Содержание

Космическая тяга: сможет ли Россия создать ядерный двигатель для ракет | Статьи

В России провели испытания системы охлаждения ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) — одного из ключевых элементов космического аппарата будущего, на котором можно будет совершать межпланетные полеты. Зачем в космосе нужен ядерный двигатель, как он работает и почему «Роскосмос» считает эту разработку главным российским космическим козырем, рассказывают «Известия».

История атома

Если положить руку на сердце, то со времен Королева ракеты-носители, используемые для полетов в космос, кардинальных изменений не претерпели. Общий принцип работы — химический, основанный на сгорании топлива с окислителем, остается прежним. Меняются двигатели, система управления, виды топлива. Основа путешествий в космосе остается неизменной — реактивная тяга толкает ракету или космический аппарат вперед.

Очень часто можно услышать, что нужен серьезный прорыв, разработка, способная заменить реактивный двигатель, чтобы повысить эффективность и сделать полеты к Луне и Марсу более реалистичными. Дело в том, что в настоящее время едва ли не большая часть массы межпланетных космических аппаратов, — это топливо и окислитель. А что если отказаться от химического двигателя вообще и начать использовать энергию ядерного двигателя?

Сергей Павлович Королев, советский ученый, конструктор и главный организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практической космонавтики

Фото: РИА Новости

Идея создания ядерной двигательной установки не нова. В СССР развернутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано еще в далеком 1958 году. Уже тогда были проведены исследования, показавшие, что, используя ядерный ракетный двигатель достаточной мощности, можно добраться до Плутона (еще не утратившего свой планетный статус) и обратно за шесть месяцев (два туда и четыре обратно), потратив на путешествие 75 т топлива.

Занимались в СССР разработкой ядерного ракетного двигателя, однако приближаться к реальному прототипу ученые стали только сейчас. Дело не в деньгах, тема оказалась настолько сложной, что ни одна из стран не смогла до сих пор создать работающий прототип, а в большинстве случаев всё заканчивалось планами и чертежами. В США проводились испытания двигательной установки для полета на Марс в январе 1965 года. Но дальше тестов KIWI проект NERVA по покорению Марса на ядерном двигателе не сдвинулся, да и был он значительно проще, чем нынешняя российская разработка. Китай поставил в свои планы космического развития создание ядерного двигателя поближе к 2045 году, что тоже очень и очень не скоро.

В России же новый виток работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем начался в 2010 году. Проект создается силами «Роскосмоса» и «Росатома» совместно, и его можно назвать одним из самых серьезных и амбициозных космических проектов последнего времени. Головным исполнителем по ЯЭДУ является Исследовательский центр им. М.В. Келдыша.

Ядерное движение

На протяжении всего времени разработки в прессу просачиваются новости о готовности то одной, то другой части будущего ядерного двигателя.

При этом в целом, кроме специалистов, мало кто представляет себе, как и за счет чего он будет работать. Собственно, суть космического ядерного двигателя примерно такая же, как и на Земле. Энергия ядерной реакции используется для нагрева и работы турбогенератора-компрессора. Если говорить проще, то ядерная реакция используется для получения электричества, практически точно так же, как и на обычной атомной электростанции. А уже при помощи электричества работают электроракетные двигатели. В данной установке это ионные двигатели высокой мощности.

Испытание ионного двигателя

Фото: commons.wikimedia.org/Общественное достояние

В ионных двигателях тяга создается путем создания реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Ионные двигатели есть и сейчас, они испытываются в космосе. Пока у них только одна проблема — практически все они имеют очень небольшую тягу, хоть и расходуют очень мало топлива.

Для космических путешествий такие двигатели — прекрасный вариант, особенно если решить проблему получения электричества в космосе, что и сделает ядерная установка. К тому же работать ионные двигатели могут достаточно долго, максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трех лет.

Если посмотреть на схему, можно заметить, что ядерная энергия начинает свою полезную работу совсем не сразу. Сначала нагревается теплообменник, затем вырабатывается электричество, оно уже используется для создания тяги ионного двигателя. Увы, более простым и эффективным образом использовать ядерные установки для движения человечество пока не научилось.

В СССР запускались спутники с ядерной установкой в составе комплекса целеуказания «Легенда» для морской ракетоносной авиации, но это были совсем маленькие реакторы, а их работы хватало только на выработку электричества для повешенных на спутник приборов. Советские космические аппараты имели мощность установки в три киловатта, сейчас же российские специалисты работают над созданием установки с мощностью более мегаватта.

Проблемы космического масштаба

Естественно, что проблем у ядерной установки в космосе гораздо больше, чем на Земле, и самая главная из них — это охлаждение. В обычных условиях для этого используется вода, очень эффективно поглощающая тепло двигателя. В космосе же сделать это нельзя, и ядерным двигателям требуется эффективная система охлаждения — причем тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, то есть делать это можно только в виде излучения. Обычно для этого в космических кораблях используются панельные радиаторы — из металла, с циркулирующей по ним жидкостью теплоносителем. Увы, такие радиаторы, как правило, имеют большой вес и габариты, кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.

В августе 2015 года на авиасалоне МАКС была показана модель капельного охлаждения ядерных энергодвигательных систем. В ней жидкость, рассеянная в виде капель, пролетает в открытом космическом пространстве, охлаждается, а затем снова собирается в установку. Только представьте себе огромный космический корабль, в центре которого гигантская душевая установка, из которой вырываются наружу миллиарды микроскопических капель воды, летят в космосе, а затем засасываются в огромный раструб космического пылесоса.

Совсем недавно стало известно, что капельная система охлаждения ядерной двигательной установки была испытана в земных условиях. При этом система охлаждения — это важнейший этап в создании установки.

Фото: mipt.ru 

Схема капельной системы охлаждения для ядерных энергодвигательных систем

Теперь дело за тем, чтобы испытать ее работоспособность в условиях невесомости и уже только после этого систему охлаждения можно будет пробовать создать в размерах, требуемых для установки. Каждое такое успешное испытание по чуть-чуть приближает российских специалистов к созданию ядерной установки. Ученые спешат изо всех сил, ведь считается, что вывод ядерного двигателя в космос сможет России помочь вернуть лидерские позиции в космосе.

Ядерная космическая эра

Допустим, это получится, и уже через несколько лет в космосе начнет свою работу ядерный двигатель. Чем это поможет, как это можно будет использовать? Для начала стоит уточнить, что в том виде, в котором ядерная двигательная установка существует сегодня, она может работать только в космическом пространстве. Взлетать с Земли и садиться в таком виде она не может никак, тут пока без традиционных химических ракет не обойтись.

А зачем в космосе? Ну слетает человечество до Марса и Луны быстро, и всё? Не совсем так. В настоящее время все проекты орбитальных заводов и фабрик, работающих на орбите Земли, стопорятся из-за отсутствия сырья для работы. Нет смысла строить что-либо в космосе до тех пор, пока не найден способ выводить на орбиту большое количество требуемого сырья, например металлической руды.

Но зачем поднимать их с Земли, если можно, наоборот, привезти из космоса. В том же поясе астероидов в Солнечной системе есть просто огромные запасы различных металлов, в том числе и драгоценных. И вот в таком случае создание ядерного буксира станет просто палочкой-выручалочкой.

Астероид Психея является одним из самых загадочных объектов в Солнечной системе, содержит огромные запасы различных металлов

Фото: Global Look Press/Ferrari

Привезти на орбиту огромный платино- или золотосодержащий астероид и начать его разделывать прямо в космосе. По расчетам специалистов такая добыча с учетом объема может оказаться одной из наиболее выгодных.

А есть ли менее фантастическое применение ядерному буксиру? Например, с его помощью можно развозить по нужным орбитам спутники или привозить в нужную точку пространства космические аппараты, например на лунную орбиту. В настоящее время для этого используются разгонные блоки, например российский «Фрегат». Они дорогие, сложные и одноразовые. Ядерный буксир сможет подхватывать их на низкой околоземной орбите и доставлять куда необходимо.

Аналогично и с межпланетными путешествиями. Без быстрого способа доставлять грузы и людей на орбиту Марса шансов начать колонизацию просто нет. Ракеты-носители нынешнего поколения будут делать это очень дорого и долго. До сих пор длительность полета остается одной из самых серьезных проблем при полете к другим планетам. Выдержать месяцы полета на Марс и обратно в закрытой капсуле космического корабля — задача не из простых. Ядерный буксир сможет помочь и тут, существенно сократив это время.

Необходимо и достаточно

В настоящее время всё это выглядит фантастикой, но до тестирования прототипа, как утверждают ученые, остаются считаные годы. Главное, что требуется, это не только завершить разработку, но и сохранить в стране необходимый уровень космонавтики. Даже при падении финансирования должны продолжать взлетать ракеты, строиться космические аппараты, работать ценнейшие специалисты.

Фото: Global Look Press/Roscosmos

Иначе один атомный двигатель без соответствующей инфраструктуры делу не поможет, для максимальной эффективности разработку будет очень важно не просто продать, но использовать самостоятельно, показав все возможности нового космического транспортного средства.

Пока же всем жителям страны, не завязанным на работе, остается только посматривать на небо и надеяться, что у российской космонавтики всё получится. И ядерный буксир, и сохранение нынешних возможностей. В другие исходы и верить не хочется.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

 

В «Роскосмосе» задумались о создании ракетоплана с ядерным двигателем

https://ria.ru/20190306/1551577510.html

В «Роскосмосе» задумались о создании ракетоплана с ядерным двигателем

В «Роскосмосе» задумались о создании ракетоплана с ядерным двигателем — РИА Новости, 03.03.2020

В «Роскосмосе» задумались о создании ракетоплана с ядерным двигателем

Предприятия ракетно-космической отрасли при разработке перспективной техники должны ориентироваться на создание принципиально новых систем, включая такие, как… РИА Новости, 03.03.2020

2019-03-06T04:01

2019-03-06T04:01

2020-03-03T13:43

наука

роскосмос

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21. img.ria.ru/images/sharing/article/1551577510.jpg?1583232215

МОСКВА, 6 мар — РИА Новости. Предприятия ракетно-космической отрасли при разработке перспективной техники должны ориентироваться на создание принципиально новых систем, включая такие, как ракетопланы с ядерной двигательной установкой, говорится в предложении «Роскосмоса» (копия имеется в распоряжении РИА Новости), составленном по итогам совещания по перспективам создания многоразовой ракетно-космической техники.Разработка новой техники, отмечается в документе, должна вестись, в том числе, с использованием опыта создания корабля «Буран», «Бор», крылатых ступеней «Байкал» и МРКС для ракеты «Ангара».Ранее сообщалось, что резидент фонда «Сколково» компания «Исон» разрабатывает проект многоразового ракетоплана, предназначенного для полетов в атмосфере и космосе на гиперзвуковых скоростях. Предполагается, что аппарат сможет летать на высотах до 160 километров при скоростях семь махов или выводить космические аппараты на орбиту высотой до 500 километров. Каждый такой гиперзвуковой аппарат рассчитан не менее чем на 50 полетов. Позднее в распоряжении РИА Новости появилось изображение модели этого беспилотника.Также сообщалось, что в России с 2010 года выполняется проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Над двигателем работает предприятие «Роскосмоса» Центр имени Келдыша вместе с предприятиями «Росатома». Применение ядерного двигателя в космических аппаратах прорабатывает другое предприятие ракетно-космической отрасли — КБ «Арсенал». Ранее госкорпорация «Роскосмос» в одном из своих видео продемонстрировала концептуальный облик нового космического аппарата с ядерной энергоустановкой.Ядерная энергетика в освоении космического пространства нашей страной используется не впервые. В период с 1970 по 1988 год в СССР был осуществлен запуск 32 космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой, а в период с 1960 по 1980 год разработан и прошел испытания на Семипалатинском полигоне ядерный ракетный двигатель. США который год ведут испытания собственного ракетоплана X-37. Ранее глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин не исключил, что этот аппарат может быть носителем оружия. Помимо того, разработку ракетоплана Dream Chaser ведет американская коммерческая компания Sierra Nevada.В 2018 году президент Владимир Путин рассказал о создании Россией ряда новейших ударных средств сдерживания, включая крылатую ракету неограниченной дальности с ядерной двигательной установкой «Буревестник».

https://ria.ru/20181207/1547569776.html

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected] ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

роскосмос, россия

МОСКВА, 6 мар — РИА Новости. Предприятия ракетно-космической отрасли при разработке перспективной техники должны ориентироваться на создание принципиально новых систем, включая такие, как ракетопланы с ядерной двигательной установкой, говорится в предложении «Роскосмоса» (копия имеется в распоряжении РИА Новости), составленном по итогам совещания по перспективам создания многоразовой ракетно-космической техники.

«Планирование перспективных разработок многоразовых космических систем должно также включать в себя рассмотрение принципиально новых компоновок, таких как ракетопланы с ядерной двигательной установкой. Подобные системы могут в будущем изменить рынок космических средств выведения и создать новые рыночные ниши», — говорится в документе.

Разработка новой техники, отмечается в документе, должна вестись, в том числе, с использованием опыта создания корабля «Буран», «Бор», крылатых ступеней «Байкал» и МРКС для ракеты «Ангара».

