Мыслями о прошлом и будущем отечественной космонавтики делится с «Авиапанорамой» директор Исследовательского центра имени М.В. Келдыша, президент Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского, академик РАН Анатолий КОРОТЕЕВ. В своем интервью он затрагивает актуальные вопросы использования ядерной энергии в космосе, средств космической безопасности и немаловажный вопрос празднования в следующем году 50-летия первого полета человека в космос.
– Анатолий Сазонович, в 2011 году мир отметит юбилей первого полета человека в космос. Хороший повод напомнить о достижениях нашей страны в космосе. Стоит ли, на Ваш взгляд, отмечать такое событие на государственном уровне?
– Думаю, да. Ведь это был не просто первый полет человека в космос. Полет стал возможен благодаря решению очень широкого круга научных, технических и медицинских вопросов. Впервые человек полетел в космос и вернулся на Землю, впервые было доказано, что система теплозащиты работает нормально. Полет имел огромное международное влияние. Не будем забывать, что прошло всего 16 лет со дня окончания тяжелейшей для страны войны. И вот оказалось, что страна, которая потеряла более 20 миллионов человек и перенесла колоссальные разрушения, способна не просто сделать что-то на самом высоком мировом уровне, а даже на какой-то период опередить весь мир. Это была чрезвычайно важная демонстрация, которая поднимала авторитет страны и гордость людей. Поэтому я считаю абсолютно правильным решение отмечать 50-летие первого полета человека в космос на государственном уровне и придать ему международное звучание.
Российская академия космонавтики имени К.Э. Циолковского выпустит к этому событию медаль, которой будут награждены люди, имевшие отношение к первому полету или внесшие достаточный вклад в развитие космонавтики. Кроме того, мы готовимся провести большую международную конференцию, на которую предполагается вынести обсуждение с зарубежными и российским партнерами тех особенностей пилотируемой космонавтики, которые характерны для современного этапа. Здесь очень много непростых вопросов.
Повторюсь, пятидесятилетие первого полета человека в космос – это действительно эпохальное событие, его необходимо отметить самым достойным образом, и внутри нашей страны, и на международном уровне. И конечно, наш институт, который имел отношение к полету, примет в этом непосредственное участие. Ряд наших сотрудников того периода получили государственные награды за решение задач по полету в частности. Например, заместитель директора тогдашнего института академик Георгий Петров получил звание Героя Социалистического Труда за разработку методов тепловой защиты корабля при спуске с орбиты. Конечно, мы постараемся достойно отметить это событие.
–На каком этапе, по Вашему мнению, находится развитие космонавтики на сегодняшний день? Какой вклад в это развитие может внести создание ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, задание на разработку которой получил Ваш институт?
– Космонавтика, сегодня испытывает состояние, близкое к тому, в котором авиация оказалась после Второй мировой войны, когда стало ясно, что с поршневыми двигателями уже невозможно поднять скорость, невозможно серьезно увеличить дальность, и вообще иметь экономически выгодную авиацию. Тогда, как помните, в авиации произошел скачок, и от поршневых двигателей перешли к реактивным. Примерно та же ситуация сейчас в космической технике. Нам не хватает энергетического совершенства для решения серьезных задач.
Давайте посмотрим, чем сегодня занимается космонавтика. Мы увидим такие направления, как спутниковая связь, высокоточная космическая навигация, дистанционное зондирование Земли – то есть все, что относится к информационному обеспечению. Второе направление – решение вопросов, связанных с расширением наших познаний о космосе за пределами околоземного пространства. Наконец, космонавтика и у нас, и в других странах работает на решение определенного круга оборонных задач. Вот условно три комплекса задач космической деятельности сегодня. Для их решения используются проверенные временем, отработанные транспортные системы.
Если же посмотреть, чего мы ожидаем от космонавтики завтра, то здесь, наряду с совершенствованием круга уже решаемых задач, ставятся вопросы развития производственных технологий в космосе. Речь также идет об экспедициях к Луне и Марсу. Причем не об экспедициях посещения, какой была американская экспедиция на Луну, а о длительном пребывании на других планетах, чтобы можно было достаточное время посвятить их изучению.
