В России началась разработка ядерной энергетической установки для российско-китайского проекта лунной станции, сообщил 8 мая РИА «Новости» гендиректор «Роскосмоса» Юрий Борисов.
Он объяснял, что необходимо создать компактный, надёжный, долгосрочный и долговечный источник ядерной энергии на Луне. Лунная ночь длится примерно 14 земных суток, а солнечные батареи не могут накопить такое количество энергии, чтобы обеспечить работу электроприборов столь длительное время.
Россия совместно с китайскими коллегами рассматривает доставку и установку на поверхности Луны ядерной энергоустановки в 2033-2035 годах, рассказал Борисов. Создание Международной научной лунной станции планируется развернуть в два этапа с 2025 по 2035 год. Она будет состоять из нескольких модулей и иметь возможность длительной беспилотной эксплуатации с перспективой присутствия человека.
В долгосрочных планах ведущих космических держав Луна должна стать, помимо прочего, космодромом подскока для полетов в дальний космос, в том числе на Марс.
Ранее Президент России Владимир Путин на совещании с членами правительства поручил им заняться вопросами, связанными с постройкой ядерной энергетической установки в космосе, в том числе обеспечить финансирование этого проекта.
По словам Путина, этот проект – «важная тема», поскольку у России в этой сфере есть компетенции, которыми другие страны не обладают. «Нужно ей уделить особое внимание для того, чтобы она: а – развивалась и б – могла бы быть использована в будущем для решения тех задач, которые могут и должны решаться с помощью этих технологий», – пояснил Президент России.
Ограниченные возможности ракетных двигателей на химическом топливе стали ясны ещё в 1950-х годах, до начала первых космических полётов. Для дальнего космоса такие двигатели малопригодны. Уже тогда были проведены исследования, которые показали, что космический аппарат с ядерным двигателем может добраться до Марса чуть более чем за месяц, до далекого Плутона всего за два месяца, до звезды Альфа Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года. То есть ЯРД сделал бы возможным пилотируемые полёты к звездам, а полёты к планетам Солнечной системы стали бы обыденными.
Впервые идея использования ракет с ядерными двигателями была выдвинута в Советском Союзе. В 1955 году академик Мстислав Келдыш выступил с инициативой создания ракетного двигателя особой конструкции, в которой источником энергии выступал бы ядерный реактор. Проработку идеи поручили НИИ-1 Минавиапрома, а руководителем работ стал талантливый конструктор Виталий Иевлев. В кратчайшие сроки советские учёные предложили несколько вариантов перспективного ЯРД. В 1958 году постановлением Совмина СССР ответственными за разработку ЯРД были назначены М.В. Келдыш, И.В. Курчатов и С.П. Королёв. К работам были привлечены несколько десятков научных и проектных организаций. Планировалось участие и министерства обороны.
В августе 1978 года на Семипалатинском полигоне были проведены успешные испытания ЯРД. В их ходе реактор постепенно выводился на мощность 24, 33 и 42 МВт. В начале восьмидесятых годов состоялись испытания двух более мощных ЯРД. Они показывали мощность до 62-63 МВт.
Вершиной советского космического реакторостроения и самой мощной ядерной энергетической установкой, запущенной в космос, стал реактор «Топаз-1» (ТЭУ-5 «Тополь») электрической мощностью около 7 квт при тепловой мощности 150 квт. Он был испытан в конце 1980-х годов на спутниках «Космос-1818» и «Космос-1867». Однако низкий коэффициент полезного действия приводил к тому, что советские спутники с ядерными реакторами были в буквальном смысле очень «горячими» – их собственная температура составляла более 600°С.
В середине 1980-х годов основные работы по тематике советского ЯРД были прекращены. Промышленность уже тогда могла начать разработку разгонного блока или иной ракетно-космической техники под ЯРД, получивший название РД0410, но началась горбачёвская «перестройка», поставившая крест на советской программе освоения дальнего космоса. К 1988 году все работы по теме космических ЯРД были свёрнуты.
К тому времени Конструкторское бюро химавтоматики в Воронеже уже успело изготовить полноценный двигатель РД0410, пригодный для установки на будущий разгонный блок космической ракеты-носителя. Однако этот перспективный ядерный двигатель остался невостребованным.
Работа над созданием ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса (ЯЭДУ) была возобновлена в 2009 году. Головным исполнителем проекта стал Исследовательский центр имени М. В. Келдыша, а по реакторной установке (РУ) – Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ).
На начало 2016 года было завершено эскизное проектирование, создана проектная документация, завершены испытания системы управления реактором, проведены испытания ТВЭЛ, корпуса реактора, полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки, но эти достижения оказались напрасными.