Ранее сообщалось, что резидент фонда «Сколково» компания «Исон» разрабатывает проект многоразового ракетоплана, предназначенного для полетов в атмосфере и космосе на гиперзвуковых скоростях. Предполагается, что аппарат сможет летать на высотах до 160 километров при скоростях семь махов или выводить космические аппараты на орбиту высотой до 500 километров. Каждый такой гиперзвуковой аппарат рассчитан не менее чем на 50 полетов.

Позднее в распоряжении РИА Новости появилось изображение модели этого беспилотника.

Также сообщалось, что в России с 2010 года выполняется проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Над двигателем работает предприятие «Роскосмоса» Центр имени Келдыша вместе с предприятиями «Росатома». Применение ядерного двигателя в космических аппаратах прорабатывает другое предприятие ракетно-космической отрасли — КБ «Арсенал». Ранее госкорпорация «Роскосмос» в одном из своих видео продемонстрировала концептуальный облик нового космического аппарата с ядерной энергоустановкой.

7 декабря 2018, 07:49НаукаЭксперт рассказал о заимствовании США космических технологий СССР и России

Ядерная энергетика в освоении космического пространства нашей страной используется не впервые. В период с 1970 по 1988 год в СССР был осуществлен запуск 32 космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой, а в период с 1960 по 1980 год разработан и прошел испытания на Семипалатинском полигоне ядерный ракетный двигатель.

США который год ведут испытания собственного ракетоплана X-37. Ранее глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин не исключил, что этот аппарат может быть носителем оружия. Помимо того, разработку ракетоплана Dream Chaser ведет американская коммерческая компания Sierra Nevada.

В 2018 году президент Владимир Путин рассказал о создании Россией ряда новейших ударных средств сдерживания, включая крылатую ракету неограниченной дальности с ядерной двигательной установкой «Буревестник».

NASA предложили ядерный двигатель — Ведомости

В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение – ядерный тепловой двигатель (NTP). Его использование позволит людям добраться с Земли до Марса всего за три месяца. По словам руководителя USNT Майкла Идса, «ракеты с ядерными двигателями будут более мощными и вдвое более эффективными, чем с химическими двигателями, используемыми сегодня, а это означает, что они будут летать дальше и быстрее, сжигая при этом меньше топлива, что позволит человечеству уйти с околоземной орбиты в дальний космос».

USNT предлагает классическое решение – ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу. Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей – найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2400 градусов Цельсия. Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов. Той же цели – защите экипажа – служит особая архитектура ракеты, максимально разделяющая пилотируемую часть и ядерный двигатель. Запас жидкого водорода, хранящийся между двигателем и зоной экипажа, будет блокировать радиоактивные частицы, действуя как хороший радиационный экран. Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли – он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.

Ядерный ракетный двигатель не новинка. В США в 1960-х гг. существовал проект NERVA – совместная программа Комиссии по атомной энергии США и NASA по созданию такого двигателя, продолжавшаяся до 1972 г. Ее результатом стала демонстрация реальности использования подобного двигателя для полета к Марсу. Сейчас наибольший интерес вызывают проекты создания транспортных модулей для полетов на Луну, Марс и в дальний космос. Такие проекты есть и в США, и в России, говорит эксперт в области ядерной физики и популяризатор ядерных технологий Дмитрий Горчаков: «Проект USNT предполагает, что ядерный реактор будет использоваться как источник тепла, более эффективный, чем химическое топливо, для нагрева рабочего тела и ускорения ракеты уже в космическом пространстве. Однако мощности проекта не указываются».

В России уже более 10 лет силами «Роскосмоса» и «Росатома» ведется разработка транспортно-энергетического модуля с ядерным реактором небывалой для космических аппаратов мощности – в несколько мегаватт (тепловых), что в десятки раз выше любых когда-либо запущенных в космос реакторов. Он может использоваться как в качестве источника электроэнергии для самого корабля или космической базы, так и для питания электроэнергией ионных двигателей, уже использующихся в космонавтике. Однако концепция этого проекта не раз менялась, а проблемы с финансированием и отсутствие внятных планов его использования пока вызывают сомнения в том, что в ближайшие годы работа над аппаратом будет активно продвигаться.

Куда ближе к реализации другой космический реактор – американский Kilopower электрической мощностью до 10 кВт. Как и российский проект, это не ядерный двигатель, а источник электроэнергии. Он уже испытывается в железе и вполне может стать первым мощным ядерным источником энергии, отправившимся в космос в XXI в. для питания лунной или марсианской базы или космического корабля с ионными двигателями.

Русский ядерный двигатель для космического корабля: Миф или ближайшее будущее?

Космический корабль с ядерной двигательной установкой может отправиться на орбиту уже в этом году. Но может и не отправиться. Ибо с дисциплиной в нашей космической отрасли напряжёнка…

Российская ракета с ядерной двигательной установкой может отправиться в космос на испытательный полёт уже в этом году. Об этом Царьград информировал доверенный источник, знакомый с ситуацией в русской космической отрасли.

Технически там всё практически ясно, — рассказал специалист, знакомый с научной стороной проблемы. — Схема двигателя понятна, ионный прототип с хорошим удельным импульсом разработан, изготовлен и испытан на стендах. Есть представление о ракете в целом, кое-что тоже испытывается. Если поднапрячься, изделие может быть отправлено для испытаний в реальном космосе достаточно быстро, не исключаю, что и в нынешнем году, хотя говорят в целом о двадцатых годах.

Но это всё — именно «может быть», со вздохом дополнил учёный. Ибо сегодня в космической отрасли и с исполнительной дисциплиной, мягко говоря, есть сложности, и в целом отмечаются метания, интенсивность которых, также мягко говоря, набрала слишком размашистую амплитуду…

Совещание о ракетоплане

Вовсе не случайно, отметил источник, что недавно была организована утечка информации о совещании в «Роскосмосе», где прозвучал призыв готовиться к переходу космонавтики на ракетопланы с ядерной двигательной установкой.

Согласно сообщению, вышедшему в РИА Новости, совещание по перспективам создания многоразовой ракетно-космической техники, состоявшееся в госкорпорации, завершилось составлением предложения для предприятий, в котором значилось «рассмотрение принципиально новых компоновок» для многоразовых космических систем. Среди этих компоновок упоминались также и «ракетопланы с ядерной двигательной установкой».

Ракетопланы, разъяснил информатор Царьграда, — если это, правда, не всего лишь словцо, полюбившееся «эффективным менеджерам», как не без яда добавил он, — это практически космические самолёты, умеющие летать в атмосфере и поднимающиеся в космос на крыльях. Неслучайно в контексте новости о совещании в «Роскосмосе» упоминались многоразовый корабль «Буран», орбитальный самолёт «Бор», многоразовые крылатые ускорители «Байкал» для ракеты «Ангара».

«Буран». Фото: www.globallookpress.com

Иное дело, что подобные аппараты не обязательно должны летать на ядерных двигательных установках, как не летал, например, тот же «Буран». Но факт и то, заявил учёный, что нынешние химические ракетные виды топлива практически близки к исчерпанию энергетического потенциала и на них невозможна межпланетная космонавтика. То есть ждать по году, а то и по десятилетию, покамест автоматические зонды доберутся до Марса, Юпитера или объекта Ультима Туле в поясе Койпера, — это можно. Сидя в своей лаборатории или дома под надёжным укрытием атмосферы и земных магнитных полей от опасных космических излучений. Но вот отправляться в полуторагодичный полёт на Марс без возможности сманеврировать и в случае чего вернуться — это слишком большой риск при слишком небольших шансах на успех.

Мы ещё автоматические зонды с Марса не научились возвращать, — подытожил консультант Царьграда в космической сфере. — Где уж думать о том, как вернуть корабль с людьми, летящий, по сути, как камушек, практически неуправляемый в полёте.

Фото: www.globallookpress.com

Корабль с ядерным двигателем

В чём принципиальная разница между нынешними ракетами с химическими двигателями и транспортно-энергетическими модулями на основе ядерной энергодвигательной установки?

Первые похожи на набор цистерн с топливом, которые поднимают корабль на орбиту, это топливо вырабатывая, а «цистерны» отбрасывая. Эта схема действует уже 70 лет и стала за это время достаточно отработанной и надёжной. Но! Чем сложнее техника, чем больше в ней деталей — тем быстрее случается её отказ. Как ни совершенствуй и ни контролируй её. Даже без злого умысла — чистая статистика, закон больших чисел. Что погубило, скажем, советскую лунную программу в 1960-х годах? Да в значительной степени то, что синхронизировать работу 30 двигателей первой ступени, 8 — второй и 4 — третьей было задачей непосильной для тогдашней техники.

Но и в случае удачного сложения всех обстоятельств выведенное на орбиту изделие оказывается с очень ограниченным запасом топлива, не позволяющим совершать полноценные манёвры в космосе. То-то вон и МКС приходится поднимать, чтобы не соскользнула с нужной орбиты, с помощью дополнительного топлива и транспортных кораблей. А теперь представим, что будет делать подобная МКС возле Марса. И как её уводить оттуда?

А вот ядерная энергодвигательная установка от таких проблем практически свободна. Главное только — не перепутать: одно дело — двигатель для неё, другое — энергетика для двигателя. Энергетику обеспечивает ядерный реактор, который даёт электрический ток. Считается, что мощность тока должна быть не менее чем на мегаваттном уровне.

Фото: Billion Photos / Shutterstock.com

А вот двигатель — система отдельная, которая на этом токе и работает. В той системе, над которой российские специалисты работают как минимум с 2009 года, двигатель используется ионный. Точнее, не совсем, но принцип, в общем, один — плазменный. Между двумя электродами — анодом и катодом — размещена рабочая камера, в которую подаётся рабочее тело — например, газ ксенон. Между анодом и катодом устраивается большая разность потенциалов, и разряды тока ионизируют рабочее тело. Ионы эти разгоняются в нужном направлении, толкая космический корабль в противоположную сторону.

Но нужен также холодильник, чтобы охлаждать реактор. Тоже не без подвоха система, хотя, казалось бы, какой нужен холодильник, раз вокруг — вакуум и абсолютный нуль? Но вот как раз именно из-за того, что пустота теплоотводными качествами не обладает, пришлось конструкторам изобретать нечто вроде постоянной водной смеси вокруг реактора.

Мы — первые!

Дальнейшие технические подробности не очень интересны. Можно сказать лишь, что российским учёным и конструкторам удалось сделать огромную по сложности работу. Как по замыслу, так и по исполнению. Американцам, которые тоже корпели над этой темой, не удалось за долгие годы даже приблизиться к созданию реактора, стабильно работающего в космосе. После чего джентльмены поступили так, как им и положено: добились решения ООН по запрету использования ядерных энергодвигательных установок в космосе. Дело было при… нетрудно догадаться: Горбачёве.

Так что ждём предметных возмущений от американцев, когда дойдёт дело до испытаний ЯЭДУ в космосе…

В чём основные преимущества и недостатки ядерных двигательных установок? Удобство — в обращении с рабочим телом и в его хранении. Это всего лишь нейтральный неопасный газ в жидком или твёрдом виде. Очень долгий срок службы: время непрерывной работы такого двигателя — проверено — составляет более 3 лет.

Высокая тяга: плазменный двигатель в 20 раз превосходит по этому показателю двигатель химический. Высокий удельный импульс: у ионного двигателя ИД-500, сделанного в Центре имени М.В. Келдыша, удельный импульс составляет 70 000 м/с. Но вообще ионы могут разгоняться под действием тока до скоростей большее 200 км/с (у химических двигателей — 3-4,5 км/с). Благодаря всему этому до Марса можно долететь за полтора месяца при полностью управляемом режиме.

И всё это — на расстоянии вытянутой руки! Россия может стать первой страной, не просто отправившей человека к Марсу, но первой в переходе на качественно новый способ передвижения в космосе!

Может. Но станет ли?

«Ничего комментировать не могу…»

В разговоре с Царьградом очень информированный эксперт в области космических исследований академик Михаил Маров, когда-то сам принимавший участие в разработке межпланетных космических аппаратов, продемонстрировал скепсис относительно перспектив скорого испытания русского космического корабля с ядерной двигательной установкой.

Академик РАН, заведующий отделом планетных исследований и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Михаил Маров. Фото: Георгий Поляков/Интерпресс/ТАСС 

 

Дело в том, что я бы мог вам комментировать более или менее ответственно, если бы дело шло о советской эпохе, — заявил он. — Вот тогда было всё, в общем, довольно чётко, хотя и много было секретности. Но то, что было решено, довольно чётко выполнялось. Сейчас же я ничего комментировать не могу. Потому что все планы сегодня уползают вправо, причём никто за это ответственности не несёт. Хотя эти проекты, скажем, «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» — всё это в федеральной космической программе. А тогда, если проект был в аналоге федеральной программы, то есть назван в постановлении ЦК и Совмина, то если генеральный или главный конструктор говорил, что он изделие вовремя не может сделать, ему говорили очень коротко и спокойно: ну, тогда положишь на стол партбилет. И это, как вы понимаете, было настолько значимо с точки зрения крушения карьеры, что люди делали всё, что могли и не могли, чтобы выдержать плановые сроки.

