С корреспондентами электронного издания AtomInfo.Ru беседует главный конструктор ФГУП НИКИЭТ имени Н.А. Доллежаля д.т.н. Владимир Петрович СМЕТАННИКОВ.

Космическая атомная энергетика - "паровоз" развития

Работаю в НИКИЭТ с 1959 года. Несмотря на многочисленные предложения, никуда из института не уходил, поскольку не слишком люблю административные должности и предпочитаю сочетание науки и практики.

Если говорить о той профессиональной деятельности, которую я веду на протяжении почти полувека, то в ней можно выделить различные направления. Но все они так или иначе касались высокотемпературных средств производства энергии. Это были и первые МГД-установки, которые были сделаны вместе с Евгением Павловичем Велиховым. Как вы знаете, все мы "вышли из АПЛ", так что доводилось мне заниматься и подводными лодками.

Впоследствии меня привлекли к работам по высокотемпературным реакторам, прежде всего, космического назначения. Наиболее значимым результатом этой деятельности стало создание реактора ИВГ.1 на Семипалатинском полигоне. Хочу особо отметить, что к параметрам, достигнутым на этом реакторе, никто в мире до сих пор приблизиться не сумел. На ИВГ.1 были получены результаты, которые смело можно называть краеугольным камнем создания энергодвигательных комплексов для полёта на Марс.

Реактор ИВГ.1 был введён в эксплуатацию на стендовом комплексе "Байкал-1" в 1975 году. Реактор предназначался для проведения полномасштабных испытаний ТВС и модулей активных зон реакторов-прототипов для реакторов ЯРД. В срок до 1988 года на нём были испытаны четыре опытные активные зоны (более 200 газоохлаждаемых ТВС ЯРД).

В 1990 году реактор был модернизирован, и на его базе был создан водоохлаждаемый реактор ИВГ.1М, который использовался в дальнейшем для облучательных и материаловедческих экспериментов, в том числе космического назначения.

Моё глубочайшее убеждение состоит в том, что энергетика вообще и космическая энергетика в частности являются прорывными технологиями XXI века. Мы не можем бесконечно уничтожать органическую составляющую нашей планеты. Появились реальные ограничения, заставляющие нас переходить на другие виды топлива - по крайней мере, на те, которые не дают CO₂.

Новая энергетика в космосе должна базироваться на новых технологических решениях. Они должны учитывать и современные достижения в области вычислительной техники, и наноструктурирование материалов, и многое другое. Например, очевидно, что такие длительные полёты, как полёт на Марс, не смогут опираться на те средства, которыми мы обладаем в данный момент.

Нам потребуются иные конструкционные материалы - более прочные и более лёгкие. Справиться с такой задачей способны технологии наноструктурирования. Как видите, атомная энергетика и, в частности, её космическое направление становятся своего рода "паровозом", призванным подтянуть за собой все другие отрасли и продвинуть многие технологии, которые пока не находят себе явного применения.

Есть и ещё один аспект, забывать о котором не стоит. К космосу всегда тянется молодёжь, а это очень важно в условиях сложившейся в отрасли нехватки кадров.

На Марс и Луну - только с помощью атома

Чем выгодно отличается космическая атомная энергетика? Она позволяет убрать два принципиальных недостатка любой иной системы. Во-первых, она не ориентирована на Солнце и не ограничена теми возможностями, которые дают химические источники топлива. Во-вторых, она даёт неисчерпаемые запасы энергии при приемлемых массогабаритных характеристиках установок - иными словами, открывает возможность осуществлять длительные полёты с полным энергетическим обеспечением.

Особенность космической энергетики сегодня заключается в том, что растут требования к мощности. Для эксплуатации орбитальной станции МКС требуется свыше 100 кВт, обеспечивающихся за счёт солнечных панелей. Это создаёт дополнительные проблемы для станции - например, нужно постоянно заботиться об удержании её правильной ориентации на Солнце.

Конечно, мы всё ещё летаем на тех орбитах, где применение атомной энергетики не слишком целесообразно. Кроме того, мы всегда должны думать о последствиях. Я глубоко уверен в том, что работать с атомной энергетикой можно только на таких орбитах, которые полностью исключали бы несанкционированное - то есть, без нашего ведома - возвращение аппаратов на Землю.

Но для таких проектов, как пилотируемые полёты на Луну и, тем более, Марс, нужны системы с уровнем мощности несколько сотен киловатт, а то и мегаватты. Никакая солнечная батарея решить подобную задачу не позволит, а это значит, что потребуется помощь атомной энергетики.