Кроме того, ставятся вопросы о возможном электроснабжении Земли из космоса, о борьбе с астероидно-кометной опасностью. Все это задачи уже совершенно иного порядка, чем сегодняшние. Так вот, если мы задумаемся, насколько этот комплекс задач обеспечен транспортно-энергетической структурой, то увидим, что есть серьезная необходимость повысить энергообеспечение наших космических аппаратов и экономичность двигателей.
Мы имеем сегодня неэкономичные транспортные средства. Представьте, из каждых 100 т, улетающих с Земли, в полезную нагрузку, в лучшем случае, превращается 3%. Это для всех современных ракет. Все остальное выбрасывается в виде сгоревшего топлива.
– Поможет ли разработка ядерной энергодвигательной установки в корне переломить ситуацию?
– Безусловно. Используя ядерные двигатели, мы могли бы увеличить удельную тягу примерно до 900 секунд, то есть еще в два раза. А используя для разгона ионизованное рабочее тело, могли бы выйти на величины 9000–10 000 секунд, то есть подняли бы удельную тягу в 20 раз. И это частично достигнуто уже сегодня: на спутниках при небольших тягах используются плазменные двигатели, которые дают удельную тягу порядка 1600 секунд. Однако таким аппаратам нужна еще достаточная электрическая мощность. Если не брать во внимание совершенно уникальное сооружение – Международную космическую станцию, где уровень электричества около 100 кВт, то сегодня наиболее мощные спутники имеют уровень электрического обеспечения всего 20–30 кВт. Очень трудно решать ряд задач, если мы останемся на таком уровне.
– А можно ли будет применить ядерную установку при путешествии, например, к дальним планетам Солнечной системы и какие преимущества это даст?
– Можно и даже нужно. Предположим, мы хотим лететь на Марс. Строго говоря, на него можно лететь и на энергетике, использующей химию, на жидкостных РД. Потребная стартовая масса корабля, если мы летим на «химии», составляет около 2000 т, потребная стартовая масса при использовании ядерной энергии – 500 т, в
4 раза меньше. Это хорошо, потому что меньшая масса – это меньшие затраты, более простая инфраструктура.
Но даже не это самое главное. Самое главное в том, что если мы используем «химию», то мы должны лететь к Марсу и возвращаться при наиболее выгодных периодах, при определенном, наиболее выгодном расположении Марса относительно Земли.
Если это не так, то вы возвращаетесь уже не со скоростями порядка 7–8 км/c, а со скоростями 12–25 км/c. Все очень осложняется. А если учесть, что перелет длится около двух лет, с учетом того, что перегрузки колоссально нарастают на ослабленный организм, я вообще не знаю, будет ли это возможно.
Вот ядерный полет в этом отношении дает возможность освободиться от этого крайне серьезного и опасного момента. Ведь рассчитать с точностью время прилета и отлета можно, если это экспедиция посещения, но совершенно ясно, что в новых условиях мы должны ставить вопрос по-другому. Реальное социальное экономическое значение могут иметь только экспедиции пребывания, когда какое-то время нужно находиться на планете и что-то изучать.
Как там находиться? Если говорить о Луне, то там две недели – день, две недели – ночь. На Марсе, в течение суток температура колеблется на 700 C, да еще там полно песчаных бурь.
То есть вы должны, по крайней мере, в течение двух недель как-то обеспечить себя теплом и энергетикой, необходимой для жизни. Ведь там нет ни воздуха, ни воды, ни тепла, ничего. Надеяться, что мы прилетим и построим там что-то в считанные минуты, несерьезно.
Поэтому кроме плюсов экспедиционных и транспортных, вы имеете возможность создать на планетной станции все необходимое для жизни.
– Найдется ли применение ядерной энергодвигательной установке в более близкой перспективе, например, при освоении околоземного пространства?
