В канун приближающегося Дня космонавтики можно по традиции вспоминать первые полёты, а можно говорить о захватывающих дух перспективах. Конечно, 50 с лишним лет кружения вокруг Земли на одной орбите заставили забыть о цветущих на Марсе яблонях. Однако теперь мечта о полётах к Красной планете и далее приобретает реальные черты - по мере того как эти черты проявляются у уникального транспортно-энергетического модуля.
Новый двигатель - новые задачи
Начнём с проблемы, которая стала самым очевидным препятствием для космических полётов. Кратко её можно сформулировать так: ресурс двигателей на жидком или твёрдом топливе (а именно такие до сих пор используются в космических аппаратах) выработан практически полностью, как их ни усовершенствуй - никаких значительных изменений не последует, нынешние результаты - это всё, на что они способны.
Соответственно, для того чтобы осуществить дерзкие мечты дальних перелётов, нужны принципиально иные решения. Это понимали ещё отцы нашей космонавтики - идеей создания ядерного двигателя занимались академики Сергей Королёв, Игорь Курчатов и Мстислав Келдыш. В 1970‑е СССР запустил три десятка спутников, оснащённых ядерными энергетическими установками малой мощности.
Одновременно в Семипалатинске проводились испытания ядерного реактора большой мощности - ИВГ-1.
Специалисты говорят, что именно ядерные двигатели могут дать новый импульс развитию космонавтики. И вот в 2009 г. комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики России при Президенте РФ было принято решение о реализации проекта создания транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса.
Ядерный реактор выделяет тепло, генератор преобразует его в электричество. Инертный газ ксенон ионизируется - положительно заряженные ионы ускоряются в электростатическом поле до заданной скорости, создают необходимую тягу. Таков принцип работы нового ТЭМ, в создании которого принимают участие институты и предприятия «Росатома», «Роскосмоса» и НИЦ «Курчатовский институт».
Главным конструктором реакторной установки стал Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) им. Н. А. Доллежаля, входящий в госкорпорацию «Росатом». Юрий Драгунов, его директор, генеральный конструктор, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой Э-7 «Ядерные реакторы и установки» МГТУ им. Баумана, говорит, что работы, несмотря на поставленные жёсткие сроки, идут по графику. А это значит, что уже через 4 года такая установка должна быть создана.
Уникальные решения
Юрий Григорьевич, ядерная энергодвигательная установка - это, очевидно, целый комплекс систем, которые должны работать слаженно...
Юрий Драгунов: Да, в состав входят энергоблок с турбомашинным преобразованием энергии на основе газодинамического цикла Брайтона и связка электрореактивных двигателей. Энергоблок представляет собой одноконтурную ядерную энергоустановку на основе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.
- В проекте должно использоваться достаточно много новых решений. Можете рассказать о них?
- В проекте заложены принципиально новые параметры, используются принципиально новые решения.
Впервые в мире разработана технология создания монокристаллических длинномерных трубок из высокотемпературных сплавов. Знаете, когда я в первый раз увидел эту трубку во всю длину, испытал такое волнение! Я-то понимаю, чего стоило её изготовление... Особенно радует, что разработана технология и на базе росатомовского НПО «Луч» получены не просто опытные, а уже промышленные образцы.
Создана уникальная конструкция тепловыделяющего элемента, обеспечивающая работоспособность в условиях высоких температур, больших градиентов температур, высокодозного облучения. Конструкция настолько продумана, в ней так хорошо решены, к примеру, вопросы отвода продуктов деления, что есть уверенность в работоспособности изделия. Первые испытания, которые закончились ещё в 2012 г., подтвердили это.
Ну и, конечно, приходится много заниматься восстановлением технологий производства уникальных материалов для высокотемпературной энергетики. По всем нашим компонентам и комплектующим задачу ставим так: должны быть ТУ на их промышленную поставку. Для опытных образцов можно, конечно, обойтись и без них, однако мы думаем о перспективе.
