Космический буксир... выйдет ли он на орбиту?

Роскосмос объявил тендер на разработку предложений по проведению испытаний ключевых элементов ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, в том числе на борту МКС, — говорится в конкурсной документации, размещённой на сайте госзакупок.

Согласно этой информации, для испытаний элементов ядерной двигательной установки буксира на МКС Роскосмос собирается потратить 264 млн.

рублей. Этот проект Роскосмоса был утверждён президентской комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики РФ в 2009 году. К концу 2018 года энергетическая установка должна быть подготовлена к лётно-конструкторским испытаниям.

Что же такое "ядерный межорбитальный буксир", и почему его создание откроет новую страницу в освоении как околоземной орбиты, так и в межпланетных полётах?

Проблема любого запуска с поверхности Земли — малая мощность ракетных двигателей. Они могут оторвать громадные ракеты на химическом топливе от Земли, но даже на вывод полезной нагрузки на околоземную орбиту тратят 95% своего собственного веса. Сделать ракеты эффективнее не получается — всё упирается опять-таки в вопрос химического топлива для ракет, в тот самый керосин или водород, сгорающие в кислороде обычного ракетного двигателя. Химическая реакция просто не может нагреть продукты сгорания до температур выше тех, что уже достигнуты ракетной техникой.

Выйти из-под действия этих ограничений позволяет ядерный реактор. Конечно, его использование при старте ракет с Земли достаточно опасно, однако на низкой земной орбите он может спокойно подхватывать выводимые с поверхности грузы, после чего доставлять их на более высокие орбиты — на геостационарную, где располагается большинство спутников связи, на орбиту спутников системы позиционирования, на траекторию полёта к Луне или к другим планетам Солнечной системы.

Как показывают расчёты, использование ядерного реактора для такого буксира позволит минимум вдвое поднять эффективность использования ракетного топлива для перемещения грузов на более высокие орбиты. В перспективе же можно обеспечить и более высокий КПД — в этом случае тепло ядерного реактора надо будет сначала превратить в электроэнергию прямо на борту межорбитального буксира, а потом использовать полученное электричество для разгона ионов реактивной струи. В таком случае эффективность использования ракетного топлива можно поднять и десятикратно.

Но почему всё-таки ядерный реактор, а не, например, солнечная энергия, которую тоже можно использовать для получения электричества на борту и для питания таких ионных двигателей? Дело в том, что для быстрого и эффективного перевода с орбиты на орбиту спутников или космических кораблей весом в несколько тонн или даже десятков тонн, нужна мегаваттная мощность буксира. Именно такую мощность даёт компактный ядерный реактор, или, другими словами, "ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса", которая значится в тендере Роскосмоса. Для сравнения: самые мощные солнечные батареи, которые сегодня работают в космосе, — это батареи той самой Международной космической станции (МКС), где и будут испытывать элементы ядерного буксира. Сегодня они выдают всего лишь… 110 киловатт мощности, в десять раз меньше, чем будет давать ядерный реактор космического буксира.

Какие существуют при этом трудности и проблемы?

Во-первых, надо сразу сказать о вопросах безопасности. Буксир будет запущен с Земли в неактивном состоянии, с "холодным" и неработающим ядерным реактором. Только после вывода буксира на высокую околоземную орбиту реактор можно будет включить и "разогреть", запустив в нём управляемую ядерную реакцию. А вот дальше возникнет определённый компромисс между безопасностью и эффективностью работы: для целей безопасности буксир надо держать подальше от Земли — тогда даже в случае нештатной ситуации он не сможет упасть на Землю, а останется на такой высокой орбите на долгие тысячи лет. С другой стороны, чем с более низкой орбиты будет забирать грузы буксир, тем больше топлива будет экономиться при выводе полезной нагрузки "химическими" ракетами.

Второй вопрос, который возникнет при проектировании и эксплуатации ядерного буксира, — это вопрос, куда девать полученное тепло. Надо сказать, что от избыточного тепла в космосе очень трудно избавиться: космический вакуум представляет собой идеальный теплоизолятор, поэтому сбросить лишнее тепло можно только излучением, а вот охладиться, как на Земле, за счёт холодного воздуха или воды, не получится — их в космосе просто нет. В силу этого ядерный буксир будет напоминать громадную "космическую бабочку" — большую часть его конструкции должны составить огромные радиаторы, через которые и будет сбрасываться несколько мегаватт "лишнего" тепла. Именно эта часть конструкции будет основным "ноу-хау": сейчас самые мощные системы сброса тепла в космосе (на той же МКС) могут утилизировать лишь 70 киловатт тепловой мощности.

Наконец, массу задач нужно будет решить и по двигателям, и по реактору будущего буксира: его ионные двигатели должны тоже "подрасти" практически в десять раз по сравнению с имеющимися сегодня образцами, а атомное "сердце" будущего буксира должно иметь небывалый уровень автономности и надёжности — так как, скорее всего, ядерный буксир будет полностью беспилотным аппаратом, управляемым и обслуживаемым дистанционно, без участия людей.

Россия и Роскосмос сегодня сделали только первый шаг на долгом пути по созданию новой прорывной технологии в космосе. Но сделали его — раньше всех, значительно опередив другие страны мира.