На Международном форуме «Российская энергетическая неделя», который прошел в Москве в середине октября, летчик-космонавт Олег Кононенко высказал уверенность в том, что использование атомной энергии для путешествий по Солнечной системе — закономерный шаг в освоении космоса. Рассказываем про будущее этого направления.
История атома в космосе
Исторически два направления использования ядерной энергии в космосе — создание тяги в ракетных двигателях и электропитание космических аппаратов — начали развиваться практически одновременно. В начале 1950-х годов ученые Физико-энергетического института имени А. И. Лейпунского занялись ядерными ракетными двигателями, а в середине 1950-х годов начали изучать возможность применения ядерных энергетических установок в составе космических аппаратов.
Первой реакторной установкой с термоэлектрическим преобразованием тепла ядерного деления в электрическую энергию стала «Ромашка». Ее запустили в середине августа 1964 года, и она успешно проработала около 20,5 месяца, но в космосе ни разу не побывала.
Первой термоэлектрической космической ядерной энергетической установкой стал «Бук», который работал на искусственных спутниках «Космос» в 1970-1980-х годах. А первой такой установкой с термоэмиссионным преобразованием энергии — «Топаз», которую испытали на аппаратах серии «Космос-1818» и «Космос-1867».
Велись работы и над ядерными ракетными двигателями. Первой установкой стал РД0410. Его полноразмерную модель впервые запустили в 1968 году в Физико-энергетическом институте. Двигатель прошел серию тестов, но полноценно так и не был испытан, потому что космические агентства отказались от проектов дальних космических полетов и сфокусировались на развитии околоземных спутников, для которых такие двигатели были не нужны. Сейчас интерес возобновился.
Атом в двигателях
Для взлета с Земли ракета должна преодолеть притяжение планеты и атмосферное сопротивление — требуется короткое, но мощное ускорение. Для путешествий в космосе гораздо эффективнее разгоняться постепенно, но зато на протяжении долгого времени.
У ракеты с атомными двигателями будет выше скорость, а значит полеты будут проходить быстрее. Чем меньше продолжительность полета, тем меньше накопленная доза радиации, которую получают космонавты.
«Атомная энергия — ключ к Солнечной системе. На химических двигателях мы далеко не улетим, и человечество будет обречено вращаться на низкой околоземной орбите», — прокомментировал летчик-космонавт Олег Кононенко.
Атом в скафандрах
Исторически активнее всего на практике применялись технологии радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ). В отличие от ядерных реакторов, где используется энергия от управляемой цепной реакции деления ядер в топливе, в РИТЭГах «работает» тепловая энергия от естественного распада радиоактивных изотопов.
РИТЭГам есть место и в будущих космических исследованиях. Они могут питать напланетный транспорт, скафандры и прочие устройства. Особенно они пригодятся там, где снижена эффективность солнечных панелей. Например, в тени кратеров в полярных зонах Луны, и на большом удалении от Солнца. Так, даже на Марсе солнечная энергия гораздо слабее и бывают пылевые бури, загораживающие солнечный свет, и уж на спутниках планет-гигантов однозначно придется использовать другие источники питания — например, РИТЭГи.
Атом на Луне
Подъем ресурсов с Земли крайне затратен из-за сильного притяжения планеты, поэтому для развития исследовательских миссий к другим телам Солнечной системы предлагается организовать базу на Луне. На нашем спутнике есть немалые запасы необходимых ресурсов. Так, по расчетам, в полярных кратерах достаточно водного льда, чтобы производить из него кислород и водород для ракетного топлива. Для этого нужно организовать на естественном спутнике полноценную станцию. Теоретически, добыча ресурсов на Луне может быть полностью роботизированной, но даже оборудованию нужны энергия и тепло.
На естественном спутнике Земли «сутки» гораздо длиннее. Ночь там длится более двух земных недель, а температура на этот период падает до -173 градусов Цельсия. Солнечные панели могут снабжать станцию в течении двухнедельного дня, но для работы в ночной период нужны другие источники. Атомная энергия — отличное решение.
«Мы вдохновлены задачей создания налунной атомной электростанции. Мощность — до 10 МВт, срок службы — до 10 лет. Если не ошибаюсь, вес атомной энергетической установки не должен превышать 1,1 тонны. Таких задач человечество еще не решало. Но они записаны в космическом нацпроекте, поэтому мы просто обязаны их решить», — сказал гендиректор «Росатома» Алексей Лихачев.
Такой проект потребует поиска ответов на многие вопросы: как доставить реактор с Земли на Луну? Если станция будет обитаемой, то как организовать радиационную защиту персонала в условиях отсутствия магнитного поля и атмосферы? Наконец, сбрасывать тепло в вакууме очень непросто, тогда как охлаждать реактор?
Использование атома в космосе — не такой уж фантастический проект, каким он может показаться на первый взгляд, а решение сопряженных инженерных и научных задач выведет наши технологии на новый уровень.
Подписывайтесь на наш канал https://dzen.ru/rosatomnauka и следите за новостями российской науки!
Присоединяйтесь к команде научного блока «Росатома», актуальные вакансии – на карьерном портале.