал. Утечка фотографий сборки наземного прототипа ушла в народ 13 сентября сего года (фото с пояснениями дёрнуты у german_kmw):
(фермы для крепления систем охлаждения)
(защитные экраны)
(панели холодильтника-излучателя системы охлаждения)
(агрегатный отсек, внизу ионные двигатели)
(сложенные фермы)
При помощи тех же новейших материалов решена проблема холодильника-излучателя.
Панели-излучатели представляют собой высокопрочную карбоновую «шубу», в которую внедрены тонкие трубки с газовым теплоносителем. Шуба не только является защитным слоем, но и сама выполняет роль активного излучателя тепла, что позволило многократно сократить объем самих трубок с теплоносителем в теле панели. Таким образом, конструктивно излучатель представляет собой не классическую панель-змеевик, с текущим по ней теплоносителем, а своего рода прочную сухую ткань, имеющую трёхмерную пространственную структуру. Вероятность выхода из строя системы охлаждения реактора в результате попадания метеорита в такую панель, и даже с вырыванием куска из неё, снижена многократно и практически сведена к нулю.
В ролике ниже приведена визуализация развёртывания системы в космосе:
Click to view