До Марсу на атомному ядрі: амбітні плани російської космонавтики (ФОТО)

1. питання руба

У Росії пройшли наземні випробування системи охолодження космічної ядерної енергодвігательной установки мегаватного класу. Це серйозний етап проекту зі створення космічного транспортного комплексу нового покоління.

Коли і куди полетимо на ядерному «движку»? Навіщо потрібен ракетний двигун на метані і ... йоді? Які агрегати двигунів можна «виростити» за допомогою 3D-технологій?

Про це «РГ» розмовляє з генеральним директором «Центру Келдиша» доктором технічних наук Володимиром Кошлакова.

Володимир Кошлаков: Коли ставиш високі планки, то проривні результати обов'язково будуть
Фото: Олександр Корольков / РГ

Володимир Володимирович, як ви прокоментуєте випробування?

Володимир Кошлаков: Пройшли успішно. Створено хороший заділ, щоб рухатися далі.

Які можливості відкриває ядерний двигун? Він потрібен для польотів на Марс?

Володимир Кошлаков: Не тільки. Сьогодні космічні апарати літають або на двигунах, що працюють на хімічному паливі, або на малопотужних електроракетних двигунах, що живляться від сонячних батарей. Але за допомогою таких систем до того ж Марсу летіти дуже довго.

Для пілотованих польотів це погано: людина не повинна перебувати в космічному просторі більше, ніж рік-два. А ядерні енергодвігательние системи дозволять долетіти досить швидко. І, що найголовніше, повернутися назад.

Ці системи особливо перспективні для міжорбітальних, міжпланетних перельотів, освоєння далеких планет.

Кажуть, на ядерному двигуні до Марса можна долетіти чи не кулею - за півтора місяці?

Володимир Кошлаков: Це перебільшення. Кілька днів до Місяця - так, а до Марса політ займе 7-8 місяців.

Ваш прогноз: коли це все-таки може здійснитися?

Володимир Кошлаков: Технічно це можливо найближчим часом, проте політ на Марс не самоціль. Створювані енергодвігательние системи можуть бути основою для цілого ряду місій в космосі, які зараз здаються фантастичними.

Читайте також: У «Роскосмосі» показали вигляд космічного апарату з ядерним двигуном (ВІДЕО)

А коли почнуться льотні випробування? Була інформація, що мало не в кінці цього року?

Володимир Кошлаков: До цього ще далеко. Ми ведемо проект з 2009 року. Він унікальний, унікальні технології.

Було потрібно вирішити величезну кількість науково-технічних і технологічних завдань, які ще не вирішив ніхто в світі. Це створення високотемпературних систем скидання тепла в космічному просторі, систем перетворення енергії, електроплазменних двигунів великих потужностей, високотемпературних елементів і матеріалів ...

На сьогоднішній момент зроблено багато. Найважливіше: ми показали, коли ставиш такі високі планки, то результати обов'язково будуть. І, повірте, вони перевищать сучасний рівень розвитку науки і техніки.

Випробування проходять на базі Центру?

Володимир Кошлаков: Так. У нас створена стендова база, аналогів якої немає в Росії. Вона дозволяє проводити відпрацювання всіх ключових елементів енергодвігательних систем і космічних апаратів в цілому.

Що називається, на пальцях можете пояснити, з чого складається ядерний двигун?

Володимир Кошлаков: Перш за все з джерела енергії - це ядерний реактор, який нагріває робоче тіло. Нагріте робоче тіло надходить на турбіну, на одному валу з якою знаходиться електрогенератор.

Обертаючи турбіну, ми генеруємо електричний струм, який необхідний для забезпечення роботи космічного апарату в цілому і електроплазменних двигунів зокрема.

Тяга електроплазменного двигуна - це рушійна сила космічного апарату як транспортної системи.

А що за унікальний теплоносій використовується?

Володимир Кошлаков: Гелій-ксенонова суміш. Його основна перевага - хімічна нейтральність по відношенню до матеріалів. Адже апарат повинен тривалий час працювати при вкрай високих і низьких температурах.

Плюс ряд інших теплофізичних характеристик, які дозволяють створювати оптимально ефективний контур, знизити масу і габарити реактора, теплообмінних агрегатів.

Якими ще перспективними ракетними двигунами займаються конструктори?

Володимир Кошлаков:

У нас ведуться науково-дослідні, пошукові роботи по створенню перспективних ракетних двигунів всіх типів. Не тільки рідинних, а й електроплазменних, гіперзвукових і інших.

Наприклад, багато говорять про киснево-метановому двигуні або просто метановому. Ці роботи також зароджувалися в нашому інституті. Проведено великий комплекс експериментальних досліджень різних фізичних процесів.