8 декабря 2020 года на общем собрании Российской академии наук выступил член-корреспондент РАН главный конструктор федерального проекта «Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса» Юрий Драгунов с докладом об успешном завершении испытаний ядерного двигателя мегаваттного класса для космических кораблей.
Практический интерес к созданию ЯЭДУ, но уже для дальних космических полетов, возник в России в конце 2000-х годов в связи с появлением поколения мощных плазменных электрореактивных двигателей.
ЯЭДУ состоит из трех основных частей: реакторной установки с рабочим телом (гелий-ксеноновая смесь) и вспомогательными устройствами (теплообменник и турбогенератор), электроракетной двигательной установки и холодильника-излучателя. ЯЭДУ порой путают с ядерным ракетным двигателем, но ядерный реактор в ЯЭДУ используется только для выработки электроэнергии, которая используется для запуска и питания электроракетного двигателя (ЭРД), а также обеспечивает электропитание бортовых систем космического аппарата.
Рабочее тело, циркулирующее в реакторе, нагревается до температуры 1500 градусов по Кельвину и вращает турбогенератор, который вырабатывает электричество для ЭРД, имеющего удельный импульс примерно в 20 раз выше, чем традиционные реактивные двигатели. При этом энергоблок работает по замкнутому циклу – радиоактивные вещества не попадают в окружающее пространство.
Особенность проекта ЯЭДУ, разработанной под руководством член-корреспондента РАН Юрия Драгунова, заключается в применении специального теплоносителя – гелий-ксеноновой смеси, использовании высокотемпературного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах, а также в том, что части реактора выполнены из труб, изготовленных из уникального молибденового сплава ТСМ-7, который способен обеспечить работу реактора на протяжении более чем 100.000 часов. За это время космический аппарат сможет достичь границы Солнечной системы.
Юрий Драгунов подробно рассказал обо всех этапах создания ЯЭДУ для межпланетных полетов в дальний космос. В завершение работ в федеральном ядерном центре в Сарове на специальном разгонном стенде был проведён контрольный физический пуск ЯЭДУ с комплексом необходимых измерений.
США довольно серьёзно отстают от России в создании ядерного двигателя для полётов в дальний космос. Американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из Сиэтла разработала новый ядерный двигатель для полетов на Марс и в конце октября 2020 года передала её NASA для тестирования. Такой двигатель может, заявляет компания, сократить время полёта Земля – Марс до трёх месяцев. Однако, судя по заявлениям главного инженера USNC-Tech Майкла Идса, американский ядерный двигатель в 10 раз уступает российскому по ключевому показателю – удельному импульсу.
11 декабря 2020 года Роскосмос заключил контракт стоимостью 4,2 миллиарда рублей на разработку аванпроекта космического ядерного буксира «Нуклон» для полётов к Луне, Юпитеру и Венере. Аванпроект – это научное исследование, которое обосновывает выполнение качественно новой разработки, а ядерный буксир – это межпланетный корабль. И выводиться он будет на промежуточную орбиту за первым радиационным поясом Земли, то есть на высоте более 13 тыс. км.
В марте 2024 года газета South China Morning Post со ссылкой на статью в журнале Китайской академии наук Scientia Sinica Technologica сообщила, что китайские ученые создали прототип ядерного двигателя космического корабля для полетов на Марс.
Удельный импульс прототипа ядерного реактора составляет 1,5 МВт, что в семь раз превышает показатель системы, создаваемой NASA, но существенно уступает разработке российского ЯЭДУ.
Ядерная энергетика становится основой для освоения дальнего космоса. Необходимые технологии для создания атомной электростанции на Луне у России уже имеются, сообщил 8 мая Юрий Борисов. США в этом плане существенно отстают. Ранее, в июне 2022 года NASA и Минэнерго США подписали договор с компанией Westinghouse на разработку проекта лунной АЭС малой мощности с реактором eVinci (5 МВт).
Реактор eVinci относится к классу малых модульных реакторов (ММР) и находится на стадии разработки, в то время как гораздо более мощный (35МВт) российский реактор КЛТ-40С уже давно находится в промышленной эксплуатации, успешно вводятся в эксплуатацию еще более совершенные ММР типа РИТМ.
Нелишне отметить, что разрабатывающая реактор eVinci компания Westinghouse Electric планирует построить на его основе плавучую АЭС лишь к 2030 году, а создание гораздо более сложной лунной АЭС потребует еще более длительных сроков реализации.
В сложившейся ситуации Россия и Китай имеют все шансы стать первопроходцами освоения дальнего космоса.