– Конечно, найдется. Сегодня все наши спутники летают по тем траекториям, на которые их вывели сразу и мы не можем себе позволить изменить их траекторию. Система, которая имеет свой двигатель, может летать по изменяемым траекториям. Это свойство важно еще и потому, что оно дает потенциальную возможность использовать аппарат как заправщик электричеством или для очистки орбиты от мусора.
И, наконец, очень важный момент, о котором пока стесняются говорить вслух, это астероидная опасность. Аппараты с ядерной энергоустановкой позволяют применительно к астероидам большого класса не просто повесить маяк и уточнить его траекторию, но и повлиять на нее.
Если космический аппарат будет лететь рядом с астероидом, то не только астероид будет оказывать на аппарат свое влияние, но и аппарат на него. И хотя массы несоизмеримы и влияние маленькое, импульс – это произведение силы на время, поэтому если долго лететь рядом с астероидом, его можно отвести от опасной траектории сближения с Землей.
– Использование в космосе ядерной энергии – принципиально новое решение или ранее уже были наработки в этой области?
– Конечно, были. Уже в 1960–1970-е годы и у нас, и в США были начаты работы по использованию ядерной энергии в космосе. Первоначально была поставлена задача создать ракетные двигатели, которые вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя использовали бы нагрев водорода до температуры около 30000 C. Но оказалось, что такой прямой путь все-таки неэффективен. Мы на короткое время получаем большие тяги, но при этом выбрасываем струю, которая в случае внештатной работы реактора, может оказаться радиоактивно зараженной.
Несмотря на огромный объем работ, который был выполнен в 1960–1970-е годы в СССР и США, ни нам, ни американцам не удалось тогда создать надежных работающих двигателей. Они работали, но мало, потому что нагреть водород до 30000 C в ядерном реакторе – серьезная задача.
И все же в части использования ядерной энергии для электроснабжения космических аппаратов СССР в те годы сделал очень серьезный шаг. Было изготовлено 32 спутника. С использованием ядерной энергии на аппаратах удавалось получить электрические мощности на порядок выше, чем от солнечной энергии.
Впоследствии СССР и США в силу различных причин на какое-то время прекратили эти работы. Сегодня ясно, что их надо возобновлять. Но возобновить таким лобовым образом, чтобы сделать ядерный двигатель, имеющий вышеназванные недостатки, нам показалось неразумным, и мы предложили совершенно иной подход.
– Чем же новый подход отличается от наработанного ранее? Он использует какие-то другие принципы?
– Этот подход отличался от старого тем же, чем отличается гибридный автомобиль от обычного. В обычном автомобиле двигатель крутит колеса, а в гибридных автомобилях от двигателя вырабатывается электроэнергия, и уже это электричество крутит колеса. То есть создается некая промежуточная электростанция.
Точно так же мы предложили схему, в которой космический реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество. Горячий газ от реактора крутит турбину, турбина крутит электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Генератор же вырабатывает электричество для плазменного двигателя с удельной тягой в 20 раз выше, чем у химических двигателей.
В итоге выходящая из двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое находится в замкнутом контуре. Кроме того, нам не надо при этой схеме нагревать водород, здесь в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 15000 C. Мы серьезно упрощаем себе задачу. Наконец, в итоге мы поднимем удельную тягу не в два раза, а в 20 раз по сравнению с химическими двигателями.
– Насколько аппараты на основе ядерных установок будут безопасны для Земли и околоземного пространства? Существует ли вероятность радиоактивного заражения атмосферы планеты?
– Конструкция ядерной энергоустановки, которой будут оснащаться перспективные космические транспортные системы, будет предусматривать несколько поясов защиты. При этом будут выполнены все международные требования безопасности в отношении использования реакторов в космосе.