І на сьогоднішній момент Росія близька до створення метанового двигуна.

А навіщо він потрібен?

Володимир Кошлаков: Метановий двигун перспективний з декількох точок зору. Перш за все на відміну від гасу він містить в собі менше пов'язаних вуглець речовин. Тобто практично не виділяє сажі. Якщо ми говоримо про багаторазові системи, то це дуже важливо: двигун не потрібно перед кожним циклом включення очищати, промивати.

Ще одна перевага - температура криогенного метану і криогенного кисню приблизно однакова. Тому можемо спрощувати конструкцію ракет, створюючи суміщені баки, коли між двома компонентами всього одна стінка.

У кисень-Керосинній ракеті дві стінки, оскільки температура гасу приблизно плюс 20 градусів Цельсія, а рідкого кисню - мінус 170. Тому її конструкція і важче, і складніше. Крім того, метан - досить дешеве паливо. Теж великий плюс.

На яких ракетах буде встановлюватися цей ракетний двигун?

Володимир Кошлаков: На нових, перспективних ракетах, опрацювання яких ще тільки ведуться.

А на ракеті «Союз-5», яка повинна бути створена до 2022 року? На «сверхтяже», перший запуск якої планується в 2028 році?

Володимир Кошлаков: Ні. На ракеті «Союз-5» і «сверхтяже», в якому будуть використані елементи і технології «Союзу-5», планується встановлювати двигуни, які вже є або мають значний доробок по основних елементах.

Коли реально може з'явитися метановий двигун?

Володимир Кошлаков: Дослідно-конструкторські роботи повинні завершитися протягом п'яти років. Вони зараз ведуться в воронезькому КБ Хімавтоматика.

А що за перший в світі електроракетні двигун із замкнутим дрейфом електронів, відомий також як холлівських двигун, на 800 вольт розроблений в «Центрі Келдиша»?

Володимир Кошлаков: Електроплазменнимі двигунами ми займаємося давно. Не тільки розробляємо, але і виробляємо. Вони літають і на вітчизняних, і на зарубіжних космічних апаратах.

Так ось дослідження показали: підвищення напруги в електроракетні двигуні з традиційних 300 вольт до 500 і 800 дозволяє істотно поліпшити його енергетичні характеристики.

І ми зараз проводимо роботи по створенню двигунів, що працюють при великій напрузі. Фактично електроракетні двигуни холловського типу з такою напругою наближаються до іонним.

Наскільки я знаю, інтерес до плазмових двигунів величезний в усьому світі?

Володимир Кошлаков: Вони найкращим чином відповідають сучасним завданням в космосі.

Читайте також: Для створення нової зброї: в Росії розробляють суперкомп'ютер

Цікаво, а у яких з альтернативних ракетних палив найбільш «світле» майбутнє?

Володимир Кошлаков: Альтернативи електричних двигунів для космічних апаратів, напевно, все-таки немає. Сьогодні, крім ксенону, розглядаються різні палива.

Звичайно, аргон - як найбільш простий і дешевий. Криптон, який за своїми характеристиками краще ксенону, але теж не дешевий. Ведуться опрацювання по використанню в якості ракетного палива йоду.

Тут перевага в тому, що йод можна зберігати в твердому стані. Це компактніше - менше маса. Але ці роботи також знаходяться в стадії науково-дослідних робіт для створення зачепила.

Проектів багато. Повторюся, на вістрі - ядерна тематика. Це найперспективніший напрямок. І ми тут не на останніх ролях.

Хто головні наші конкуренти: Blue Origin, SpaceX? ..

Володимир Кошлаков: Мабуть, тільки США. Якщо говорити про рідинні ракетні двигуни, то, звичайно, великий заділ в США, Китаї. Хоча ті ж США купують ці двигуни у нас.

РД-180 розробки «НВО Енергомаш», на мій погляд, найкращі в світі: лінійка цих двигунів покриває весь ринок таких двигунів за своїми характеристиками і ціною.

Але світ на місці не стоїть. Нові матеріали, технології та конструкторські рішення з'являються і за кордоном. Конкуренція зростає. Тому у нас ведуться опрацювання зі створення дешевих комерційних носіїв, які б за своєю вартістю і надійності не поступалися західним. Це одна з основних задач, поставлених перед нами керівництвом «Роскосмосу».

Інфографіка «РГ" / Антон Переплетчиков / Юрій Медведєв

питання руба

Нові російські двигуни спочатку розробляються як багаторазові?