Вот жил в своё время конструктор Георгий Бабакин, напомнил академик Маров. Это человек, который за шесть лет сделал 16 космических аппаратов!

«При мне он обещал Келдышу сделать за два года возврат грунта с Луны, — рассказал учёный. — И это вошло потом в постановление ЦК и Совмина. И это было сделано. А вот сейчас, когда вы меня спрашиваете, я был бы очень-очень рад сказать: да, всё великолепно. Всё, что и как заявлено, будет сделано. Но я не могу так сказать».

Так что хорошо то, что делается. Но нашему космосу сегодня больше всего нужна простая метла. Которая подчистила бы все те горы мусора, полуправд и пустозвонства, которые скопились в отрасли за последние десятилетия.

На Марс полетим на ядерных кораблях?

Мировые лидеры в освоении космоса опять заговорили про ядерную энергию. Она может оказаться ключом к эффективному покорению ближнего космоса, колонизации Луны и высадке человека на Марс. Так считают и в России, и в США. Вопросы о ядерной энергетике в разрезе космической отрасли, а также о перспективных разработках в этом направлении мы задали кандидату физико-математических наук, доценту Института ядерной физики и технологий Национального исследовательского ядерного университета МИФИ Егору Задебе.

Ядерные ракетные двигатели долгое время работали только на бумаге — в произведениях писателей-фантастов. Хотя и в Советском Союзе, и в США в разгар космической гонки шли активные разработки в этом направлении. В СССР они воплотились в опытный двигатель РД-0410, за океаном — в проект NERVA.

Впрочем, это не единственные реализации идеи применения ядерной энергетики в космической промышленности. О них мы поговорим позже, а пока справляемся у Егора Задебы о том, в каких сферах освоения космоса использовались столь перспективные ядерные технологии.

— С самого начала освоения космоса при проектировании космических аппаратов (КА) применялись технологии и знания, приобретенные при развитии ядерной физики. В первую очередь это касается радиационной стойкости электронных компонентов КА. На поверхности Земли мы надежно защищены от частиц солнечного ветра и космических лучей атмосферой и магнитным полем планеты. Уже на низкой околоземной орбите радиационный фон на несколько порядков выше земного, и в таких условиях обычные электронные компоненты выходят из строя за секунды. Формирование элементной базы, устойчивой к радиации, было бы невозможно без технологий, созданных и совершенствуемых в рамках исследований в области ядерной физики.

Но наибольшую роль ядерные технологии сыграли, конечно же, в обеспечении космических аппаратов энергией. Речь идет о двух видах источников: «ядерных батарейках» РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) и орбитальных ядерных реакторах.

В первом классе устройств в аппарат устанавливается радиоактивный источник, естественный распад изотопов является постоянным источником тепла (выделяемая тепловая мощность, как правило, не превышает 1 кВт), а термоэлектронный генератор переводит тепловую энергию в электрическую. Такие устройства отличаются, с одной стороны, простотой и надежностью (установленные на аппаратах «Вояджер» электрические генераторы на плутонии-238 функционируют уже почти 30 лет), а с другой — малыми мощностью и КПД (до 7%).

В тех случаях, когда космическому аппарату требуется высокая мощность, на них возможно разместить компактные атомные реакторы. Советский Союз достиг значительных успехов в разработке ядерных энергетических установок, ими было оснащено более 30 космических аппаратов (в США испытания в космосе прошел лишь один). При тепловой мощности около 100 кВт подобные установки обеспечивали свыше 5 кВт электрической. Перспективные ядерные установки мегаваттного класса станут полноценной заменой классическим ракетным двигателям и откроют путь к освоению Луны и Марса.

«Взрыволеты» и реальность

О том, что на химических ракетах покорение Солнечной системы будет затруднительным, было известно еще во времена Циолковского. И варианты альтернативных видов топлива предлагались давно. Когда человек приручил мирный атом, встал вопрос о том, как применить его для обеспечения движения в космосе. Были даже идеи использовать атомные бомбы: сбрасывать их с корабля, подрывать на удалении и использовать импульс плазмы через систему амортизаторов.

Такой «взрыволет» (ядерно-импульсный космический корабль) даже проходил испытания в конце 1950-х годов в США. Метр в диаметре, 105 килограммов веса — правда, обошлось без подрыва ядерных бомб. Их заменили на килограммовые шары взрывчатки C4. Получилось как минимум интересно.

Но, конечно, тестирование и тем более запуск аппарата, который потребует нескольких тысяч ядерных взрывов в пределах атмосферы Земли, даже во времена холодной войны посчитали чересчур экстравагантной затеей. Да и потенциальных эксплуатационных проблем у «взрыволета» хватало — от эрозии толкателя до влияния электромагнитных импульсов от взрывов на наземные и орбитальные установки.

От брутальной идеи выбрасывать за борт космического корабля ядерные бомбы отказались, но те объемы энергии, которые способна дать реакция расщепления ядер, продолжали будоражить умы инженеров. Так родились уже упомянутые NERVA и РД-0410. Они предполагали нагрев с помощью ядерной энергии водорода, который и создавал бы тягу в ядерных ракетных двигателях.

Вернер фон Браун, отец американской лунной программы, вполне оптимистично полагал, что три двигательные установки NERVA на одной ракете смогут доставить американских астронавтов прямиком на Марс уже в августе 1982 года. Правда, предложенный им в 1969 году план так и не был реализован. Интерес сверхдержав к космической гонке подостыл, бюджеты сократили, и в конце 1972 года разработки в области ядерной тяги в США были остановлены.

Советский РД-0410 мог стать двигателем, который доставил бы космонавтов СССР на Марс к 1994 году. Но не срослось. Испытания его реактора проводились в конце 1970-х — начале 1980-х годов на Семипалатинском полигоне (сейчас Казахстан). Разработка была свернута в середине 1980-х.

— Существует широкий список перспективных и гипотетически возможных ядерных и даже термоядерных космических установок, — продолжает рассказ Егор.Часть из них не разрабатываются по экологическим причинам — например, двигатели, использующие в своей основе серию ядерных взрывов, или те, в которых рабочим телом при реактивном движении является само делящееся вещество. В ядерных ракетных двигателях, использующих в качестве рабочего тела водород или иной газ, приходится запасать большие его объемы, что не проходит ввиду ограничений по массе.

Наиболее перспективными являются ядерные энергодвигательные установки (ЯЭДУ), использующие реактор лишь в качестве источника электроэнергии, движение же в них обеспечивается с помощью ионных или плазменных двигателей. Основными препятствиями при разработке мощных установок такого типа являются ограничение на массу выводимых космических аппаратов, требование высочайшей надежности элементов и отсутствие теплообмена с внешней средой.

Ядерная электродвигательная установка мегаваттного класса

Если в описанных выше ядерных двигателях реактор непосредственно «крутил колеса» для движения, то в ЯЭДУ его задача сводится к выработке энергии для установки, которая будет «крутить колеса». Газ от реактора крутит турбину, турбина крутит генератор, генератор вырабатывает электричество для плазменного двигателя — так вкратце это работает. И, в отличие от прямоточного ядерного двигателя, никакой радиоактивной струи на выходе из двигателя.

— Если на Земле в качестве третьего контура ядерного реактора мы можем использовать крупные водные объекты, такие как озера или реки, а реактивные двигатели на основе атомных реакторов охлаждаются набегающим потоком воздуха, то в космосе аппарат находится в вакууме, теплоноситель охлаждается только за счет излучения. Это требует применения огромных холодильников-излучателей (ХИ), которые становятся самыми тяжелыми элементами ядерных установок.

Около 15 лет назад революцию в области разработки орбитальных энергоустановок сделали наши ученые, предложившие использование так называемого капельного ХИ. Это установка, похожая на душ, в которой жидкий теплоноситель второго контура не циркулирует в трубах, а распыляется наружу в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, затем улавливается и проходит цикл заново. В настоящее время эта технология только готовится к испытанию на орбите.

В России в 2009 году объявили о начале работ над ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного класса силами предприятий «Роскосмоса» и «Росатома». Испытания макета в космосе должны были состояться 30 марта этого года, но пока о них ничего не слышно. С помощью этой установки Россия планирует начать освоение Солнечной системы.

В качестве теплоносителя в установке собираются применять гелий-ксеноновую смесь, турбомашинный электрогенератор для преобразования тепла в электричество уже испытан, еще в 2016 году прошла серия испытаний нового ионного электроракетного двигателя. Вот только основной разработчик установки — Исследовательский центр имени Келдыша — год назад был оштрафован за сорванные сроки. Согласно госконтракту, работы должны были завершиться еще 25 ноября 2018 года.

— Создание мегаваттной энергодвигательной установки должно стать колоссальным прорывом в освоении человечеством Солнечной системы. Предполагается создание ряда межпланетных челноков. Их энерговооруженность и запас хода позволят без дозаправки добраться до Марса и обратно всего за три месяца. Для сравнения: космическому кораблю с наиболее совершенным химическим двигателем до ближайшей к нам планеты придется лететь более года, но, что наиболее важно, при этом ему не хватит топлива, чтобы вернуться обратно!

Принципиальных препятствий для создания мегаваттной установки на сегодня нет. Наибольшие сложности остаются в создании трех важнейших узлов установки. Во-первых, это турбомеханический электрический генератор, работающий при температуре 1500 градусов и скорости вращения турбины в 60 тыс. оборотов в минуту. Подобные системы успешно функционируют на Земле, но не так просто подготовить генератор к долговременной эксплуатации без обслуживания в космосе, в условиях невесомости. Во-вторых, это система капельного охлаждения, описанная мной выше. Подобные системы никогда не применялись ранее, это наша уникальная разработка, протестировать которую в земных условиях практически невозможно. И, наконец, в-третьих, это нетривиальная задача компоновки и механизации космического аппарата, который должен умещаться под обтекателем ракеты-носителя, а на орбите раскрываться в огромную и сложную конструкцию, состоящую из множества мачт и экранов, а также обладающую всеми традиционными системами ориентации, маневрирования и телеметрии.

Нет сомнений, что в случае соблюдения всех позитивных условий мегаваттная установка будет создана.

Тепловая тяга на Западе

Если Россия пошла по пути создания ядерной энергодвигательной установки, то в США изучают привлекательность ядерной тепловой тяги. По мнению специалистов американского аэрокосмического агентства NASA, сегодняшние достижения в области материалов и разработки реакторов дают стимул для оценки перспективности этой технологии. Ведь ядерные двигатели на ракетах видели не только фантасты — сами специалисты NASA еще в 1961 году совместно с Комиссией по атомной энергии начали реализацию программы «Ядерный двигатель для ракетных транспортных средств» (NERVA).

Два года назад Дойс Митчелл, руководитель перспективного проекта ядерной тепловой тяги в Центре космических полетов имени Джорджа Маршалла, рассказывал, что ядерная двигательная установка способна в два раза сократить время на транзит между Марсом и Землей, и для миссии необязательно будет поджидать момент, когда обе планеты будут в наиболее благоприятных положениях друг относительно друга. Сокращение длительности полета уменьшит воздействие радиации и микрогравитации на пассажиров.

К тому же, по мнению представителей департамента энергетики США, ракеты на ядерной тепловой тяге в два раза эффективнее существующих химических ракет. Удельный импульс последней, сжигающей водород и жидкий кислород, оценивают в 450 секунд, для ядерных ракет этот показатель оценочно достигает 900 секунд.

Читайте также:

Хроника коронавируса в Беларуси и мире. Все главные новости и статьи здесь

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Самые оперативные новости о пандемии и не только в новом сообществе Onliner в Viber. Подключайтесь

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. [email protected]

МИФИ и «Спутникс» начали испытания двигательной установки для малых спутников, которая поможет решить проблему космического мусора

| Поделиться

Сотрудники лаборатории плазменных двигателей института «Лаплаз» НИЯУ МИФИ совместно с представителями компании «Спутникс» (входит в Sitronics Group) начали испытания плазменной двигательной установки, пригодной для размещения на малых космических аппаратах. Оснащённые плазменными двигателями наноспутники могут самостоятельно удерживать свое положение на орбите и в конце своей жизни снизить высоту орбиты, сократив в 2-3 раза время до сгорания в верхних слоях атмосферы. Об этом CNews сообщили в Sitronics Group.

Плазменная двигательная установка, получившая название VERA (Volume-Effective Rocket-propulsion Assembly), станет первой в стране и одной из первых в мире, пригодных для установки на космические аппараты массой не более 4 кг формата CubeSat 3U. Малые размеры и масса разработанных двигателей позволят создавать и поддерживать на орбите группировки из десятков наноспутников.

Испытания проходит полноценная двигательная установка, включающая в себя, помимо самого двигателя, компактные высоковольтные преобразователи, обеспечивающие питание двигателя от низковольтной бортовой сети спутника, а также электронную плату управления, принимающую цифровые команды и на их основе контролирующую все процессы внутри установки.

«Разработчики наноспутниковых группировок сталкиваются с проблемой отсутствия достаточно компактных двигательных установок, которые позволили бы спутникам занять и затем эффективно длительное время поддерживать необходимые позиции в орбитальной плоскости. С двигателем VERA эта проблема будет решена, что даст мощный толчок для развития недорогих спутниковых систем нового поколения», – сказал руководитель лаборатории плазменных и реактивных двигателей института «Лаплаз» НИЯУ МИФИ Игорь Егоров.

