Всевозможными межорбитальными буксирами Роскосмос занимается уже очень давно и это правильно. Дело это действительно нужное.
Электрореактивные двигатели (иначе ЭРДУ - электрореактивные двигательные установки) известны давно и обладают замечательными характеристиками - во всем, кроме того, что касается выхода из гравитационного колодца. Иными словами - для старта с земли у них радикально не хватает тяги (вернее, для обеспечения такой тяги необходима совершенно циклопическая плотность энергии). А вот в космосе летать - менять орбиты или таскать грузы от планеты в к планете - пожалуйста.
Принцип работы таких двигателей прост - электрическая энергия используется для того, чтобы придать импульс частицам: они подхватываются электрическим полем, разгоняются и покидают двигатель, толкая его в противоположном направлении (как струя сгоревшего газа толкает его в химических аналогах). При этом можно добиться очень и очень высоких показателей удельного импульса (УИ). УИ - это показатель эффективности топлива реактивного двигателя и он равен отношению импульса, который придает двигателю сгорающее в нем топливо, к расходу этого топлива (массовому, обычно). Если излагать более просто, то УИ равно максимальному времени, в течение которого данное топливо в невесомости может придавать ускорение в 1g массе равной массе данного топлива. Ну, или совсем уж по простому - в течение какого времени одна и та же масса топлива будет толкать корабль.
Для химических двигателей УИ измеряется секундами и минутами, а вот для электрореактивных двигателей УИ может составлять десятки и сотни часов. То есть, если взять с земли тонну химического топлива с окислителем, то на нем можно поработать несколько лет - при учете того факта, что оно имеет неприятную особенность разлагаться, диффундировать, воздействовать на стенки баков, его нужно поддувать и, в конце концов, при некоторых обстоятельствах оно может просто взорваться. А взять с собой тонну инертного газа ксенона (одно из самых популярных рабочих тел для ЭРДУ) - и проблем с хранением никаких, и работать на нем можно очень и очень долго, да и с дозаправкой проблем нет, и окислителя не нужно.
Проблема с широким использованием ЭРДУ одна - для их работы нужно электричество. Причем, чем больше, тем лучше.
Где в космосе берется электричество? Самое простое (и самое широко используемое) - использование солнечных батарей. Панели фотоэлементов, ориентированные на Солнце исправно выдают электрический ток и питают практически все орбитальные аппараты, а также аппараты, посланные к другим планетам.
И это "дармовое" электричество активно используется - на большинстве современных спутников стоят именно ЭРДУ. Самые разнообразные - ионные, плазменные, на эффекте Холла и т.п. Именно они отвечают за позиционирование спутников, зачастую - за подъем их до требуемой орбиты и т.д.
Обидно лишь то, что выдаваемые солнечными панелями плотности тока недостаточны для работы действительно мощных ЭРДУ. В самом деле - самая энергетически мощная орбитальная "солнечная электростанция" - МКС - обладала на пике своих возможностей мощностью порядка 110 - 130 кВт, а сейчас, в силу деградации фотоэлементов (есть у них и такое неприятное свойство), а так же из-за поломок вырабатываемая мощность снизилась до 90-100 кВт. Вообще, МКС по электричеству дефицитна. В частности и по нашей вине: свой НЭМ - научно-энергетический модуль, который должен добавить 50 кВт мощности - мы так и не запустили и до сих пор "одалживаем" электричество у американцев.
Другой способ получения электричества в космосе - использование атомных реакторов. Собственно говоря, зная недостатки солнечных батарей, работы в этом направлении начались еще на самой заре космической экспансии человечества.
Первая попытка реализации ЭРДУ с питанием от атомного реактора в космосе - американский SNAP 10A - проработала порядка полутора месяцев и, в целом, неудачно. Сам по себе реактор фурычил нормально, но как только попробовали включить ионник, как возникли пробои в схеме и спутник приказал долго жить. "Ромашка", примерно в то же самое время испытывавшаяся в СССР, так и не взлетела.
Зато в 70-80 годы летали сначала "Бук" (в целом успешно), а потом "Топаз" - советские спутники разведки, на которых стояли ядерные реакторы с термоэмиссионными преобразователями.
Они питали не только аппаратуру слежения, но и знаменитые СПД (стационарный плазменный двигатель - ЭРД производства КБ "Факел", которое до сих пор держит по этой теме одно из первых мест в мире).
На этой базе в позднем СССР возникло немало первых проектов межорбитальных и межпланетных буксиров ("Геркулес", "Енисей" и т.п.), но все они дальше эскизов так и не пошли.
Собственно говоря, нынешний "Нуклон" - будем называть его так - есть как раз продолжение этих тем. Напомню, в одной из предыдущих статей я описывал структуру и модус операнди российской космонавтики, которая как раз и предполагает, что ежели какое КБ вцепится в тему - то с нее не слезает до самого расформирования. В данном случае - работы велись, проекты предлагались (сначала надеялись на сотрудничество с американцами, потом возникла идея "прорыва" - под который и удалось, наконец, получить деньги), и вот десять лет назад началась движуха.
Но, надо сказать, движуха эта имеет два принципиальных отличия от предыдущих вариантов.
1. Построение собственно "космической АЭС". И "Буки", "и "Топазы" были термоэмиссионными, иначе говоря, использовалось непосредственное преобразование тепла в электричество. Здесь же предполагалось использование турбины и генераторов, прямо как на Земле. Это - суперновизна, и это более, чем круто - таким образом можно очень серьезно поднять КПД выработки электроэнергии. То есть на реакторе того же типа, что и в "Топазе" - в полтора-два раза поднять электрическую мощность. От которой прямо зависят характеристики ЭРДУ.
2. Охлаждение "капельного" типа. Напомним - в настоящее время все охлаждение идет через излучение. Излучение с поверхности. Иными словами, чем больше площадь поверхности - тем больше излучение - тем эффективнее охлаждение. Увеличивать до бесконечности площади радиаторов нельзя. А вот передать тепло теплоносителю, а потом распылить его на микрокапли, на порядки увеличив площадь излучения, чтобы затем эти капли собрать и снова пустить в дело - это можно... ну, по крайней мере попробовать сделать. И если получится - это будет если не революция, то по крайней мере - прорыв.
И вот сейчас, после десяти лет НИОКР нам вроде бы что-то показали. Что именно?
Рассмотрим в следующей части.