Россия впереди
- Как любой большой проект, ваш тянет за собой развитие других отраслей и производств?
- А как же! Как и атомная энергетика в целом тянет за собой развитие других - высокотехнологичных - отраслей и производств.
Вообще нужно чувствовать новые перспективные направления развития энергетики, чтобы не отстать. Меня радует, что «Росатом» чувствует. Его стратегия - «на шаг впереди». Ядерные технологии нового поколения, которые уже активно используются, - это «на шаг впереди». Наша работа для космоса - это тоже «на шаг впереди». Россия сегодня впереди.
- А в других странах подобные разработки ведутся?
- В Европе начинают делать первые шаги в этом направлении: формируют «дорожную» карту, сообщество, определяют цели и задачи. Мы их значительно опережаем.
В США, я лично уверен, это направление развивают, потому что нет другой возможности осваивать космическое пространство. Мы знаем, что там начинали такую работу. Правда, параметры у них были пониже наших. Но сейчас достаточной информации нет.
- Юрий Григорьевич, у людей после крупных аварий на АЭС сложилось настороженное отношение ко всему, что связано с атомом. Насколько безопасным будет создаваемый модуль?
- Хороший вопрос и, наверное, самый важный. Мы имитируем разные ситуации - с транспортированием нашей реакторной установки, различные аварийные ситуации, включая аварию на старте и падение с различных высот. Мало того что мы моделируем их математически - вместе с Саровским ядерным центром запланировано провести испытание на разгонном треке. Это разгон с большой скоростью, удар о бетонную стену, с тем чтобы сымитировать то, что может наш реактор испытать в процессе нештатных ситуаций.
Я считаю, что главное внимание должно быть обращено не на работу на номинальном режиме, а на работу именно в нештатных ситуациях. Давайте порассуждаем. Все наши проекты обосновываются на номинальное состояние, плюс запасы (100% мощности или 105%). А посмотрите, когда происходили серьёзные аварии. Три-Майл-Айленд - это практически был период остановки. Чернобыль - на низком уровне мощности. Фукусима - реакторы были заглушены. Поэтому основное внимание нужно уделять работе не на номинале, а на переходных и стояночных режимах, а также тех, которые связаны с нештатной ситуацией на ракете-носителе. Мы это прекрасно понимаем, и ведущие институты отрасли подключены к решению задачи безопасности транспортно-энергетического модуля.
Огонь и звёзды
- Над проектом работают конкретные люди. Кто они? Говорят, в науке катастрофически не хватает молодёжи...
- Это не про нас. У нас много молодых. Вообще везде должно быть удачное сочетание людей, которые являются носителями критических знаний, опыта, и молодёжи. В этом плане у нас коллектив очень интересный. Большая часть окончила нашу кафедру - Э7 МГТУ им. Баумана.
За последние годы мы перестроили всю программу обучения, сориентировав её под наши реальные задачи. Оборудовали современный компьютерный класс, потому что на устаревшей технике невозможно выполнять современные работы. На кафедре преподают наши же специалисты. Сегодня студенты осваивают все ключевые компьютерные программы для расчётов, трёхмерное проектирование - и, когда после окончания учёбы приходят к нам, через полгода они уже полноценные специалисты. Такая вот обратная связь получается.
- Как этот большой разновозрастный коллектив относится к конечной цели проекта? Люди верят в то, что можно будет долететь до Марса?
- Мы в институте уже записываемся на первое путешествие. Хотите, и вас запишем?..
Хотя успех этого проекта открывает возможности не только для космических путешествий. Атомная энергетика в космосе позволяет решить много проблем. В том числе и выведение спутников, которые уже стали космическим мусором, и устранение астероидной и кометной опасности - такие установки позволят увести астероид на безопасную орбиту, пропустив его мимо Земли.
- Юрий Григорьевич, а вы часто смотрите в звёздное небо?
- Люблю смотреть. Люблю две вещи: смотреть на костёр и в звёздное небо. И то и другое очень сильно впечатляет, завораживает, наводит на размышления...