Сотрудники лаборатории плазменных двигателей института «Лаплаз» НИЯУ МИФИ совместно с представителями компании «Спутникс» начали испытания плазменной двигательной установки

Для отправки на околоземную орбиту компанией «Спутникс» готовятся два наноспутника формата CubeSat 3U, использующих двигательные установки данного типа. Спутники с новыми двигателями создаются и будут отправлены в космос в рамках программы Space PI, поддерживаемой Фондом содействия инновациям. Вывод спутников в космос предполагается в 2022 г., где и пройдут основные лётные испытания двигателя.

Илья Зуев, «Райффайзен банк»: Передовые технологии не помогут, если в ИБ-процессах отсутствуют качество и полнота

ИТ в банках

«Несмотря на малый размер, наноспутники могут решать множество задач, которые ранее решались только с помощью куда более крупных и дорогих аппаратов. Наноспутники могут заниматься дистанционным зондированием Земли (ДЗЗ), в том числе оперативным выявлением стихийных бедствий, собирать данные о перемещении морских и воздушных судов (AIS, ADS-B), поддерживать так называемый интернет вещей (IoT), обеспечивая связь с удалёнными автономными метеорологическими и океанографическими станциями по Северному морскому пути», – отметил президент Sitronics Group Николай Пожидаев.

Ещё одна важная проблема, которую поможет решить новый плазменный двигатель – проблема космического мусора. Обычно наноспутники могут оставаться на орбите более десяти лет после завершения своей эксплуатации, прежде чем торможение о верхние слои атмосферы очистит от них околоземное пространство. Всё это время сохраняется угроза, что уже отработавший свой ресурс наноспутник столкнется с каким-нибудь действующим, возможно, пилотируемым, аппаратом. Но оснащённые двигателями наноспутники могут в конце своей жизни самостоятельно снизить высоту орбиты, тем самым в 2-3 раза сократив время до сгорания в верхних слоях атмосферы.

«Основные задачи космического эксперимента с двигателями – продемонстрировать высокий технологический уровень и надежность устройства, отработать маневрирование аппаратов на орбите, послужить важным элементом для будущих серий современных отечественных наноспутников и спутниковых группировок различного назначения, способных конкурировать на международном рынке», – сказал генеральный директор компании «Спутникс» Владислав Иваненко.

Ядерный двигатель для военного космоса

Текст новости:

Новые принципы использования ядерных реакторов на космических аппаратах потенциально способны вывести всё человечество на новый этап освоения ближнего и дальнего космоса, а возможно, и ведения «звёздных войн»

Текст со страницы (автоматическое получение):

Ядерный двигатель для военного космоса
Новые принципы использования ядерных реакторов на космических аппаратах потенциально способны вывести всё человечество на новый этап освоения ближнего и дальнего космоса, а возможно, и ведения «звёздных войн»
Реклама
Читайте нас на: 
За последнее десятилетие космос превратился в место жёсткого противостояния ведущих держав мира. Это связано со значительной ролью, которую играют военные спутники в современной войне. На космические аппараты возлагается ведение разведки, организация связи и управления войсками, определение координат своих сил и сил противника, а также противодействие спутникам враждебных государств.
Главная проблема, которая уже многие годы стоит перед разработчиками космической техники, — ограниченный запас топлива. Чем больше топлива на спутнике, тем продолжительнее может быть полёт и тем проще изменять его орбиту или маневрировать, уклоняясь от противоспутниковых средств враждебной страны. Кроме того, способность маневрировать важна для проведения инспекции чужих космических аппаратов, а если потребуется, то и для вывода их из строя.
60-е годы: США и СССР разрабатывают первые космические аппараты с ядерной энергетической установкой
На современных спутниках военного назначения находится значительное количество сложной аппаратуры. Для её нормальной работы необходим большой объём электроэнергии. Мощности солнечных батарей уже давно не хватает и, начиная с середины 60-х гг. ХХ века, в дополнение к ним стали использовать ядерные технологии.
Первоначально применялись радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ). Они используют естественный процесс радиоактивного распада радиоизотопов. РИТЭГ имеют относительно простую конструкцию и могут эксплуатироваться без обслуживания продолжительное время. Но радиоизотопные термоэлектрогенераторы отличаются двумя серьёзными недостатками — низкой мощностью и невысоким КПД. Поэтому чаще всего их применяют в дополнение к солнечным батареям. В частности, РИТЭГ установлен на марсоходе Curiosity (в переводе на русский — «Любопытство» или «Любознательность»).
© nasa.gov
РИТЭГ установлен на марсоходе Curiosity.
Для получения большей мощности используют компактные ядерные реакторы. Впервые космический аппарат с ядерной энергетической установкой на борту был запущен в США в апреле 1965 г. Реактор работал на уране-235 и получил название SNAP-10A. Он предназначался для обеспечения электроэнергией экспериментальных импульсных ионных двигателей.
Через полтора месяца американский спутник вышел из строя, после чего аппарат перевели на орбиту захоронения со временем схода на Землю 4 тысячи лет. Но уже в 1979 г. спутник по неизвестным причинам стал разваливаться, образовав 50 различных обломков. Осознав сложность создания космических аппаратов с атомными реакторами на борту, NASA прекратило работы по этой тематике. Причина крылась и в банальной нехватке денежных средств, которые в то время требовались для ведения войны во Вьетнаме.
В 1964-1965 гг. в Курчатовском центре был разработан первый советский опытный ядерный реактор «Ромашка». С учётом полученного опыта вскоре была создана ядерная энергетическая установка БЭС-5 «Бук». В её основе лежал реактор на быстрых нейтронах. Как и американский, отечественный реактор работал на уране-235. Ядерная энергетическая установка монтировалась на космические аппараты под названием «Космос» серии УС-А («Управляемый Спутник-Активный»), запускаемых по программе «Легенда». Это была система предназначенная для глобальной спутниковой морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ) силам и средствам ВМФ СССР. В реальном времени она наводила противокорабельные крылатые ракеты на морские цели противника. По мнению президента США Рейгана, система «Легенда» представляла собой большую угрозу для американского флота.
© wikipedia.org
Схема спутника серии УС-А.
Первый запуск космического аппарата «Космос-367» состоялся в октябре 1970 г. БЭС-5 «Бук» проработал около двух часов и затем вышел из строя. После доработок была осуществлена серия успешных пусков советских космических аппаратов с ядерными энергетическими установками на борту. Всего был произведён 31 запуск. Но были и неудачи.
Пуски, состоявшиеся в октябре 1969 г., в апреле 1973 г., в сентябре 1977 г., в феврале 1983 г. и некоторые другие, оказались неудачными. Много шума в то время наделал космический аппарат «Космос-954». В январе 1978 г. он сгорел над безлюдным районом Канады. К счастью, топливо из реактора и его обломки вызвали некритичное загрязнение местности общей площадью до 100 тысяч квадратных километров. Тогда СССР выплатил Канаде компенсацию в несколько миллионов долларов за причинённый экологический ущерб.
90-е годы: США купили у распавшегося СССР «Топаз-2», но ничего с ним поделать не смогли
Запуски советских космических аппаратов с ядерными силовыми установками на борту были возобновлены только через несколько лет. На усовершенствованных спутниках предусмотрели аварийную систему увода реактора на орбиту захоронения. После завершения срока работы аппарата, а в то время это было 120 дней, спутник разделялся на две части. Реактор оставался на орбите высотой 750-1000 км. Расчёты показывали, что в атмосферу Земли он войдёт через 250 лет, когда произойдёт распад наиболее опасных радиоактивных элементов. Кроме того, была создана дублирующая система безопасности. В случае неконтролируемого входа космического аппарата в плотные слои атмосферы топливные элементы автоматически выбрасывались из корпуса реактора, после чего они сгорали в плотных слоях атмосферы. Несмотря на то, что это приводило к загрязнению верхних слоёв атмосферы, уровень радиации считался допустимым. В 1988 г. в связи с изменением военно-политической обстановки в мире и политики уступок СССР Западу запуски советских космических аппаратов с ядерными реакторами на борту под давлением Вашингтона на некоторое время были прекращены.
После распада Советского Союза американцы в 1992 г. купили у России технологию создания космической ядерной энергетической установки под названием «Топаз». Кроме того, они приобрели две термоэмиссионные ядерные энергетические установки «Топаз-2» («Енисей»), которые были способны генерировать рекордную в те времена электрическую мощность до 10 кВт. Изучив советские разработки, в NASA приняли решение заморозить свои работы в этой области. Вероятнее всего, сказалось технологическое превосходство СССР, которое в США не смогли повторить.
© sdelanounas.ru
XXI век: США закручивают ядерные гайки
На сегодняшний день Пентагон активно занимается размещением новейших боевых и разведывательных систем в космосе. В Вашингтоне считают, что это позволит быстро обнаруживать и сопровождать боевые блоки гиперзвуковых ракет, а затем успешно поражать их с помощью новейших противоракет и оружия на новых физических принципах. С этой целью в конце 2019 г. Пентагон создал Космические силы, командование которых рассматривает космос как сферу ведения военных действий, а космические аппараты — как средство вооружённой борьбы.
По инициативе командования Космических сил Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) решило вернуться к идее использования ядерных реакторов на космических аппаратах. По замыслу Пентагона они должны применяться не только для обеспечения спутников достаточным количеством электроэнергии, но в первую очередь стать основой для двигательной установки новейшего типа.
Командование Космических сил США считает, что ядерные двигательные установки должны сделать спутники более манёвренными, а значит менее уязвимыми для возможных атак в космосе. На разработку новейшего спутникового двигателя DARPA выделило 30 миллионов долларов.
Деньги были направлены на реализацию гражданского проекта NASA под названием «Демонстрационная ракета для гибких операций в пределах орбиты Луны» (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, DRACO). В основе перспективного американского спутника лежит ядерная тепловая двигательная установка, которая в два раза эффективнее существующих двигателей, работающих на химическом топливе. С её помощью NASA планирует приступить к освоению Луны.
Используемые в настоящее время в космических аппаратах двигатели не позволяют быстро долететь до ближайшего спутника Земли и планет Солнечной системы. А необходимость в этом становится всё острее и острее. В частности, на Луне находятся значительные запасы трития, который можно применять в качестве топлива в реакторах управляемого термоядерного синтеза. На сегодняшний день добыча трития и его доставка на Землю считаются нереализуемой задачей.
Плюсы и минусы ядерного реактора
Разработкой функционирующего на низкообогащённом уране ядерного реактора для двигательной установки спутника DRACO занимается компания General Atomics. Она смога выиграть контракт DARPA на 22 миллиона долларов. Проектирование космического корабля осуществляют компании Lockheed Martin и Blue Origin. Запуск демонстрационного аппарата намечен на 2025 г. Спутник будет направлен в окололунное пространство, находящееся над околоземной орбитой. Это делается в целях обеспечения безопасности и недопущения непредвиденного схода спутника DRACO в земную атмосферу.
В Пентагоне полагают, что в случае успеха проекта DRACO ядерную тепловую двигательную установку можно будет устанавливать на спутники военного назначения. Космические аппараты с ядерными двигателями многие годы смогут работать в космосе без необходимости экономить или пополнять топливо. По мнению американских специалистов, космические аппараты с ядерными двигателями следует использовать в космических системах предупреждения о ракетном нападении и в спутниках GPS. Это позволит американским космическим аппаратам легко маневрировать, уклоняясь от противоспутникового оружия или другой опасности.
Реализовать задуманное Пентагону будет непросто из-за сложности конструкции ядерной двигательной установки. Для этого на борт космического аппарата необходимо поместить реакторную установку с рабочим телом и вспомогательными устройствами, электроракетную двигательную установку и холодильник-излучатель.
Реактор вырабатывает тепло, которое нагревает теплоноситель в виде газовой смеси, например гелий-ксеноновой. Теплоноситель расширяется и вращает турбину. С её валом связан электрический генератор и компрессор, поддерживающий давление в замкнутом контуре теплоносителя. Вырабатываемая генератором электроэнергия направляется для работы плазменного (ионного) двигателя. Процессы, происходящие в ионном двигателе, чем-то напоминают работу электронно-лучевой трубки в старых телевизорах.
© darpa.mil
В случае успеха проекта DRACO ядерную тепловую двигательную установку можно будет устанавливать на спутники военного назначения.
В условиях вакуума в газоразрядной камере размещены два типа электродов — аноды и катодный блок. Внутрь подаётся рабочее тело в виде инертного газа, например ксенона. На анод и катод поступает напряжение с большой разницей электрических потенциалов. В результате возникают разряды тока, которые ионизируют рабочее тело. Образовавшиеся при этом ионы в промежутке между эмиссионным и ускоряющим электродом за счёт мощного электромагнитного поля и вакуума быстро разгоняются, толкая космический аппарат в противоположную сторону. По сути, поток заряженных частиц, исходящих из плазменного двигателя, выполняет функцию реактивной струи. Под действием электромагнитного поля ионы могут развивать скорость до 200 км/с, тогда как у химических двигателей этот показатель не превышает 3-4,5 км/с.
Большую проблему представляет избыточное тепло, образующееся в ядерном реакторе. Казалось бы, что при абсолютном нуле в космосе проблемы в охлаждении нет. Но в условиях вакуума нет частиц воздуха, которые нагреваются от горячего тела и тем самым охлаждают его. В вакууме тепло просто нечему передать. Поэтому в реакторе предусмотрен второй контур, из которого избыточное тепло с помощью холодильников-излучателей сбрасывается в космос.
Ядерный «Зевс» России
Кроме США интенсивные работы по созданию ядерного ракетного двигателя ведёт Китай. Разработкой занимается Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC). Она планирует создать к 2045 г. многоразовый космический корабль, оснащённый ядерным ракетным двигателем.
В середине января этого года Институт Митчелла Ассоциации военно-воздушных сил США подготовил доклад, в котором отмечается, что «силы космической манёвренной войны Китая будут включать в себя транспортные средства с ядерными тепловыми и электрическими двигателями, способные быстро перемещаться между орбитами для выполнения наступательных и оборонительных задач».
Россия, со своей стороны, также занимается разработкой ядерной энергодвигательной установки. Роскосмос планирует запустить с космодрома Восточный в 2030 г. космический буксир «Зевс». В США уже говорят, что благодаря большой мощности ядерного реактора на борту военный аналог «Зевса» сможет с помощью электромагнитного импульса выводить из строя космические аппараты, станции и корабли противника или подсвечивать лазерным лучом боевые блоки баллистических и гиперзвуковых ракет. На самом деле Роскосмос планирует, что корабль будет выполнять функцию схожую с паромом. Он будет доставлять грузы с Земной орбиты на орбиту Луны или Марса и обратно, а также обеспечивать связь, ретрансляцию, теле- и радиовещание вокруг Земли.