Володимир Кошлаков: Багаторазовість є наріжним каменем. Однак потрібно раціональний підхід. Двигуни повинні бути ремонтопридатності, мати велику кількість включень без втручання людини.

Фактично, створивши двигун, ми могли б «прокатати» його стільки, скільки треба, на експериментальному стенді. Підтвердити його надійність. І все.

Двигун консервують: більше доступу людини до нього не повинно бути. Це одна з вимог, яку ми розглядаємо при створенні нових двигунів.

Скільки включень найоптимальніше?

Володимир Кошлаков: Питання відкрите. Днями у нас пройшла конференція з актуальних проблем ракетного двигунобудування. Виступав генеральний директор S7 Space пан Сопів.

Він сказав: мені потрібні двигуни, які могли б включатися 100 раз. При цьому міжпольотний інтервал - кожні десять включень. Тобто десять разів відпрацював - фахівці подивилися, провели регламент, пішли далі. А час між двома включеннями не повинно бути більше 48 годин.

Тобто ракета полетіла, повернулася - і через 48 годин її можна заново пускати з тим же двигуном. Ось ті планки, які ставить перед нами ринок.

Вони досяжні?

Володимир Кошлаков: Вони можуть бути реалізовані. Треба працювати.

Знаю, що у вас в інституті функціонує Центр по застосуванню нанотехнологій в енергетиці та електропостачанні космічних систем. Що робиться для підвищення надійності космічної техніки?

Володимир Кошлаков: У наших вчених є можливість досить глибоко зазирнути в фізичні процеси, які протікають в двигунах. Наведу приклад: при нанесенні покриття на вогневу стінку камери згоряння сталося відшарування покриття. Запас працездатності двигуна при цьому, природно, знижується.

Виявилося, був секундний перебій з електроенергією, і процес утворення захисної плівки припинився. Електрика включилося, але всередині покриття утворилася межа розділу. Вона-то і стала причиною відшарування. Дослідження об'єктів розмірами з нанометр, визначення структурного і фазового стану матеріалу, аналіз міжкристалічних процесів - далеко не повний перелік можливостей обладнання.

Лазерне запалювання - ще один напрям підвищення надійності. Крім того, ми активно розвиваємо програмно-методичне забезпечення, яке могло б змоделювати роботу двигуна і знайти вузькі місця ще до постановки в ракету.

Наскільки знижує вагу мотора застосування композитів?

Володимир Кошлаков: Дуже серйозно. Щоб було зрозуміло: щільність вуглецевих матеріалів - 1,2-1,4 грама на кубічний сантиметр. Щільність алюмінію - 2,7, а стали - 7,8. Вважайте. Менше щільність - відповідно, менше вага.

Справа ще в тому, що при високих температурах міцності металів знижуються, тому ми змушені додатково потовщувати стінки, що теж веде до підвищення ваги. А у вуглецевих матеріалів з підвищенням міцності фізико-механічні характеристики тільки стають краще.

Багато говорять про адитивних технологіях. Скажіть, де їх застосування актуально?

Володимир Кошлаков: Практично в будь-яких виробах. Наприклад, виготовлення форсуночного головки двигуна за допомогою адитивних технологій дозволяє зробити цілком одну деталь. А традиційні методи включають більше 200 елементів! І все треба окремо виготовити, спаяти, зварити, зібрати. Що теж обмежує межі працездатності двигуна.

Правда, до аддитивним технологіям треба ставитися акуратно. Про це говорять дослідження: ми заглянули всередину як самих виробів, так і кожної «порошинки». Іноді «порошинки» між собою не зварюються, що не сплавляються - треба підбирати правильний режим роботи, будь то лазерний пучок або електронний промінь в цих верстатах.

Але взагалі адитивні технології дуже перспективні: сприяють цифровізації виробництва, прискорюють процес, усувають людський фактор.

Скільки часу йде на створення «зоряного мотора»?

Володимир Кошлаков: В середньому на створення дослідного зразка - 5-7 років.

У американських приватників справу швидше йде?

Володимир Кошлаков: Якщо ви маєте на увазі Ілона Маска, то він створив свою ракету на базі старих, давно розроблених і використаних двигунів.

Він вчинив як комерсант: взяв готове відпрацьований рішення і успішно його застосував. При цьому хотів би відзначити, що без підтримки держави не обійшлося.

PS «Центру Келдиша» виповнилося 85 років. Це одне з провідних підприємств «Роскосмосу», що працює в області ракетного і супутникового двигунобудування, космічної енергетики. Вітаємо!

Читайте також: На території вигорілого арсеналу ЗСУ виявлено безпілотник (ФОТО)

Наталія Ячменникова