Гонка за ядерным движком. Кто первым полетит на нём: Россия или США?
На этой неделе из Соединённых Штатов прозвучало требование к России прекратить разработку ракет с ядерными энергетическими установками. Озвучил его спецпредставитель президента по контролю над вооружениями Маршалл Биллингсли. «Мы считаем, что они вообще не должны существовать. Кому вообще нужно иметь крылатую ракету с ядерной силовой установкой? Это не что иное, как летающий Чернобыль», — сказал он, добавив, что это «неимоверная трата средств» и «дестабилизирующая идея».
На поверхности у этого высказывания — благие намерения и забота о мировой безопасности. Но корни «заботы», конечно, гораздо глубже. И дело не только в стремлении приостановить державу, создающую более эффективное вооружение. В перспективе речь идёт о создании ядерного двигателя для полётов в глубокий космос. Это соревнование между СССР и США началось ещё в пятидесятые годы прошлого века.
РД0410 из Воронежа
Идею использовать в космосе ракеты с ядерными двигателями впервые выдвинули в Советском Союзе. Академик Мстислав Келдыш в 1955 году выступил с инициативой создания двигателя, где источником энергии служил бы ядерный реактор. Учёные и инженеры предложили несколько вариантов. В 1958 году постановлением Совмина СССР были назначены ответственные за разработку ядерного ракетного двигателя (ЯРД): Келдыш, Курчатов и Королёв. К работам подключили десятки НИИ, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. Двигатель разрабатывался в воронежском КБ «Химавтоматика».
Первоначальная идея была в том, чтобы вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя (как в обычных ракетах) использовать нагрев водорода до температуры 3000 °С. Он выступал в качестве рабочего тела: подавался из бака в активную зону реактора, проходил через нагретые реакцией ядерного распада каналы и выбрасывался через сопло, создавая реактивную тягу.
Задача оказалась непростой, с момента постановления Совмина до первых испытаний ЯРД прошло 20 лет. Испытания провели в 1978 году на Семипалатинском полигоне, они оказались успешными. При этом сама идея двигателя вызывала нарекания, в первую очередь — экологического характера. При нештатной работе реактора струя становилась радиоактивной, а ведь она выбрасывалась в атмосферу. К тому же нагреть водород до 3000 °С — серьёзная техническая задача.
И всё же к середине 1980-х в распоряжении СССР был ядерный ракетный двигатель РД0410. Его можно было ставить на разгонный блок ракеты-носителя, но до этого так и не дошло. Началась перестройка, которая поставила крест на многих космических проектах (один «Буран» чего стоит), в том числе на идее освоения дальнего космоса с помощью ЯРД. В 1988 году все работы по этой теме были свёрнуты.
KIWI из Зоны 25
В США к разработке ЯРД приступили в начале 1960-х. Тогда американцы уже были нацелены на Луну и мечтали о Марсе. А лететь к нему лучше на ядерном двигателе: у него выше тяга, дольше срок эксплуатации и время работы на одном включении. Вернер фон Браун, ставший отцом американской космонавтики, рассчитывал отправить первые пилотируемые миссии на Марс уже в 1980-е.
Работы велись на полигоне в Неваде, в так называемой Зоне 25, что неподалёку от знаменитой Зоны 51. Проект назвали NERVA. Ракеты с ядерными двигателями планировалось использовать не только для полёта к Марсу и к постоянной лунной базе, но и как «буксиры» для снабжения орбитальных станций у Земли и Луны.
В январе 1965 года американцы провели испытания ЯРД под кодовым названием KIWI. Он тоже использовал водород как рабочее тело, но нагревался до 2000 °C. Было произведено 28 пусков, общее время работы составило 115 минут. «Ядерный двигатель подходит для применения космической техники и в состоянии работать с удельным импульсом в два раза большим, чем химическая система», — сделали вывод эксперты NASA.
Но затем США погрузились в глубокий политический кризис, финансирование работ по исследованию дальнего космоса было сокращено. Успех лунной миссии несколько удовлетворил амбиции американцев, а затем акцент был сделан на развитии программы «Спейс Шаттл». В 1994 году NASA прекратило работы по ЯРД. Этому способствовала и чернобыльская катастрофа: она негативно настроила общественное мнение в отношении использования ядерной энергии.
До Альфы Центавра — за 12 лет
Два года назад появились сообщения о том, что США возобновляют исследования по этой тематике. Причём мирные цели и задачи теперь переплетены с военными, что и не скрывается. Агентство оборонных исследований DARPA в своём бюджете на 2021 год выделило 158 млн долларов на космические программы и технологии, связанные с американской лунной программой, в том числе с разработкой ракеты с ЯРД.
Заказчиком создания ракеты выступают ВВС США. Что это значит? Похоже, Пентагон намерен осваивать окололунное пространство (а затем и Луну), преследуя какие-то свои интересы. И вряд ли речь идёт о мирных научных исследованиях.
В таком случае американской стороне выгодно, чтобы аналогичные работы не велись в других странах. А они ведутся. С 2009 года предприятия «Роскосмоса» и «Росатома» реализуют совместный проект по созданию ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, предназначенной для космических транспортных систем. В ней используется ионный (плазменный) двигатель. То есть тягу будет создавать не раскалённая струя водорода, а поток ионов. А ядерная реакция нужна для выработки электричества.
«Мы предложили схему, в которой реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество. Горячий газ от реактора крутит турбину, турбина крутит электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Генератор же вырабатывает электричество для плазменного двигателя, — объяснял принцип установки научный руководитель Исследовательского центра им. Келдыша академик Анатолий Коротеев в интервью РГ. — Выходящая из двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое содержится в замкнутом контуре. Кроме того, нам не надо при этой схеме нагревать до запредельных значений водород: в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 1500 °C. Мы серьёзно упрощаем задачу. И в итоге поднимаем удельную тягу в 20 раз по сравнению с химическими двигателями».
Согласно расчётам, благодаря ядерной двигательной установке можно будет добраться до Марса не за 1,5 года, а чуть более чем за месяц. А до Альфы Центавра — за 12 лет. Если так, то двигатель нового типа сделает возможными пилотируемые полёты не только к планетам Солнечной системы, но и к другим звёздам.
К сожалению, работы по созданию ЯЭДУ движутся рывками, а порой буксуют. Например, в апреле «Роскосмос» приостановил их из-за недостроенного стенда для испытаний двигателя. Они должны были состояться уже в этом году.
Тем не менее наши учёные и конструкторы проделали огромную по сложности работу, и понятно, что теперь она не прекратится. Возможно, Россия станет первой страной, которая перейдёт на качественно новый способ передвижения в космосе.