Проекты использования ядерных двигателей для межзвездных аппаратов обретают реальность

Эскизные проработки американского «взрыволета» «Орион».

До недавних пор не было создано двигателей для космических аппаратов и самих ракет-носителей, которые донесли бы человека до ближайших звезд не за десятки тысяч лет, а хотя бы в течение его жизни. В канун 2021 года исполнительный директор Роскосмоса Александр Блошенко сообщил о проработке госкорпорацией проекта многоразового космического буксира с ядерной энергетической установкой «Нуклон». По его словам, аппарат будет способен за одну миссию совершить полет от Венеры до Юпитера, а уже первый запуск зонда станет полноценной научной миссией.

Как сообщал первый замглавы Роскосмоса Юрий Урличич, опытные образцы ядерной энергоустановки должны быть готовы в 2025 году. Первый полет «ядерного буксира» планируется на 2030-е годы. Проект космического корабля с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса разработан Государственным научным центром ФГУП «Центр Келдыша».

Еще Сергей Павлович Королев мечтал о мощной силовой атомной установке для ракет. Не дремали и ученые на Западе, в частности в США. В 1950–1960 годах был разработан проект «Орион» – пилотируемый реактивно-импульсный космический корабль («взрыволет»).

Впервые идею «Ориона» предложили известные физики Станислав Улам и Корнелиус Эверетт в Лос-Аламосе в 1955 году. Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма толкала корабль. По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Несколько моделей было разрушено, но один 100-метровый полет в ноябре 1959-го был успешен и показал, что импульсный полет мог быть устойчивым.

Первоначально «Орион» предполагалось запускать с Земли, с атомного полигона Джекесс-Флетс, расположенного в Неваде. Аппарат должен был иметь форму пули. Корабль устанавливался на восьми стартовых башнях высотой 75 м для того, чтобы уберечь персонал от возможного взрыва ядерного устройства у поверхности Земли. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт (для сравнения: мощность бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки, была равной 20 кт). После выхода из атмосферы каждые 10 секунд должна была взрываться одна 20-килотонная бомба. Проект «Орион» закрыли в 1965 году.

Дальнейшим развитием идей, заложенных в основу «Ориона», можно считать межзвездный зонд «Дедал». Это был один из первых детальных технических проектов по созданию возможного непилотируемого межзвездного космического аппарата. Он проводился с 1973 по 1977 год группой из 11 ученых и инженеров Британского межпланетного общества. Проект предусматривал строительство на орбите Юпитера мощного двухступенчатого беспилотного корабля с термоядерными двигателями.

Самолет-лаборатория NB-36H для испытания атомных реакторов в полете.

В СССР мечты С.П. Королева о ядерном ракетном двигателе (ЯРД) начали осуществляться за два года до запуска первого человека в космос. Именно тогда произошла встреча «трех К»: Курчатова Игоря, «отца» нашей атомной бомбы, Келдыша Мстислава, главного теоретика космонавтики и математика, и Королева Сергея, главного конструктора ракет. Именно на этой встрече и было принято решение о создании атомного ракетного двигателя. И он был создан в короткое время.

Испытания реактора проводили в 1978–1981 годах на атомном полигоне в Семипалатинске, а самого двигателя – на стенде в Подмосковье, в Загорске. Всего было проведено более 250 испытаний. В результате был создан работоспособный двигатель. Но наступила перестройка, и проект отложили до лучших времен.

Мощный импульс для создания ЯРД получили ученые в наши дни. Когда Дмитрий Медведев еще был президентом России, он заявил, что «космос является одним из приоритетов России». Также он отметил, что необходимо «продолжить работу над новым проектом Исследовательского центра имени М.В. Келдыша по созданию космического транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки».

Схема российского транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с газоохлаждаемым атомным ректором.  Фото из архива автора

Также ТЭМ сможет осуществить эффективную реализацию экспедиций на другие небесные тела, например Луну или Марс, промышленное производство в космосе, создание эффективных систем очистки космоса от мусора, борьбу с астероидной опасностью. Как заявил нынешний генеральный директор Центра Келдыша, доктор технических наук Владимир Кошлаков, источник энергии такой установки – ядерный реактор, который нагревает рабочее тело. Оно поступает на турбину, на одном валу с которой находится электрогенератор.

Тяга электроплазменного двигателя – это движущая сила космического аппарата. В качестве теплоносителя используется гелий-ксеноновая смесь. Ее основное преимущество – химическая нейтральность по отношению к материалам. Ведь аппарат должен длительное время работать при запредельно высоких и низких температурах. Теплофизические характеристики этого теплоносителя позволяют создавать оптимально эффективный контур, снизить массу и габариты реактора, теплообменных агрегатов. И уже есть практические результаты.

В конце прошлого года в России завершились наземные испытания системы охлаждения космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса. «Работы выполнены в полном объеме. Результаты соответствуют требованиям технического задания», – отмечается в акте приемки работ. Летный образец космического аппарата с ЯЭДУ в России планируется создать уже к 2025 году.