Намерение России создать комический ядерный буксир, пока, остаётся намерением, – без определённых сроков реализации. Технические проблемы связанные с осуществлением задуманного очень велики. Тем не менее, задача будет решена, и спешить нет оснований. Тут случай именно тот, когда «никто кроме нас».
Интересно же в контексте задачи то, что в самом по себе размещении ядерного реактора на космическом аппарате нет ничего нового. Это уже делалось в советское время, так что опыт приобретён. И другой вопрос, что опыт не слишком обнадёживающий. Реактор тяжёл сам по себе, но несравненно выше оказывается масса противорадиационной защиты, без которой излучения исходящие из активной зоны будут оказывать разрушительное воздействие даже не на экипаж, – нет, кстати, никаких оснований проектировать тот самый «буксир» в качестве пилотируемого аппарата, – а на бортовое оборудование.
Тем не менее, будущее космонавтики немыслимо без бортовых АЭС.
И потому, в частности, немыслимо, что солнечные батареи в качестве источника энергии вполне удовлетворительно работают в районе орбиты Земли. Но уже в окрестностях Марса мощность падает в 2.5 раза… Что ещё можно скомпенсировать увеличением площади (и веса) батарей. Однако, у Юпитера они будут давать в 25, а у Сатурна в 100 раз меньше энергии, – что вообще лишает смысла их использование.
Как следствие, в настоящий момент источником энергии для аппаратов отправляемых в длительные миссии в удалённые от Солнца края, служат батареи на основе стронция-90 и плутония-238, – изотопов не «цепных», а просто нестабильных. Однако радиоизотопные батареи родит с солнечными ключевой недостаток, – в обоих случаях энергия извлекается не по потребности, а по возможности. То есть, либо её нужно запасать, что предполагает размещение на аппарате массивных аккумуляторов, либо же «пиковые» нагрузки окажутся очень невелики, а прочее время, пока аппарат ничем энергоёмким не занят, избыток тепла понадобится сбрасывать.
...И данные соображения были очевидны ещё на заре эпохи космонавтики. Впервые ядерный реактор был выведен на орбиту ещё в 1965 году. Американская установка SNAP-10A смогла проработать 43 дня. Реактор на тепловых нейтронах использовал обогащённый до 10% Уран-235 в качестве горючего, гидрид циркония в качестве замедлителя и натрий-калиевый теплоноситель. Источник энергии мог выполнять возложенные на него задачи (в частности, питание ионного двигателя), но КПД, составлявший всего 1.5%, оставлял желать лучшего. Из 40 кВт выделяющейся энергии лишь 500-600 Вт переводилось в электрическую форму. SNAP-10A остался в истории, как единственный энергетический ядерный реактор, не способный обеспечить работу даже одного электрочайника.
Американцы более к идее космического реактора не возвращались. Но у конструкторов СССР намерение решить проблему питания энергоёмкого оборудования на борту спутников, – разведывательного назначения, в первую очередь, – было твердо. Так что, космический реактор «Бук» не просто был создан или испытывался, а выпускался с 1970 года серийно. Тепловая мощность в его случае достигала 100 кВт, а КПД 3%, что позволяло оснащать «Космосы» радиолокаторами. Преимущество же над американским вариантом достигалось благодаря тому, что работал «Бук» на быстрых нейтронах, потребляя обогащённый до 90% уран. Отсутствие необходимости в замедлителе и использование в качестве теплоносителя обладающего огромной теплоёмкостью жидкого натрия, вместо воды, позволило снизить массу устройства.
...Хотя реактор предназначенный для установки на спутниках и так был слишком уж мал. Скромный КПД объяснялся тем, львиная доля выделяющейся энергии не поглощалась вообще, а в форме излучений уносилась не только за пределы реактора, но и за пределы аппарата.
В дальнейшем, проблему повышения КПД до 6% позволило решить использование термоэмиссионного преобразователя, заимствованного из устройства радиоизотопных батарей. Преобразователь весил меньше, чем турбина, и превращал энергию ионизирующих излучений в электрическую сразу… Они же «ионизирующие», а значит, разделяется заряд. Реакторы проекта «Топаз» появившиеся в 80-е годы, также нашли применение, но… лишь постольку, поскольку желание размещать на борту спутников-шпионов локаторы было велико. Вообще же, реактор оказывался и слишком тяжёл, и недостаточно надёжен. В частности и первый – американский – проработал всего 43 дня, поскольку большего не выдержала бортовая электроника.
Серийные советские варианты производились уже с учётом фактора быстрой деградации оборудования под воздействием излучений, и некоторый уровень защиты (более уязвимые узлы экранировались менее уязвимыми) подразумевали. Но и они держались не более года. Соответственно, вопрос о прекращении реакции после частичного выгорания урана-235 даже не вставал… Это, однако, не мешало пониманию того, что такой вопрос встанет в случае миссий длительных – межпланетных. Поддержание цепной реакции по мере падения концентрации 235 изотопа в стержнях потребовало бы увеличения массы конструкции.
...Ну и, конечно, опасность космических реакторов нельзя было сбрасывать со счетов. Когда однажды убитый излучениями из собственной активной зоны советский спутник упал на Канаду, в трауре были все. Канадская сторона, потому что на неё уронили реактор, советская же потому что он, зараза, пройдя плотные слои атмосферы и выбив воронку в грунте нисколько не пострадал… Вот, кстати, обычай топить выработавшие ресурс космические аппараты в «точке Немо» связан не только с безопасностью людей на земле, но и с сохранностью технологических секретов.
Тем не менее, никто не отменял и преимуществ реактора. По сути, это единственный вариант обеспечивающий мощную аппаратуру энергией во время длительных миссий. Большая же часть проблем «Топазов» и «Буков» являлась прямым следствием их избыточной миниатюризации. Современные проектируемые реакторы предназначенные для питания ионных двигателей и имеющие массу 60-70 тонн, с прежними проблемами не столкнутся. Ибо их масштаб уже порождает проблемы более сложные, – главным образом связанные с отводом избыточного тепла.