США серьезно отстают от России в создании ядерного двигателя для полётов в дальний космос
20 апреля 2023 года тяжелая многоразовая ракета Starship американской аэрокосмической компании SpaceX Илона Маска стартовала с космодрома Бока-Чика в Техасе, но на высоте 38 км над Землей она начала неконтролируемо вращаться и падать, после чего была взорвана, чтобы не допустить катастрофического падения.
В прямом эфире трансляции старта Starship можно было наблюдать, что при старте не запустились три двигателя первой ступени, а затем остановились еще три. Основной причиной потери управляемости назван взрыв блока управления гидравликой через 30 секунд после старта.
При этом ракета смогла оторваться от стартовой платформы и подняться на высоту 38 километров. Она прошла область максимального аэродинамического сопротивления атмосферы. Когда Starship начал переходить к горизонтальной фазе полета, не выдержала система управления, ракета начала заваливаться, дважды перевернулась и полетела к Земле. Только в этот момент центр управления полетом отдал команду на самоликвидацию.
В SpaceX сообщили, что ракета вышла из строя из-за проблем с механизмом разделения ступеней. Вторая ступень вместе с самим Starship не смогла отстыковаться от первой и погибла вместе с ракетой. При запуске стартовую площадку сильно повредило, было разрушено все бетонное основание и сорвало коммуникации. Илон Маск, наблюдавший за стартом из центра управления полетами SpaceX в Калифорнии, анонсировал следующий тестовый пуск в ближайшие несколько месяцев.
Корабль Starship — это огромная черная «пуля» из нержавеющей стали длиной 50 метров и весом 1300 тонн (вместе с топливом). Корабль расположен сверху огромной, самой большой в истории космонавтики ракеты Super Heavy. Вся конструкция имеет высоту 120 метров и весит 4900 тонн.
Длина ракеты Super Heavy — 70 метров. Она наполнена охлажденной смесью метана и кислорода весом в 3400 тонн. Метан – топливо, кислород – окислитель. Топливо весит в 22 раза больше, чем сам космический корабль.
Запуск Super Heavy обеспечивают 33 (!!!) двигателя Raptor (20 маршевых и 13 рулевых), которые по расчетам могут вывести на околоземную орбиту до 150 тонн полезного груза.
Вся конструкция гораздо тяжелей и длинней ракеты «Сатурн-5», которая выводила корабли на Луну в 70-е годы. Хотя полезной нагрузки выводится не намного больше (150 тонн против 140 тонн).
Советская ракета «Энергия», способная выводить на орбиту от 100 до 200 тонн полезной нагрузки, была оснащена всего четырьмя кислородно-керосиновыми ускорителями РД-170 первой ступни и четырьмя кислородно-водородными маршевыми двигателями РД-012 второй ступени.
Как же случилось, что спустя полвека американцы побили рекорд по числу двигателей, ранее принадлежавший советской лунной ракете «Н-1», оснащенной 30 маршевыми движками?
Самый простой и самый точный ответ состоит в том, что мощности двигателей, работающих на химическом топливе, с тех пор ничуть не возросли, а марсианские и лунные амбиции Илона Маска потребовали установки нового рекорда по числу двигателей, установленных на ракете, призванной штурмовать просторы дальнего космоса. Ведь у американцев движки-то похуже наших, Маск никогда этого и не скрывал.
«Я провожу много времени, изучая конструкцию российских ракетных двигателей. Есть замечательные российские двигатели», — сказал Маск в интервью Everyday Astronaut. «Наш двигатель — с большим давлением, чем раньше, и он с полной газификацией компонентов горения. Но это относительно небольшие усовершенствования в отношении того, что русские уже сделали», — говорит основатель SpaceX. По его словам, российские инженеры «давно производят жидкостные ракетные двигатели и создали уже в прямом смысле сотни различных конструкций». Создатель двигателя РД-180 (конструктор и академик РАН) Борис Каторгин тоже говорит, что ракеты Маска «слабее наших».
Однако современные цифровые системы управления полетом, как казалось Маску, смогут нейтрализовать неизбежную несинхронность и сбои в работе трех десятков двигателей. До высоты 38 км Starship оправдывал надежды Маска…
Ветеран российской космической отрасли Дмитрий Конаныхин отмечает, что «когда сидящие в тени шоумэна Илона Маска настоящие инженеры Space X лихо отмасштабировали технологии Falcon-Full Thrust до гигантомании "лунной" Н-1 и "марсианской" Starship, оказалось, что в этой части Вселенной всё-таки сохраняются законы природы и "физика, ты бессердечная сука"».
По мнению Конаныхина (с которым я согласен), уровень вибраций трубопроводов и подвесов связки двигателей гигантской ракеты Starship настолько высок, что «существующие материалы и конструктивные решения» не способны обеспечить необходимую жесткость всей конструкции.
В результате: «Взрывы и аварийные отключения двигателей (были же взрывы на борту, это все видели), бултыхание топлива и заваливание Starship, которое было парировано только современными технологиями». И, наконец, «возможное закусывание и поломка замков, соединяющих ступени», которое и не позволило отстыковаться первой ступени.
Даже если инженерам Space X удастся «допилить» Starship, концептуальная ошибочность ставки на тридцать с лишним маломощных двигателей очевидна, что делает перспективы освоения американцами дальнего космоса на кораблях Илона Маска весьма сомнительными.
Просторы дальнего космоса будут бороздить ядерные планетолёты, такие как создаваемый в России «ядерный буксир».
8 декабря 2020 года на общем собрании Российской академии наук выступил член-корреспондент РАН, главный конструктор федерального проекта «Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса» (ЯЭДУ) Юрий Драгунов с докладом об успешном завершении испытаний ядерного двигателя мегаваттного класса для межпланетных полетов в дальний космос.
Работа над созданием ЯЭДУ была начата в 2009 году. Головным исполнителем проекта стал Исследовательский центр имени М. В. Келдыша, а по реакторной установке (РУ) – Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ).
Юрий Драгунов рассказал обо всех этапах создания ЯЭДУ. В завершение работ в федеральном ядерном центре в Сарове на специальном разгонном стенде был проведён контрольный физический пуск ЯЭДУ с комплексом необходимых измерений.
США серьёзно отстают от России в создании ядерного двигателя для полётов в дальний космос. Американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) из Сиэтла разработала новый ядерный двигатель для полетов на Марс и в конце октября 2020 года передала её НАСА для испытаний. Такой двигатель может, заявляет компания, сократить время полёта Земля – Марс до трёх месяцев. Однако, как заявил главный инженер USNC-Tech Майкл Идс, американский ядерный двигатель в 10 раз уступает российскому по ключевому показателю – удельному импульсу.
11 декабря 2020 года Роскосмос заключил контракт стоимостью 4,2 миллиарда рублей на разработку аванпроекта космического ядерного буксира «Нуклон» для полётов к Луне, Юпитеру и Венере. Ядерный буксир – это межпланетный корабль. И выводиться он будет на промежуточную орбиту за первым радиационным поясом Земли, то есть на высоте более 13 тыс. км.
Если российские инженеры сумеют сохранить лидерство в разработке космических кораблей «дальнего космического плавания», то на Марсе будут цвести яблоки российского белого налива.
Владимир Прохватилов