Автоматическая система мониторинга и отбора информации

Группа экспертов МАГАТЭ заявляет, что

Ядерная технология будет использоваться для запуска и питания будущих космических миссий

Ракеты, стартующие с Земли, в обозримом будущем будут зависеть от химического топлива. Однако, оказавшись на орбите, ядерные двигатели могут взять на себя управление и обеспечить движение для ускорения космического корабля в космосе.

«Межпланетные миссии с экипажем в будущем почти наверняка потребуют двигательных установок с уровнями производительности, значительно превышающими уровень производительности лучших современных химических двигателей», — сказал Уильям Эмрих, бывший ведущий инженер проекта в НАСА, добавив, что надежным кандидатом для использования в космических путешествиях является ядерная тепловая двигательная установка (НТП).

В NTP ядерный реактор деления нагревает жидкое топливо, такое как водород. Тепло превращает жидкость в газ, который расширяется через сопло, создавая тягу и приводя в движение космический корабль. Преимущества NTP заключаются в том, что космическим полетам потребуется доставлять в космос меньше топлива, а двигатели NTP сократят время полета, сократив время полета до Марса на 25% по сравнению с традиционными химическими ракетами. Сокращение времени пребывания в космосе также снижает воздействие космической радиации на астронавтов.

Ядерная электрическая двигательная установка (ЯЭР), с другой стороны, представляет собой вариант, в котором тяга обеспечивается за счет преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую энергию, что устраняет связанные с этим потребности в НТП и ограничения, связанные с хранением топлива на борту. В NEP тяга ниже, но непрерывна, а эффективность использования топлива намного выше, что приводит к более высокой скорости и потенциальному сокращению времени полета до Марса более чем на 60 процентов по сравнению с традиционными химическими ракетами.

«Для космических миссий, требующих высокой выходной мощности, таких как пилотируемый полет на Марс или космические переправы, энергосистема на основе ядерного реактора может быть очень конкурентоспособным выбором», — сказал Хуэй Ду из Пекинского института космических систем. исследование Китайской академии космических технологий в 2015 году, которое показало, что полет человека на Марс был бы невозможен без космических ядерных реакторов.

Система NEP, разрабатываемая компанией Ad Astra Rocket, магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR), представляет собой плазменную ракету, в которой электрические поля нагревают и ускоряют топливо, образуя плазму, а магнитные поля направляют плазму в нужном направлении. когда он выбрасывается из двигателя, создавая тягу для космического корабля. В отличие от традиционной NEP, конструкция VASIMR позволит обрабатывать большое количество энергии, сохраняя при этом высокую эффективность использования топлива, которая характеризует электрические ракеты.

«В ближайшем будущем мы предполагаем, что двигатель VASIMR будет поддерживать широкий спектр мощных приложений от солнечной энергии в окололунном пространстве до ядерной энергии в межпланетном пространстве», — сказал Франклин Чанг Диас, генеральный директор Ad Astra Rocket Company. «В долгосрочной перспективе VASIMR может стать предшественником будущих термоядерных ракет, которые все еще находятся на стадии разработки», — добавил он.

Термоядерные ракеты, такие как концепция реактора с обратной конфигурацией в Принстонском поле, разрабатываемая в Принстонской лаборатории физики плазмы, будут иметь преимущество в создании двигателя прямого синтеза (DFD), непосредственно преобразующего энергию заряженных частиц, образующихся в реакциях синтеза, в движение. для космического корабля.

«DFD может производить удельную мощность на несколько порядков выше, чем другие системы, сокращая время полета и увеличивая полезную нагрузку, что позволяет нам гораздо быстрее достигать пунктов назначения в дальнем космосе», — сказала Стефани Томас, вице-президент Princeton Satellite Systems, которая обсудила возможные Миссии с двигателем DFD в ближнее межзвездное пространство, пилотируемые миссии на Марс и наземные мощности лунной базы. Она также объяснила, что у DFD могут быть преимущества небольшого размера и потребности в очень небольшом количестве топлива — несколько килограммов могут питать космический корабль в течение десяти лет.

«Ядерный вариант» НАСА может иметь решающее значение для доставки людей на Марс

Путь к людям на Марсе лежит через расщепленный атом.

Вдали от Земли, будь то в пустоте или в другом мире, сила — это жизнь. Постоянный, сильный поток электричества так же важен для работы компьютеров и двигателей, как и для обеспечения доступа к телесным потребностям, таким как свет и тепло, воздух для дыхания и питьевая вода, а также приготовление или даже выращивание пищи. И один из самых мощных и надежных способов получить все эти жизненно важные киловатты — это расщепление ядер — то, что начинающие космонавты поняли задолго до того, как кто-либо достиг космоса (или разработал ядерное оружие, если уж на то пошло).Тем не менее, спустя более 60 лет космической эры ядерное деление для космических полетов остается в основном мечтой. Однако сейчас, когда НАСА продолжает свою программу «Артемида» в духе «Аполлона» по строительству пилотируемого лунного аванпоста (с прицелом на возможную высадку людей на Марс), редкое сочетание технологий, финансирования и политической воли находится на грани создания космических кораблей. ядерные реакторы – рутинная реальность.

В 2020 году Белый дом дал НАСА 10-летний срок для доставки 10-киловаттной ядерной энергетической системы на поверхность Луны.В настоящее время этот проект является главным приоритетом Управления космических технологий агентства. А в июле 2021 года распорядители Конгресса выделили НАСА 110 миллионов долларов на разработку новой ядерной ракеты, подходящей для отправки грузов и экипажа в межпланетные путешествия. НАСА даже не попросило денег.

Причина такой внезапной срочности проста: без ядерной энергетики заявленная цель космического агентства по созданию лунной базы к концу десятилетия — не говоря уже о том, чтобы обуться на Марсе — становится трудно, если не невозможно, достичь.

Удивительно, но для создания ядерного реактора для космических полетов не требуется фундаментальных технологических прорывов. (На самом деле, США уже сделали это один раз — и пока только один раз — при разработке ВВС и запуске рабочего прототипа в 1965 году. ) Вместо этого трудность заключается в навигации по сложной паутине правил, которая окружает все, что связано с ядерной сферой, и в обеспечение того, чтобы любой выбранный подход к ядерной энергетике за пределами Земли не ограничивал НАСА только лунной поверхностью или любым другим уединенным пунктом назначения в дальнем космосе.В идеале мощность атома можно использовать не только для пилотируемых полетов на Луну и Марс, но и для роботизированных исследований Солнечной системы.

«Цель состоит в том, чтобы убедиться, что то, что мы используем на Луне с точки зрения реактора деления, также непосредственно применимо для использования на поверхности Марса», — говорит Майкл Хаутс, менеджер ядерных исследований в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА.

Он объясняет, что деление

— довольно простой процесс. «Это буквально правильные материалы с правильной геометрией», — говорит Хаутс.«Вот почему, как только это было обнаружено, у нас очень быстро появились системы, способные самостоятельно поддерживать цепную реакцию». Это полностью отличается от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ), которые питают марсоходы НАСА, миссию «Новые горизонты» к Плутону и дальше, а также космический корабль «Вояджер», который сейчас находится в межзвездном пространстве. РИТЭГи просто преобразуют тепло, выделяемое при естественном распаде плутония, в электричество. Реакторы деления гораздо более мощные и универсальные, они расщепляют атомы из уранового топлива и направляют высвобожденную энергию на двигательную установку и производство электроэнергии.

«Никаких прорывов в физике не надо, чудес не надо. Но, как и в случае с наземными системами, вам понадобится действительно хорошая инженерия», — говорит Хаутс.

Иллюстрация ядерной энергетической системы, основанной на делении, развернутой на поверхности Луны. Предоставлено: НАСА

Долгожданный гигантский скачок

НАСА публично умалчивает о своей хронологии Марса, но со времени первого срока бывшего президента Джорджа Буша-младшего агентство неуклонно работало над гигантским скачком на марсианской поверхности к концу 2030-х годов. В 2020 году НАСА обратилось к Национальным академиям наук, инженерии и медицины с просьбой изучить технические проблемы, преимущества и риски ядерных двигателей, уделив особое внимание предполагаемому запуску грузового корабля с ядерным двигателем на Марс в 2033 году, который будет предшествовать миссии человека в 2039 году.

С точки зрения логистики, как должна выглядеть такая миссия, почти не изменилось с 1950-х годов. За три года до того, как полет Юрия Гагарина сделал людей космическим видом, предшественник НАСА, Национальный консультативный комитет по аэронавтике, начал официальное исследование ядерных двигателей в рамках пилотируемой марсианской экспедиции.Это исследование потребовало 420-дневной экспедиции с 40 днями на Марсе. Другие, более амбициозные предложения рассматривали более длительное пребывание на поверхности Марса, растянувшееся примерно до 500 дней, но классический профиль миссии оставался доминирующим видением пилотируемого исследования Марса, частично обусловленным небесной механикой и причинами выживания: экономия топлива, как Земли, и Марс должны быть правильно выровнены по своей орбите. И технологически говоря, люди еще не готовы перерезать земную пуповину и по-настоящему «жить за счет земли» в космосе.

Человеческое тело может выдержать это путешествие, о чем свидетельствуют данные десятилетий жизни экипажей, живущих и работающих на космических станциях на низкой околоземной орбите. Нынешний рекорд по продолжительности непрерывного пребывания в космосе принадлежит космонавту Валерию Полякову. Благодаря интенсивному режиму тренировок вне планеты он смог выйти из своей капсулы после приземления, несмотря на то, что провел 437 дней в истощающей мышцы микрогравитации на борту советской космической станции «Мир». Сообщается, что по возвращении на Землю первыми словами Полякова своему коллеге-космонавту были: «Мы можем полететь на Марс.

Текущая цель НАСА для миссии на Марс требует полета туда и обратно примерно на два года. Ядерная силовая установка станет критическим фактором. В дополнение к увеличению количества возможностей полета для миссии с экипажем это уменьшит количество полетов, необходимых для получения топлива для такого полета на орбиту Земли.

Эти потребности в топливе значительны. Международная космическая станция, кропотливо построенная путем более чем трех десятков запусков за десятилетие, весит примерно 420 метрических тонн.Химическая двигательная установка, необходимая для полета на Марс туда и обратно, потребует очень дорогостоящей задачи по подъему с Земли от двух до почти десятикратного тоннажа. Учтите, что самая мощная из ракет НАСА — система космического запуска (SLS), которой еще только предстоит летать, — должна доставить в космос всего 95 метрических тонн по цене 2 миллиарда долларов за запуск. Если — или когда — SLS будет заменена более мощными и экономичными ракетами, такими как разрабатываемый SpaceX и многоразовый космический корабль, этот предел массы при одном запуске увеличится до более чем 100 метрических тонн, а цена за запуск должна снизиться. падать.Даже в этом случае финансовые расчеты миссии на Марс, работающей на химическом топливе, все равно будут пугающими.

Напротив, аналогичная марсианская миссия с использованием ядерной силовой установки потребует отправки общей массы от 500 до 1000 метрических тонн. Запуск эквивалента одной космической станции — может быть, двух — вполне возможен. Ведь мы делали это раньше.

Трудный выбор

В настоящее время НАСА занимается не одним, а двумя классами атомной ракетной техники: ядерным тепловым двигателем и ядерным электрическим двигателем.Любой из этих подходов может сочетаться с наземной ядерной энергией — третьей ключевой технологией ядерного деления, изучаемой космическим агентством.