Реактор на случай аварии должен быть обеспечен системой необходимого диспергирования (распыления на мелкие частицы). Система защиты предполагает в случае отказа космического аппарата увод его на высокую орбиту. За время нахождения на высокой орбите реактор «высветится» и станет неактивным. Но если по каким-то причинам эта система не сработала, то конструкция должна быть выполнена так, чтобы все содержимое реактора измельчилось до размеров порядка 10 микрон и менее.
– В какие сроки планируется реализовать проект? На какие основные этапы по времени разделена работа?
– Проект предполагает следующие этапы: в 2010 году – начало работ; в 2012-м – завершение эскизного проекта и проведение обстоятельного компьютерного моделирования рабочего процесса; в 2015 году – создание ядерной энергодвигательной установки; в 2018-м – создание транспортного модуля, использующего эту двигательную установку, чтобы в том же году подготовить систему к полету.
Кстати, фаза компьютерного моделирования раньше не была характерна для создававшихся изделий космической техники, но сегодня она совершенно необходима. На примере последних двигателей, которые разрабатывались в России, Франции и США, стало ясно, что классический старый метод, когда делалось большое количество опытных экземпляров для испытаний, является отжившим.
Сегодня, когда возможности вычислительной техники очень высоки, особенно с появлением суперкомпьютеров, мы можем обеспечить физико-математическое моделирование процессов, создать виртуальный двигатель, проиграть возможные ситуации, просмотреть, где подводные камни, и только после этого идти на создание двигателя, как говорится,
«в железе».
– Во сколько обойдется нашей стране перспективный космический аппарат с ядерной установкой?
– Сегодня на весь проект продекларировано 17 млрд рублей по 2018 год включительно. Непосредственно на 2010 год выделено 500 млн рублей, в том числе 430 млн рублей – для Росатома и 70 млн рублей – для Роскосмоса.
Естественно, нам хотелось бы верить, что если руководство страны говорит, что это приоритетное направление, и деньги выделены, то их дадут.
Декларированная сумма меньше, чем хотелось бы, но, думаю, на ближайшие годы этого достаточно и с этими деньгами можно выполнять большой комплекс работ.
Наш институт назначен головным по ядерной энергодвигательной установке, транспортный модуль, скорее всего, будет делать Ракетно-космическая корпорация «Энергия».
В целом в основу проекта заложена кооперация, состоящая в основном из предприятий Росатома, которые должны делать реактор, и предприятий Роскосмоса, которые изготовят турбокомпрессоры, генераторы и сами двигатели.
– Есть ли вероятность, что другие страны создадут ядерную энергоустановку раньше России и составят конкуренцию?
– Я этого не исключаю. У меня была встреча с заместителем руководителя НАСА, мы обсуждали вопросы, связанные с возвращением к работам по ядерной энергии в космосе, и он заявил, что американцы проявляют большой интерес к этому вопросу. По его мнению, нельзя исключать возможность форсирования работ в этом направлении на Западе.
Не исключаю, что и Китай может ответить активными действиями со своей стороны, поэтому работать надо быстро. И не только ради того, чтобы опередить кого-то на полшага. Работать надо быстро, в первую очередь, для того, чтобы в формирующейся международной кооперации, а де факто она формируется уже сегодня, мы выглядели достойно. Чтобы нас туда взяли, и взяли не на роль людей, которые должны делать металлические фермы, а чтобы отношение к нам было такое, каким оно было, например, в 1990-е годы. Тогда был рассекречен большой комплекс работ по ядерным источникам в космосе. Когда эти работы стали известны американцам, они дали им очень высокую оценку. Вплоть до того, что с нами были составлены совместные программы.
В принципе, не исключено, что будет международная программа по ядерной энергоустановке, наподобие реализуемой программы сотрудничества по управляемому термоядерному синтезу. Все это в сильной степени будет зависеть от того, как к проекту отнесется политическое руководство страны. Международное сотрудничество в области использования ядерной энергии в космосе до сих пор по ряду вопросов ограничивается.
Беседу вел Андрей СТАНАВОВ
Опубликовано в журнале «Авиапанорама» №1-2010