Слышал, что американское космическое агентство НАСА сделало заказ на разработку ядерного ракетного двигателя. Для чего он понадобился? Ведутся ли подобные разработки у нас в стране?

Александр ВОРОПАЕВ ,

Воронежская область

Да, в рамках программы «Прометей», на которую в ближайшие пять лет намечено потратить 1 млрд. долларов, американцы намерены создать ядерный ракетный двигатель (ЯРД). Как полагают специалисты, именно такие двигатели позволят исследовать таинственные планеты и их спутники, находящиеся от нашего дневного светила так далеко, что солнечные батареи, не получая достаточно света, уже не могут обеспечить межпланетную станцию необходимой энергией.

Американцы планируют, что строительство атомного космического корабля завершится к 2011 году. Атомолет (пока без экипажа) предполагается направить к спутникам Юпитера — Каллисто, Ганимеду и Европе, где, по мнению ученых, могут существовать какие-то формы жизни. В частности, весьма интересными обещают быть исследования глубин океана на Европе, прикрытого сверху гигантской ледяной толщей.

Эксперты также полагают, что ЯРД откроет заманчивые горизонты и при полетах на Марс. Время доставки экспедиции на Красную планету сократится в несколько раз, на 100 тонн уменьшится масса корабля. Словом, могучая энергия атома позволит совершить революционный прорыв в освоении космоса.

Работы в этой области начались еще в 50-х годах прошлого века в США и в СССР. Американцы испытывали ядерные реакторы для космических ракетных двигателей в штате Невада, мы — на Семипалатинском полигоне. Потом из-за нехватки средств работы на нашем полигоне были прекращены. Сегодня на воронежском предприятии «КБ химавтоматики» хранится двигатель РД-0410, который должен был работать в единой связке с испытанным реактором.

И, тем не менее, данная разработка в нашем отечестве не забыта окончательно. Вот что нам удалось разузнать об истории разработок, их сегодняшнем и завтрашнем дне у человека, безусловно, сведущего — директора Исследовательского центра имени М.В. Келдыша, академика Анатолия Сазоновича КОРОТЕЕВА.

Простейшая схема работы ЯРД открытого (А) и закрытого (Б) типов. На схеме цифрами обозначено:

(А) 1 — воздухозаборник; 2 — тепловыделяющая сборка реактора; 3 — сопло.

(Б) 4 — резервуар с водородом; 5 — первичный контур ядерного реактора; 6 — вторичный контур ядерного реактора; 7 — ракетное сопло.

Рассказывает академик А.Коротеев .

— В 50 — 60-е годы XX века мы были головным предприятием по ракетным двигателям и космической энергетике в нашей стране. Принимали мы участие и в работах по ядерному ракетному двигателю, — рассказал академик. — Это была весьма крупная и совершенно секретная программа, с которой связывались весьма амбициозные планы и у нас, и в США. В экспозиции нашего заводского музея и поныне можно увидеть один из образцов такого двигателя, который успешно прошел испытания, проработав 920 с и показав неплохие данные по удельной тяге — лучше, чем в аналогичных американских разработках…

Затем, как уже говорилось выше, по разным причинам разработки были прекращены. Но сегодня, похоже, мы переживаем момент ренессанса в ядерной тематике. И новый генеральный директор НАСА Шон О’Кифи, когда приезжал в мае 2003 года в Россию, на вопрос о ядерном двигателе прямо сказал, что иного пути дальнейшего развития межпланетных исследований он просто не видит.

Схемы работы ЯРД, что для ракеты, что для самолета, довольно похожи. Через тепловыделяющую сборку, внутри которой находятся уран-карбид-графитовые элементы, пропускают либо забортный воздух (в случае полета в атмосфере), либо специальный газ (скажем, водород) при полетах в космосе. Газ этот разогревается до температуры свыше 3000 °C. Вытекая через сопло, он создает мощную тягу, благодаря чему летательный аппарат, а в особенности космический корабль, может двигаться с очень высокими скоростями.

Такова схема двигателя так называемой открытой тяги. Она может быть очень эффективна в открытом космосе. Однако для использования в пределах Земли и околоземном пространстве она вряд ли пригодна. И вот почему.

Прежде всего, ЯРД открытой тяги выбрасывает из сопла газ, сильно загрязненный радиацией. И это создает большие сложности уже в процессе наземной отработки подобных двигателей на стендах — нужно думать, как защитить от радиации обслуживающий персонал. Поэтому на практике, наверное, будут использовать ядерные двигатели, работающие по закрытой схеме. В них тот же разогретый водород первичного контура может быть использован для нагрева теплоносителя во вторичном контуре. А уж тот используется для выработки электроэнергии или для нагрева рабочего тела в ракетном двигателе, скажем, электроплазменного типа. Такая схема несколько сложнее, зато и радиоактивной «грязи» от нее значительно меньше.

Разработка электроплазменных двигателей уже ведется, и вполне успешно. За разработку таких двигателей для коррекции и стабилизации орбиты группа сотрудников Центра имени Келдыша, КБ «Факел», НПО прикладной механики, МАИ и некоторых других организаций недавно была удостоена Государственной премии.

Движущая сила здесь возникает следующим образом. В рабочей камере такого двигателя, между анодом и катодом, прикладывается высокое напряжение. И получающийся при этом поток ионов, управляемый магнитным полем, с силой выбрасывается через сопло. Главным преимуществом электроплазменных двигателей является их куда более высокая тяговая эффективность. Скажем, в свое время «Фау-2» — первая ракета, которая практически пошла в дело, — имела двигатель, удельная тяга которого была лишь вдвое меньше, чем у многих нынешних ракет. Между тем, их двигатели уж близко подошли к теоретическому пределу для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Современные же электроплазменные двигатели создают удельную тягу в 5–6 раз большую. А это очень важно, если учесть, что каждый килограмм груза, выведенного на орбиту, обходится в 20–40 тыс. долларов США.

А поскольку в ЯРД электроэнергию для работы будет давать атомный реактор, не требующий больших запасов топлива, то использование подобных систем намного выгоднее, чем нынешних ЖРД. Это, кстати, уже проверено на практике в ходе экспериментов с ядерными установками типа «Топаз», которые работали в 1987 году на спутниках «Космос-1818» и «Космос-1867».

Позже наши ученые и конструкторы разработали проекты ядерных энергетических установок (ЯЭУ) второго и третьего поколений с электрической мощностью до 100 киловатт и ресурсом работы в 5–7 лет. Эти конструкции опережают лучшие зарубежные проекты, по крайней мере, на десятилетие.

На стендах заводского музея представлены прототипы электроплазменных двигателей.

Кстати, по мнению экспертов, маленький реактор, разработку которого заказало НАСА, будет пригоден для отправки к другим планетам автоматов, но не годится в качестве ядерного ракетного двигателя при организации марсианской пилотируемой экспедиции. Эту проблему, видимо, придется решать общими усилиями специалистов всего мира.

Об этом вице-президент Российского научного центра «Курчатовский институт», академик РАН, председатель научного совета по атомной энергетике Академии наук Н. Пономарев-Степной, руководитель Ракетно-космической корпорации «Энергия» академик В. Семенов и директор Исследовательского центра имени М.В. Келдыша академик А. Коротеев написали в своем письме директору NASA Шону О’Кифу.

И судя по первой реакции, американские специалисты прекрасно понимают, какой выигрыш сулит объединение усилий. В этом случае проект отправки первой международной экспедиции на Марс вполне может стать реальным уже к 2016 году…

Владимир БЕЛОВ , Станислав ЗИГУНЕНКО