Две иллюстрации концепций ядерных двигателей НАСА. Космическое агентство разрабатывает технологии для космических кораблей, использующих ядерную электрическую двигательную установку (, верхняя часть, ) и ядерную тепловую двигательную установку (, нижняя часть, ). Авторы и права: НАСА ( вверху ) и НАСА ( внизу )

Ядерный тепловой двигатель, реализованный в межпланетном масштабе, по сути, будет переправой или переходной ступенью — меньшей ракетой с ядерным двигателем, которая будет стыковаться с другими транспортными элементами на орбите перед толканием. его отдельно запущенная полезная нагрузка и далее.Такое устройство работает во многом как химическая двигательная установка, хотя камера сгорания, где ракетное топливо и окислитель смешиваются и воспламеняются, производя горячий выхлоп, выбрасываемый из сопла ракеты, заменена ядерным реактором, который нагревает криогенное топливо, продувая его через сопло для создания тяги. Процесс, рассматриваемый внешне, выглядит практически идентично: взрывной огонь ракетного двигателя.

Ядерная электрическая двигательная установка, с другой стороны, работает во многом как атомная электростанция на Земле, в которой реакции деления используются (через промежуточный этап, такой как приведение в действие турбины) для выработки электроэнергии.Это электричество, в свою очередь, может питать электрическую двигательную установку, аналогичную (но гораздо более мощную) ионным двигателям на солнечных батареях на космическом корабле НАСА Dawn, который исследовал астероид Веста и карликовую планету Церера.

Для каждого подхода есть компромиссы. Самая большая проблема ядерных тепловых двигателей заключается в том, что это высокоэффективный реактор, работающий при высокой температуре, достигающей примерно 2500 градусов по Цельсию, — пугающая перспектива для астронавтов и инженеров-материаловедов.Реактору также потребуются огромные объемы криогенного топлива, которое, вероятно, будет поступать из резервуаров для хранения на орбите, что само по себе сопряжено с серьезными инженерными проблемами. Но сфокусированная интенсивность подхода имеет и положительную сторону: «Двигатель должен работать всего несколько часов», — говорит Хаутс. «Вы выполняете всю свою [работу] очень быстро». После этого космический корабль имеет всю скорость, необходимую для полета на Марс или домой.

Ядерная электрическая двигательная установка, тем временем, работает при более низких температурах и уровнях мощности, но она должна работать непрерывно в течение месяцев или даже лет, развивая со временем фантастические скорости. Это более сложная система, чем ее тепловой аналог, во многих отношениях. И он менее развит: расчетные уровни производительности для ближайших проектов намного ниже того, что было бы необходимо для пилотируемой миссии на Марс. Энергия, вырабатываемая реактором ядерной электрической двигательной установки, должна многократно преобразовываться (вместо того, чтобы просто поглощаться и рассеиваться топливом, выдуваемым из задней части ракеты). Преобразования могут быть выполнены только с процентами эффективности в диапазоне от середины 30 до 40. С остальной частью этой тепловой энергии нужно как-то обращаться: современные концепции требуют массивных радиаторов для рассеивания избыточного тепла в космос. Ядерно-электрическому космическому кораблю также потребуется короткий резкий толчок старомодной химической двигательной установки, чтобы помочь ему уйти с орбиты Земли, и еще один, чтобы войти и покинуть орбиту вокруг Марса.

Прошлое и будущее

Отчасти из-за своей относительной простоты ядерный тепловой двигатель является явным фаворитом среди планировщиков марсианских миссий — и У. С. политики. Это был подход, который получил одобрение Конгресса в июле 2021 года на 110 миллионов долларов и который в отчете Национальной академии, спонсируемом НАСА, отмечен как наиболее правдоподобный для обеспечения возможности пилотируемой миссии на Красную планету в 2039 году.

Преимущество ядерных тепловых двигателей также состоит в богатом наследии: правительство США, главным образом министерство обороны, с зари космической эры упорно пыталось заставить эту технологию летать. Одна смелая ранняя попытка восходит к усилиям ВВС 1955 года, известным как Project Rover, которые стремились построить ядерную тепловую верхнюю ступень для межконтинентальных баллистических ракет.Но вскоре для этой работы оказалось достаточно химической тяги, поэтому Rover был поглощен НАСА, где он стал программой «Ядерный двигатель для ракетных транспортных средств» (NERVA). В конце 1950-х годов министерство обороны США начало работу над программой «Системы вспомогательной ядерной энергетики» (SNAP) по запуску космических ядерных реакторов для запуска длительных миссий, таких как спутники-шпионы.

Оба проекта достигли впечатляющих результатов. SNAP привел к запуску ВВС в 1965 году SNAP-10A, единственного американскогореактор деления, когда-либо отправленный в космос. Реактор проработал на орбите шесть недель. Тем временем NERVA успешно разработала и испытала ядерные тепловые ракеты на Земле. И эта программа какое-то время занимала центральное место в планах НАСА по исследованию Марса после «Аполлона». Но вместо этого администрация Никсона предпочла заняться космическим челноком и отменила оба проекта в 1973 году. NERVA была ненадолго возрождена в конце 1980-х благодаря усилиям ВВС по программе космических ядерных тепловых двигателей, но к началу 1990-х интерес снова угас. .

Ядерная электрическая двигательная установка тоже ненадолго оказалась в центре внимания НАСА. В 2003 году инициатива под названием «Прометей» объединила НАСА, программу реакторов подводных лодок ВМС США и Министерство энергетики — на этот раз для создания флота ядерных электрических двигателей для научных миссий. Космическое деление позволит одному космическому кораблю исследовать несколько целей во внешней части Солнечной системы и даже за ее пределами, где скудный солнечный свет сильно ограничивает потенциал солнечной энергии. Проект «Прометей» был бы не чем иным, как революционным: его реактор производил бы 200 000 ватт энергии для двигателей и приборов космического корабля.(Для сравнения, зонд «Новые горизонты» потребляет всего 200 ватт энергии, то есть две или три лампы накаливания.) Однако NASA, , погасило «Прометей» через два года, сославшись на проблемы с бюджетом.

Можно подумать, что все эти прошлые проекты станут огромным толчком для сегодняшнего стремления к развитию атомной ракетной техники, но их переменчивая природа делает их ограниченным применением.

«Исторически сложилось так, что если вы потратите три или четыре года на разработку ядерной двигательной установки, а затем остановитесь и вернетесь через десятилетие, вам придется восстановить много знаний», — говорит Шеннон Брэгг-Ситтон, ведущий инженер-ядерщик Национальной лаборатории Айдахо и соавтор отчета Национальной академии. «Тот факт, что мы рассматриваем обе эти системы с 1950-х годов, не означает, что у нас есть 70-летние знания. Это означает, что мы начали думать о них тогда, и мы приложили некоторые усилия в каждом из них».

Условная целевая дата НАСА 2039 года для миссии на Марс с экипажем может показаться настолько далекой, что срочные действия пока не нужны, но Брэгг-Ситтон говорит, что время обманчиво. Предварительный план предусматривает, что грузовые полеты с ядерными двигателями должны начаться шестью годами ранее, в 2033 году, для предварительного размещения материалов на Марсе и использования их в качестве пробных рейсов для пилотируемого транспорта.«Мы должны быть готовы фактически запустить нашу первую систему для квалификации с этими миссиями по снабжению», — говорит она. «Ну, теперь сроки не такие длинные, как это звучало изначально!» В идеале, говорит она, аппаратные проекты для полета в 2033 году должны быть готовы к 2027 году. Это означает, что сейчас , а теперь время для принятия важных решений, главным из которых является сравнение и выбор между ядерным тепловым и ядерно-электрическим двигателем.

«Нельзя разработать ядерную систему за год или два — так уж сложилось», — заключает Брэгг-Ситтон.«Ничего из этого не находится вне нашей досягаемости. Просто нужно много внимания, чтобы это сделать».

Но сначала кто-то должен позволить им это сделать.

Пари ДРАКО

Оказывается, получить разрешение на запуск ядерных материалов в космос не менее сложно, чем построить готовый к запуску в космос ядерный реактор или ракету. Это особенно верно, если ваша система деления использует высокообогащенный уран, то есть уран, состоящий на 20 или более процентов из делящегося изотопа урана-235.Только 1 процент встречающегося в природе урана на Земле принимает эту форму, что ценится разработчиками боеголовок и инженерами космических кораблей, стремящимися сделать свои творения как можно более легкими и мощными. Чем больше урана-235 в вашем ядерном топливе, тем меньше вы можете сделать свой реактор или свою бомбу, поэтому этот материал подлежит таким строгим правилам.

Для НАСА даже ядерная полезная нагрузка без высокообогащенного урана сталкивается с огромными препятствиями, которые необходимо преодолеть, а именно с лабиринтным процессом анализа безопасности, в котором часто участвуют многие другие федеральные агентства и который завершается одобрением или отклонением запуска администратором НАСА.Однако если ракета несет высокообогащенный уран, ее можно запустить только после официального разрешения Белого дома. Дополнительные требования, связанные с этим самым высоким уровнем утверждения, могут легко добавить несколько лет и десятки миллионов долларов к графику и бюджету проекта.

Тогда найдите способ избежать использования высокообогащенного урана, и вы сможете обеспечить гораздо более быстрый и дешевый путь к стартовой площадке. На самом деле существуют новые конструкции передовых реакторов большой мощности, в которых используется большое количество низкообогащенного урана, а не небольшое количество высокообогащенного материала. Но будет ли НАСА в конечном счете придерживаться такого подхода к своим ядерным устремлениям, может быть продиктовано работой другого федерального органа: Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны хочет запустить один из этих новых реакторов в космос к 2025 году, чтобы обеспечить доказательную базу. концептуальная ядерная двигательная установка — временная шкала, которая была бы агрессивной даже по стандартам Аполлона. DARPA называет эту систему Демонстрационной ракетой для гибких окололунных операций или DRACO. Темное происхождение программы связано с требованием Министерства обороны, чтобы некоторые из его секретных миссий имели возможность маневрировать в космосе быстрее, чем это было бы возможно с помощью химического двигателя.

Авантюра DARPA с DRACO двояка: она стремится быстро добраться до стартовой площадки, используя новый тип реактора и сводя к минимуму наземные испытания, тем самым минуя процесс утверждения запуска на президентском уровне и крысиное гнездо наземных испытаний бюрократии. Эта смелая стратегия возникла из-за суждения агентства о том, что такие тесты сейчас практически невозможно провести из-за запретительных правил и неадекватной инфраструктуры. Нельзя, например, просто обновить и использовать специализированные средства, которые поддерживали тестирование NERVA — они были уничтожены, когда программа закончилась.Строительство новых испытательных полигонов также нежелательно, поскольку для этого потребуются миллиарды долларов и несколько лет работы, в течение которых проект можно легко сорвать из-за смены политических приоритетов. Хотя ускоренный план DARPA предусматривает надежные наземные испытания более мелких компонентов DRACO, он не включает работу всего реактора на полной мощности. Поразительно, но первый раз реактор DRACO включится в космосе.

«Запуск реактора будет полностью основан на наших прогнозах», — говорит Табита Додсон, руководитель проекта DRACO в DARPA.«Мы собираемся сделать много догадок в нашем моделировании и симуляциях перед запуском двигателя, даже не испытав его на земле». По словам Додсона, данные прошлых тестов NERVA должны помочь, но задача, стоящая перед командой DRACO, остается «чрезвычайно сложной».

После более чем полувека запусков и остановок, говорит майор ВВС Натан Грейнер, еще один руководитель проекта DARPA, запуск ядерного реактора станет решающим фактором. «Давайте дойдем до финиша — не просто маленькие элементы, не просто реактор на земле, но, без шуток, построим космический корабль и отправим его в космос», — говорит он.Такое «доказательство существования» затем облегчило бы путь НАСА или Министерству обороны в любых будущих предложениях присваивателям из Конгресса. Вопрос больше не будет «Существует ли эта технология?» а скорее «Хотите ли вы больше этого или нет?»

Технические специалисты работают на испытательной установке ( центр ) в рамках подготовки к запуску в апреле 1965 года SNAP-10A, единственного американского ядерного реактора, который еще не был отправлен в космос. Новая инициатива США, программа DARPA «Демонстрационная ракета для гибких окололунных операций» (DRACO), направлена ​​на запуск второго ядерного реактора к 2025 году. Предоставлено: Джордж Ринхарт/Corbis через Getty Images

Давайте серьезно

Конечно, DARPA само по себе не может совершить революцию в области космических полетов. Ядерный двигатель для освоения космоса — это общегосударственная работа. Как минимум, Министерству энергетики потребуется производить больше низкообогащенного урана. То или иное агентство — скорее всего, несколько, работающих вместе — должны будут разработать орбитальные склады горючего для обеспечения космических полетов криогенным топливом и должны будут найти лучшие и более безопасные способы проведения наземных испытаний двигательных установок межпланетного масштаба.И тогда НАСА должно построить ракеты.

DRACO не доставит НАСА и его астронавтов на Марс, говорит Грейнер, «но это займет чертовски долгий путь по этому пути».