Какие функции будет исполнять энергетика при полётах на другие планеты? Первая функция - обеспечение работы двигателей. Само движение - это энергия, и немалая. Между прочим, чтобы долететь до Марса, необходимо, чтобы ядерный ракетный двигатель проработал всего лишь 10 часов (5 туда и 5 обратно). И очень важно отметить, что мы на сегодняшний день смогли вплотную подойти к таким величинам в наземных испытаниях.

Вторая функция космической энергетической установки связана с выработкой большого количества электроэнергии. На Земле человеку для комфортной жизни требуется до 20 кВт×час в сутки. Существенно большая энергия понадобится для участников межпланетных экспедиций.

Проблема "совместимости" человека и реактора в космосе, о которой иногда приходится слышать, не является неразрешимой. При полёте на Марс главная опасность будет связана отнюдь не с работающим реактором, для которого мы сможем обеспечить необходимую защиту, а также предусмотреть его "оттянутое" от корабля обитания расположение.

Основная опасность появится при пролёте радиационных поясов Земли. Для сравнения - космонавт может получить от реактора дозу 0,2 бэра, а от пролёта через пояса - 10 бэр. Поэтому в конструкциях корабля специально предусматриваются так называемые камеры пролёта поясов.

Кстати говоря, для минимизации дозы космонавтам было бы желательно как можно быстрее пролетать эти пояса. Это так же становится возможным обеспечить за счёт использования ядерных ракетных двигателей, а не солнечных батарей или иных источников энергии.

Но, кроме "корабельных", есть ещё один тип энергетических установок - напланетный. Мы должны будем доставить такую электростанцию на Марс или Луну едва ли не в первый прилёт. Она станет основой будущей базы. В её задачу будет входить обеспечение комфортных условий проживания для персонала. Солнечная энергетика требуемых мощностей предоставить не сможет, и поэтому мы говорим о напланетной АЭС.

Конечно, есть предложения строить базы на полюсах, где сохраняется некоторая освещённость и существует теоретическая возможность использовать солнечную энергетику. Но на полюсах нередки бури, создающие угрозу выхода из строя солнечных батарей. Кстати, эти батареи сначала придётся каким-либо образом доставлять на Марс или Луну, что само по себе нетривиальная задача, если мы вспомним об их массогабаритных характеристиках.

Могу сказать, что опыт, полученный нами в наземных экспериментах, достаточен, чтобы гарантировать - мы сможем доставить на Марс напланетную АЭС, и она будет там работать успешно. А пока дальние космические экспедиции остаются только в планах, прототипы напланетных АЭС можно было бы испытывать в земных условиях, например, на Севере. Подобные мобильные электростанции нашли бы гораздо большую область применения по сравнению с плавучими АЭС.

Конечно, напланетная АЭС по своей конструкции будет несколько отличаться от земных атомных станций. За пределами Земли нельзя рассчитывать на большие объёмы воды. Следовательно, реактор напланетной АЭС будет или газовым (гелий с ксеноном), или жидкометаллическим (например, натрий-калий). Хотя сам я всю жизнь работал над газовыми реакторами, не исключаю, что всё-таки будут выбраны варианты на жидких металлах.

Второе отличие напланетной АЭС связано с отсутствием атмосферы и необходимостью внесения изменений в схему отвода тепла. Если на Марсе принципиально возможно использовать конвекцию, так как там всё-таки присутствует разреженная атмосфера, то на Луне нам придётся полностью полагаться на съём тепла излучением.

Эти и многие другие аспекты дальних космических полётов хорошо описаны в вышедшей в прошлом году книге под названием "Пилотируемая экспедиция на Марс". Она подвела черту под огромным количеством работ в этом направлении, выполненных, в основном, российскими специалистами. Разумеется, в книге есть ссылки на зарубежный опыт, но определяющими - особенно, в энергетической части - были работы России.

И в заключение, хотелось бы остановиться на перспективах практического воплощения наших разработок. У нас есть вера, но нет уверенности в том, что это произойдёт в ближайшее время. Конечно, надежда умирает последней, и есть определённые шансы снова увидеть в деле российские космические реакторы. Могу гарантированно сказать только одно - чем быстрее это произойдёт, тем меньше для этого потребуется сил и средств.

Спасибо за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 15.07.2008

Темы: Космические реакторы, Интервью, Владимир Сметанников