Как минимум сегодняшнее стремление к ядерной энергетике в космосе является полезным показателем для измерения серьезности лунных и марсианских амбиций НАСА и всей страны. В контексте пилотируемых космических полетов НАСА испытывает хорошо известное отвращение к «новым» (и, следовательно, предположительно более рискованным) технологиям, но в данном случае «старый» способ делает и без того опасные человеческие усилия излишне сложными.Несмотря на все проблемы, связанные с использованием ядерной энергии для расширения горизонтов для людей в космосе, трудно доказать, что проверенный временем химический двигатель проще или несет значительно меньший физический и политический риск. Запуск массой 10 международных космических станций посредством 27 запусков сверхтяжелых ракет только для топлива для одной миссии на Марс будет трудным темпом для НАСА. (Это более 40 запусков и не менее 80 миллиардов долларов, если агентство полагается на SLS.) И такой сценарий предполагает, что все идет идеально: отправка помощи проблемному экипажу на Марсе или вокруг него потребует десятков дополнительных запусков топлива, а химический двигатель дает очень ограниченные возможности для старта любой спасательной миссии.

Если с помощью одной технологии тревожно большое количество смехотворно дорогих запусков можно сократить до трех, а также предложить больше возможностей для полетов на Марс и обратно, то как может космическое агентство, которое серьезно относилось к своим амбициям, не следовать этому подходу? ? Никаких чудес не нужно, и регуляторы и присваиватели, кажется, согласны с тем, что время пришло.

Как сказал Поляков: «Мы можем полететь на Марс». Похоже, что расщепление атомов теперь самый безопасный способ добиться этого.

США и Китай могут вскоре сойтись в гонке за спутники с ядерными двигателями

Список файлов cookie

Файл cookie — это небольшой фрагмент данных (текстовый файл), который веб-сайт — при посещении пользователем. пользователь — просит ваш браузер сохранить на вашем устройстве, чтобы запомнить информацию о вас, такую ​​как ваш языковые предпочтения или данные для входа.Эти файлы cookie устанавливаются нами и называются основными файлами cookie. Мы тоже использовать сторонние файлы cookie — файлы cookie из домена, отличного от домена веб-сайта, на котором вы находитесь посещение – для наших рекламных и маркетинговых усилий. В частности, мы используем файлы cookie и другие средства отслеживания. технологии для следующих целей:

Строго необходимые файлы cookie

Мы не разрешаем вам отказываться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить надлежащее функционирование нашего веб-сайта (например, запросить наш баннер cookie и помнить о вашей конфиденциальности вариантов) и/или для мониторинга производительности сайта.Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваши данные в соответствии с CCPA. Вы можете настроить свой браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будет работать должным образом, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в параметрах или Меню настроек вашего браузера. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.

Функциональные файлы cookie

Мы не разрешаем вам отказываться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить нормальное функционирование нашего веб-сайте (например, запрашивать наш баннер cookie и запоминать выбранные вами параметры конфиденциальности) и/или отслеживать сайт представление.Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваших данных в соответствии с CCPA. Ты может настроить ваш браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будут работать, поскольку предназначено, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в меню «Параметры» или «Настройки» вашего браузер. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.

Производительные файлы cookie

Мы не разрешаем вам отказываться от определенных файлов cookie, поскольку они необходимы для обеспечить нормальное функционирование нашего веб-сайте (например, запрашивать наш баннер cookie и запоминать выбранные вами параметры конфиденциальности) и/или отслеживать сайт представление. Эти файлы cookie не используются для «продажи» ваших данных в соответствии с CCPA. Ты может настроить ваш браузер так, чтобы он блокировал эти файлы cookie или уведомлял вас о них, но некоторые части сайта не будут работать, поскольку предназначено, если вы это сделаете. Обычно эти настройки можно найти в меню «Параметры» или «Настройки» вашего браузер. Посетите www.allaboutcookies.org Узнать больше.

Продажа персональных данных

Мы также используем файлы cookie, чтобы персонализировать ваш опыт на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт.Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора. Поскольку мы не отслеживаем вас на разных устройствах, браузеров и свойств GEMG, ваш выбор вступит в силу только в этом браузере, на этом устройстве и на этом Веб-сайт.

Файлы cookie социальных сетей

Мы также используем файлы cookie, чтобы персонализировать ваш опыт на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт.Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора. Поскольку мы не отслеживаем вас на разных устройствах, браузеров и свойств GEMG, ваш выбор вступит в силу только в этом браузере, на этом устройстве и на этом Веб-сайт.

Целевые файлы cookie

Мы также используем файлы cookie, чтобы персонализировать ваш опыт на наших веб-сайтах, в том числе с помощью определение наиболее релевантного контента и рекламы для показа вам, а также для мониторинга посещаемости сайта и производительность, чтобы мы могли улучшить наши веб-сайты и ваш опыт. Вы можете отказаться от использования нами таких файлы cookie (и связанная с этим «продажа» вашей личной информации) с помощью этого переключателя. Вы все еще будете увидеть некоторую рекламу, независимо от вашего выбора. Поскольку мы не отслеживаем вас на разных устройствах, браузеров и свойств GEMG, ваш выбор вступит в силу только в этом браузере, на этом устройстве и на этом Веб-сайт.

Nuclear Уносит нас быстрее и дальше в космос

Космос и ядерное оружие — возможно, это не та пара, о которой вы много думали, но очень важная для освоения и исследования космоса.Ядерная энергия безопасно и успешно обеспечивает космические путешествия США уже более полувека.

Недавние инвестиции в новые ядерные технологии могут революционизировать космические путешествия. Вспомните известную цитату из «Звездного пути»: «Смело идти туда, куда еще не ступала нога человека».

Эти новые технологии могут помочь нам быстрее добраться до Марса, создать поверхностную энергию и путешествовать дальше в космос.

Новые разработки в области атомных космических аппаратов и реакторов

На протяжении многих лет Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Министерство обороны (МО) и Министерство энергетики (МОЭ) исследовали различные виды ядерной энергии в космосе, такие как космические ядерные реакторы, и на протяжении десятилетий они интересовались ядерным тепловым двигателем.Это процесс, при котором топливо, такое как жидкий водород, нагревается в реакторе и выбрасывается с высокой скоростью.

Двигатель с ядерной тепловой силовой установкой может сократить время полета, уменьшив проблемы с поддержанием жизни экипажей в полете и снизив их воздействие радиации.

НАСА и Министерство энергетики возглавили усилия по развитию этих космических ядерных технологий.

В этом году агентства выбрали для финансирования три концепции конструкции ядерного теплового реактора.Контракты на 5 миллионов долларов были присуждены компаниям BWX Technologies в партнерстве с Lockheed Martin, General Atomics Electromagnetic Systems в партнерстве с X-energy и Aerojet Rocketdyne, а также Ultra Safe Nuclear Technologies в партнерстве с GE Hitachi, General Electric Research и другими.

Эти конструкции реакторов позволяют нам глубже исследовать космос, путешествуя дальше от Солнца, где мы не можем использовать мощность солнечной энергии.

Ядерное деление может быть использовано для обеспечения поверхностной энергии на Луне и Марсе, а небольшие легкие реакторы деления могут обеспечивать до 10 киловатт электроэнергии в течение как минимум 10 лет.Этой электроэнергии достаточно для питания нескольких домохозяйств. НАСА в сотрудничестве с Министерством энергетики планирует спроектировать и испытать одну из этих систем, используя низкообогащенное урановое топливо, на Луне к концу 2020-х годов.

Надежный и непрерывный характер ядерных реакторов обеспечит легкий доступ к электричеству независимо от условий, и астронавты смогут воспользоваться этим постоянным источником энергии для дальнейшего исследования этих планет.

«Ядерные технологии стимулировали освоение космоса на протяжении десятилетий, — сказал Эверетт Редмонд, старший технический консультант Института ядерной энергии. «Очень интересно думать о потенциале путешествий на Марс, лунных баз и других возможностях, которые будут обеспечены ядерным тепловым двигателем и наземной энергией деления. Это всего лишь вопрос времени, когда все это произойдет».

История ядерной энергетики в космосе

Ядерная энергетика имеет подтвержденный опыт безопасного и надежного обеспечения энергией межпланетных исследовательских миссий. Радиоизотопные энергетические системы, называемые «космическими батареями» или «плутониевыми батареями», по существу представляют собой ядерные батареи, которые надежно преобразуют тепло, выделяемое при распаде плутония-238, в электроэнергию.

Эти ядерные космические батареи часто сочетаются с радиоизотопными обогревателями , которые поддерживают температуру приборов корабля, достаточную для их правильной работы.

В 1961 году навигационный спутник ВМС США Transit 4A стал первым американским космическим кораблем, работающим на ядерной энергии, а в 1977 году были запущены корабли «Вояджер-1» и «Вояджер-2», оба на ядерной энергии, которые сделали некоторые из самых важных открытий в области исследования космоса США. история. Обе миссии «Вояджер» находятся в межзвездном пространстве, что делает их самыми далекими искусственными объектами в космосе.

Эти энергетические системы позволяют нам путешествовать дальше от Солнца, и они подпитывают миссии по исследованию других планет, например, первый космический корабль на орбите Юпитера в 1989 году.

Космические путешествия на атомных двигателях обеспечили успешные космические миссии на протяжении десятилетий, и две из них, наиболее важные благодаря собранной информации, — это «Кассини» и «Кьюриосити».

Cassini, работающий на ядерной энергии, — это продолжающееся исследование Сатурна и его спутников. Он выпустил зонд «Гюйгенс», который успешно приземлился на Тициане в 2005 году, совершив первую в истории посадку корабля с Земли во внешнюю часть Солнечной системы.Данные, собранные в ходе этой международной миссии, помогают ученым узнать больше о Земле и ее климате раньше людей.

Самая последняя космическая миссия с ядерной установкой — «Кьюриосити», запущенная в 2011 году и до сих пор бродящая по Марсу. Марсоход изучает горные породы и климат, помогая нам понять условия Марса. Мало того, что Curiosity продвигает науку, марсоход также держит всех в курсе событий на своей странице в Twitter.

До сих пор ядерная энергетика была важнейшим компонентом нашего освоения космоса, и она будет играть важную роль в развитии технологий, которые революционизируют то, как мы строим космические корабли и исследуем нашу вселенную.

Ядерная ракета со скоростью 123 000 миль в час может достичь Марса всего за один месяц

Проводятся испытания ракетной технологии, которая может значительно сократить время, необходимое людям, чтобы добраться до Марса, значительно снизив риск механических поломок и других смертельных космических опасностей. будущих астронавтов, направляющихся на Марс.

Летом компания Ad Astra Rocket Company из Коста-Рики и США объявила о завершении рекордных 88-часовых испытаний на выносливость своей плазменной ракеты Vasimr VX-200SS мощностью 80 кВт.Испытания, проведенные в лаборатории компании в Техасе недалеко от Хьюстона, установили новый мировой рекорд выносливости большой мощности для электрических двигателей.

«Годы испытаний методом проб и ошибок» для ракеты «Вазимр»

«Испытание является крупным успехом, кульминацией многих лет испытаний методом проб и ошибок и кропотливого внимания к деталям, а также солидной наградой за упорство команды и самоотверженность», — сказал Франклин Р. Чанг Диас, председатель и главный исполнительный директор Ad Astra, который участвовал в семи отдельных миссиях в качестве астронавта НАСА и провел в космосе 1601 час.

Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (Vasimr) была разработана для полета с двигателем, который использует ядерные реакторы для нагрева плазмы до двух миллионов градусов. Затем горячий газ направляется через магнитные поля из задней части двигателя, теоретически разгоняя его до скорости до 123 000 миль в час (197 950 км/ч). Цель Ad Astra — сделать космические полеты намного быстрее, но и безопаснее — несмотря на то, что ракеты Vasimr отправят ядерные реакторы в космос с невероятной скоростью.Хотя для выхода на орбиту ракетам-носителям Vasimr по-прежнему потребуются химические ракеты, по прибытии на орбиту будет задействован плазменный двигатель (описанный в видео ниже), что, по словам компании, значительно повысит безопасность экипажа.

В четыре раза быстрее, чем существующие химические ракеты

По оценкам НАСА, за семь месяцев, которые потребуются для полета людей на Марс, может произойти любое количество катастрофических отказов. Вот почему Диас сказал в 2010 году в интервью Popular Science , что «химические ракеты не доставят нас на Марс.Это слишком долгий полет». Обычная ракета должна использовать весь запас топлива в одном контролируемом взрыве во время запуска, прежде чем двигаться к Марсу. Процедуры прерывания нет, корабль не сможет изменить курс, и в случае какой-либо неисправности

Плазменная ракета Ad Astra Vasimr, с другой стороны, будет поддерживать движение на протяжении всего путешествия к красной планете. .Он будет постепенно ускоряться, пока к двадцать третьему дню не достигнет максимальной скорости 34 мили (54 км) в секунду, что делает его в четыре раза быстрее, чем любая существующая химическая ракета. Это сократит предполагаемое семимесячное путешествие примерно на шесть месяцев. Меньше времени в космосе означает меньшее воздействие солнечной радиации — недавнее исследование утверждает, что миссии на Марс не должны превышать четырех лет для безопасности экипажа — меньше риск механических поломок и меньше риска для здоровья из-за мышечной атрофии в условиях невесомости. .Поскольку плазменный двигатель корабля может обеспечить движение в любое время, он также может изменить курс, если потребуется.

После успешного испытания плазменной ракеты Ad Astra в июле компания объявила о своих планах на будущее. «Поскольку новый набор модификаций двигателя уже находится на стадии производства, теперь мы перейдем к демонстрации устойчивого теплового режима мощностью 100 кВт во второй половине 2021 года», — сказал Диас в пресс-релизе Ad Astra. Другие фирмы, такие как DARPA, также разрабатывают ракеты с ядерными двигателями — в этом году агентство Пентагона объявило, что хочет продемонстрировать ядерную тепловую двигательную установку на низкой околоземной орбите в 2025 году. Космический полет выглядит так, будто он движется к тому, чтобы стать ядерным, что значительно расширит возможности человечества по запуску в неизведанные регионы нашей вселенной.

Россия планирует запустить атомный космический корабль к Юпитеру в 2030 году

  • Россия строит атомный космический корабль, способный перевозить тяжелые грузы в дальний космос.
  • Запуск космического корабля к Юпитеру запланирован на 2030 год.
  • Россия в конечном итоге надеется построить атомную космическую станцию ​​с использованием аналогичной технологии.
LoadingЧто-то загружается.

Россия планирует отправить атомный космический корабль на Луну, затем на Венеру, затем на Юпитер.

Роскосмос, российское федеральное космическое агентство, объявило в субботу, что его «космический буксир» — термин для космического корабля, который доставляет астронавтов или оборудование с одной орбиты на другую — планируется запустить в межпланетную миссию в 2030 году.

Энергетический модуль космического корабля под названием «Зевс» предназначен для выработки достаточной энергии для перемещения тяжелых грузов в дальний космос. По сути, это мобильная атомная электростанция.

Некоторые страны присматриваются к подобной технологии, чтобы сократить время пребывания в космосе. Прямо сейчас космические корабли полагаются на солнечную энергию или гравитацию для ускорения. Но это означает, что астронавтам может потребоваться более трех лет, чтобы совершить полет на Марс туда и обратно. По оценкам НАСА, космический корабль с ядерной установкой может сократить этот срок на год.

США надеются разместить на Луне атомную электростанцию ​​— 10-киловаттный реактор, интегрированный с лунным посадочным модулем, — уже в 2027 году. Однако пока НАСА отправило в космос только один ядерный реактор на спутнике в 1965. Другие космические аппараты, такие как марсоходы Curiosity и Perseverance, также работают на атомной энергии, но не используют реактор.

Тем временем Россия запустила в космос более 30 реакторов. По данным российского государственного информационного агентства Sputnik, его модуль «Зевс» будет продвигать эти усилия, используя ядерный реактор мощностью 500 киловатт для перемещения с одной планеты на другую.

План миссии требует, чтобы космический корабль сначала приблизился к Луне, а затем направился к Венере, где он мог бы использовать гравитацию планеты, чтобы изменить направление к своему конечному пункту назначения, Юпитеру. Это помогло бы сохранить топливо.

По словам исполнительного директора Роскосмоса по долгосрочным программам и науке Александра Блошенко, вся миссия продлится 50 месяцев (чуть более четырех лет). Во время презентации в Москве в субботу Блошенко сказал, что Роскосмос и Российская академия наук все еще работают над расчетом баллистики или траектории полета, а также количества груза, который он может нести.

Миссия в конечном итоге может стать предвестником нового рубежа российских космических полетов: Sputnik сообщил, что Россия проектирует космическую станцию, использующую ту же ядерную технологию.

Ядерная энергия имеет преимущества перед солнечной энергией в космосе

Концепция космического корабля НАСА, который будет использовать ядерную тепловую двигательную установку.НАСА

Большинство космических кораблей получают энергию из нескольких источников: солнца, батарей или нестабильных атомов, называемых радиоизотопами.

Космический корабль НАСА Юнона на Юпитере, например, использует солнечные батареи для выработки электроэнергии. Солнечная энергия также может использоваться для зарядки батарей в космическом корабле, но источник энергии становится менее мощным по мере удаления космического корабля от солнца.В других случаях литиевые батареи могут сами по себе обеспечивать более короткие миссии. Зонд «Гюйгенс», например, использовал батареи, чтобы ненадолго приземлиться на спутник Сатурна, Титан, в 2005 году.

Космический корабль-близнец НАСА «Вояджер» использует радиоизотопы (иногда называемые «ядерными батареями»), чтобы выжить в суровых условиях внешней солнечной системы и межзвездного пространства. , но это не то же самое, что взять на борт ядерный реактор.

Ядерные реакторы имеют несколько преимуществ: они могут выжить в холодных и темных регионах Солнечной системы, не нуждаясь в солнечном свете.Они также надежны в течение длительного периода времени — ядерный реактор «Зевс» рассчитан на 10–12 лет. Кроме того, они могут доставлять космические корабли к другим планетам за меньшее время.

Но у атомной энергетики есть и свои проблемы. Только некоторые виды топлива, такие как высокообогащенный уран, могут выдерживать чрезвычайно высокие температуры реактора, и они могут быть небезопасными в использовании. В декабре США запретили использовать высокообогащенный уран для запуска объектов в космос, если миссия возможна с другим ядерным топливом или неядерными источниками энергии.

Россия готовится к атомной космической станции

Член экипажа МКС Сергей Кудь-Сверчков приземлился в отдаленном районе Казахстана 17 апреля 2021 года. НАСА/Билл Ингаллс/Reuters

Российские инженеры начали разработку модуля «Зевс» в 2010 году с целью отправить его на орбиту в течение двух десятилетий. Они находятся на пути к этой отметке.

Инженеры приступили к изготовлению и испытаниям прототипа в 2018 году, сообщает Sputnik. В прошлом году «Роскосмос» также подписал контракт на сумму 4,2 миллиарда рублей (57,5 миллиона долларов), согласно которому проектная компания «Арсенал» из Санкт-Петербурга должна была взять на себя разработку эскизного проекта.

Эта технология может помочь России в разработке новой космической станции к 2025 году. В прошлом месяце BBC сообщила, что в этом году Россия планирует разорвать связи с Международной космической станцией, которую она делит с США, Японией, Европой и Канадой.

Россия запустила МКС в партнерстве с США в 1998 году. Но заместитель премьер-министра России Юрий Борисов заявил в прошлом месяце государственному телеканалу Россия 1, что состояние МКС «оставляет желать лучшего». Действительно, на станции недавно произошли утечки воздуха и поломка системы подачи кислорода.

НАСА разрешило МКС летать как минимум до 2028 года, но агентство, скорее всего, сведет станцию ​​с орбиты в ближайшие 10-15 лет.

Космическая ядерная энергетика приближается к критической массе как последний рубеж следующего рубежа

Концепция художника изображает космический корабль, запускающий ядерную тепловую двигательную установку.(Иллюстрация DARPA)

Идея размещения ядерного оружия в космосе может показаться кошмаром национальной безопасности, но правильное ядерное оружие, скорее всего, станет обязательным условием для долгосрочного освоения космоса.

По крайней мере, так группа экспертов на стыке космической и атомной промышленности описала положение дел на этой неделе во время виртуального ежегодного собрания Американского ядерного общества.

«Чтобы совершать значительные действия в космосе, вам нужна энергия.И чтобы получить эту мощность… это сложно», — сказал Паоло Веннери, генеральный директор расположенного в Сиэтле предприятия по ядерной энергетике под названием USNC-Tech.

Даже если вы построите завод по производству водородного топлива на Луне или завод по производству метана на Марсе, энергия для работы этих заводов должна откуда-то поступать. И исследования показывают, что одной солнечной энергии будет недостаточно.

— Солнце — это здорово, но только в пределах определенного региона Солнечной системы, — сказал Веннери. «И поэтому, если вы хотите иметь устойчивые приложения высокой мощности, вам нужна ядерная энергетическая система.

Джордж Сауэрс, ветеран космической отрасли, который сейчас является профессором инженерного дела Горной школы Колорадо, подсчитал, сколько энергии требуется для лунной операции, которая будет добывать полярный лед для производства топлива, а также питьевой воды и воздуха для дыхания в будущем. космонавты. Он считает, что для преобразования H 2 O в водород и кислород потребуется атомная электростанция мощностью 2 мегаватта.

Ядерная энергия также изучается для использования в космосе: Blue Origin основателя Amazon Джеффа Безоса — одна из компаний, работающих над проектом Пентагона, направленным на демонстрацию ядерной тепловой двигательной установки за пределами низкой околоземной орбиты в 2025 году. (Ядерные тепловые двигательные установки вырабатывают тепло для привода ракетного топлива, а ядерные электрические двигательные установки вырабатывают электричество для ионных двигателей.)

Проект финансируется Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, или DARPA, и известен как Демонстрационная ракета для маневренных окололунных операций, или DRACO. Коммерческими партнерами Blue Origin в DRACO являются General Atomics, которая спроектирует ядерный реактор; и Lockheed Martin, которая будет работать с Blue Origin над концепцией космического корабля.

В течение начального 18-месячного этапа проектирования DRACO General Atomics должна получить 22,2 миллиона долларов, а Blue Origin и Lockheed Martin получили 2,5 миллиона долларов и 2,9 миллиона долларов соответственно. DARPA выпустит отдельные запросы для будущих этапов.

DARPA заинтересовано в ядерных тепловых двигателях, поскольку они обещают быть в пять раз более эффективными, чем традиционные химические двигатели, с отношением тяги к весу в 10 000 раз больше, чем у электрических двигателей.

Веннери сказал, что USNC-Tech помогает Blue Origin и General Atomics в DRACO. «Мы также работаем с Blue Origin над некоторыми другими вещами, но это подлежит уточнению [будет определено] с точки зрения информации», — добавил он.

USNC-Tech также сотрудничает в исследованиях ядерных тепловых двигателей с Aerojet Rocketdyne, у которой есть объекты в Редмонде, штат Вашингтон. Веннери сказал, что его компания участвует в еще одном сотрудничестве с базирующейся в Сиэтле компанией First Mode по разработке нового типа перезаряжаемой атомной батареи для космические миссии.Только за последние несколько месяцев USNC-Tech получила гранты НАСА на общую сумму 250 000 долларов на исследования, посвященные атомным батареям и сверхвысокотемпературной установке для испытаний материалов, которые можно использовать в космосе для ядерных реакторов.

В каком-то смысле космическая ядерная энергетика существует уже несколько десятилетий: радиоизотопные термоэлектрические генераторы, или РИТЭГи, работающие на плутонии, обеспечивали электроэнергией миссии НАСА, начиная от высадок на Луну Аполлона и зондов дальнего космоса Вояджер и заканчивая марсоходами Curiosity и Perseverance. на Марсе.

Размещение полноценного ядерного реактора на космическом корабле, на поверхности Луны или Марса поднимет ситуацию на новый уровень. Еще в 2004 году НАСА изложило план размещения небольшого реактора на зонде, который должен был изучать Юпитер и его спутники, но в следующем году миссия была отменена из-за технических проблем, а также из-за бюджетных ограничений.

НАСА и Национальное управление ядерной безопасности Министерства энергетики успешно завершили наземные испытания ядерного реактора нового поколения по прозвищу КРАСТИ в 2018 году для программы НАСА по космическим реакторам Kilopower.

Цель программы — вывести на поверхность Луны демонстрационный реактор мощностью 10 киловатт уже к 2027 году. Но Дейв Постон, спроектировавший реактор Kilopower в Лос-Аламосской национальной называется Space Nuclear Power Corp. — сказал, что прогресс идет медленно.

— За последние три года ничего особенного не произошло, — сказал он. НАСА говорит, что все еще работает над запросом предложений для лунной ядерной энергетической системы.

Когда дело доходит до ядерных боеголовок в космосе, безопасность является большой проблемой: в соответствии с существующей системой регулирования каждый запуск генератора, работающего на плутонии, должен быть одобрен президентом. Атомные батареи следующего поколения, в которых вместо плутония используется уран, могут не столкнуться с такими строгими ограничениями. Тем не менее, любые проекты, предусматривающие запуск ядерных материалов в космос, будут подвергаться тщательному анализу.

Даже в атомной отрасли ведутся споры об использовании высокообогащенного урана (ВОУ).низкообогащенный уран (НОУ) в космосе. Соображения безопасности — одна из причин, по которой ядерные планы НАСА зашли в тупик.

«Я не собираюсь обсуждать здесь ВОУ и НОУ, — сказал Рон Файбиш, старший директор по развитию бизнеса подразделения ядерных технологий и материалов General Atomics. «Я думаю, что у каждой системы есть свои достоинства. Я просто хочу сказать, что это проблема дизайна, и вы можете проектировать для обеспечения безопасности».

Директива по космической политике, изданная в последние дни правления администрации Трампа, может помочь сделать ядерную энергетику приемлемой частью космических усилий Америки.Но Рик Тамлинсон, давний сторонник коммерциализации космоса и партнер-основатель космической венчурной компании SpaceFund, считает, что ошибок быть не может.

«Это очень запутанная область, потому что она новая, поэтому ее нужно очень тщательно проработать», — сказал Тамлинсон. «Другая проблема заключается в том, что есть несколько стран, очень заинтересованных в космосе, которым не нужно беспокоиться об общественных настроениях, когда дело доходит до запуска ядерных зарядов.