Сегодняшняя тема — космическая ядерная энергетика. Мы поговорим о принципах работы ядерных космических установок, об истории их создания, о современных разработках в этой области и о перспективах развития космической энергетики.
Практическое освоение космоса началось 4 октября 1957 года с запуска первого в мире искусственного спутника Земли на околоземную орбиту. В этом году мы будем отмечать 60 лет этого знаменательного события. С того момента космонавтика начала развиваться стремительными темпами: первый полет Ю. А. Гагарина в космос, первый выход человека в открытый космос, высадка человека на Луну, первая стыковка в космосе, высадка космических аппаратов на поверхность других планет, многолетняя эксплуатация орбитальных станций и так далее.
Космос сегодня — это:
Из этого перечня следует, что современная космонавтика решает, главным образом, задачи информационного обеспечения.
И связано это прежде всего с тем, что возможности наращивания энергетики космического применения на старых принципах практически исчерпаны. Поэтому для решения более энергоемких задач в космосе необходимо создание мощной энергетики, и прежде всего за счет использования ядерной энергии.
Энергетика космических аппаратов подразделяется на два основных направления:
Практическое освоение космоса началось 4 октября 1957 года с запуска первого в мире искусственного спутника Земли на околоземную орбиту. В этом году мы будем отмечать 60 лет этого знаменательного события. С того момента космонавтика начала развиваться стремительными темпами: первый полет Ю. А. Гагарина в космос, первый выход человека в открытый космос, высадка человека на Луну, первая стыковка в космосе, высадка космических аппаратов на поверхность других планет, многолетняя эксплуатация орбитальных станций и так далее.
Космос сегодня — это:
- глобальная спутниковая связь и телевещание;
- высокоточная космическая навигация, метео- и экологический мониторинг;
- дистанционное зондирование Земли с целью изучения природных ресурсов, картографии;
- фундаментальные космические исследования;
- пилотируемые полеты на долговременных орбитальных станциях с выполнением программы научно-прикладных исследований.
Из этого перечня следует, что современная космонавтика решает, главным образом, задачи информационного обеспечения.
И связано это прежде всего с тем, что возможности наращивания энергетики космического применения на старых принципах практически исчерпаны. Поэтому для решения более энергоемких задач в космосе необходимо создание мощной энергетики, и прежде всего за счет использования ядерной энергии.
Энергетика космических аппаратов подразделяется на два основных направления:
- энергетика для обеспечения движения космического аппарата;
- энергетика для электрообеспечения бортовой аппаратуры и полезной нагрузки.
Биография
Елена Леонардовна Ромадова окончила МВТУ им. Н. Э. Баумана по специальности «Ядерные энергетические установки» в 1984 году. Ее специализация — «Космические ядерные энергетические установки».
После учебы первым местом работы Е. Ромадовой стал НИИАР в Димитровграде, где она занималась научно-техническими разработками в области быстрых натриевых реакторов (БН‑600).
Работала как на экспериментальных стендах, так и на исследовательском реакторе БОР‑60. В 1997 году защитила кандидатскую диссертацию.
С 1999 года Е. Ромадова работает в НИКИЭТе. Сегодня она занимает должность заместителя главного конструктора космических ядерных энергоустановок.
Увлекается музыкой, живописью, спортом (большой теннис, горные лыжи, фитнес, яхтинг.) Недавно получила международный сертификат яхтенного капитана.
После учебы первым местом работы Е. Ромадовой стал НИИАР в Димитровграде, где она занималась научно-техническими разработками в области быстрых натриевых реакторов (БН‑600).
Работала как на экспериментальных стендах, так и на исследовательском реакторе БОР‑60. В 1997 году защитила кандидатскую диссертацию.
С 1999 года Е. Ромадова работает в НИКИЭТе. Сегодня она занимает должность заместителя главного конструктора космических ядерных энергоустановок.
Увлекается музыкой, живописью, спортом (большой теннис, горные лыжи, фитнес, яхтинг.) Недавно получила международный сертификат яхтенного капитана.
О видах ракетных двигателей
Для обеспечения движения космических аппаратов используются реактивные ракетные двигатели. По назначению они подразделяются на основные и вспомогательные.
Основные ракетные двигатели обеспечивают разгон ракет-носителей и космических аппаратов до требуемых скоростей полета, перевод космического аппарата с орбиты искусственного спутника Земли на траекторию полета к другим планетам, посадку на планету и так далее. Вспомогательные двигатели используются для управления полетом ракеты и космического аппарата, ориентации и стабилизации космического аппарата, разделения частей ракеты-носителя и других операций.
Но независимо от назначения принцип работы любого ракетного двигателя заключается в преобразовании определенного вида энергии в кинетическую энергию. В зависимости от типа преобразуемой энергии практически все ракетные двигатели подразделяются на тепловые и электрические.
В настоящее время наибольшее распространение получили химические двигатели. Этот тип двигателей на сегодняшний день — единственный, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов. По сути эти двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. Рабочее тело в них — горячий газ, образующийся при реакции горючего с окислителем в камере сгорания. Продукты химической реакции из камеры сгорания попадают в сопло Лаваля, обеспечивающее максимальное преобразование тепловой энергии в кинетическую. Химические ракетные двигатели делятся на жидкостные, твердотопливные и комбинированные, в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.
Ядерные ракетные двигатели (ЯРД) относятся к тепловым. Они используют энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
Сегодня мы не будем рассматривать ядерные ракетные двигатели, основанные на синтезе ядер, потому что это дело далекого будущего. Пока в этой области разрабатываются только проекты. Зато уже доказано, что ядерные ракетные двигатели, принцип работы которых основан на реакции деления урана, создавать и использовать можно.
Существуют различные ЯРД: твердофазные, жидкофазные и газофазные, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора.
Второй тип двигателей — это электрические ракетные двигатели. Их принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. Однако такому двигателю необходим внешний источник электроэнергии.
Такие двигатели уже опробованы в космосе. Ведутся работы по значительному улучшению их характеристик.
Как же определить, какой из двигателей лучше? На первый взгляд кажется: чем двигатель мощнее, то есть чем больше его тяга, тем он лучше. Однако на практике все гораздо сложнее. Один из важнейших параметров, характеризующий эффективность и экономичность двигателя, — это его удельный импульс.
Удельный импульс — это количество секунд, которое данный двигатель проработает на одном килограмме топлива, создавая тягу в 1 ньютон. То есть чем больше удельный импульс, тем меньше расход рабочего тела и, следовательно, стартовая масса корабля, что становится особенно важным при осуществлении экспедиций к дальним планетам.
Так, химические ракетные двигатели, в частности современные жидкостные, имеют удельный импульс около 450 секунд. И это практически их предел, обусловленный законами физики. Зато их тяга составляет сотни тонн, поэтому никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту.
Но для полетов к звездам и другим галактикам, для осуществления пилотируемой экспедиции на Марс ЖРД, конечно, не оптимальны. Для этих задач нужны значительно бо́льшие значения удельного импульса — тысячи секунд.
И здесь безусловными лидерами являются электрические ракетные двигатели, у которых уже сейчас достигнут импульс порядка 1500–4000 секунд. Результаты разработок ЭРД в мире, в том числе наших коллег из Центра Келдыша, убедительно доказывают, что удельный импульс порядка 7000–10 000 секунд реально достижим, и это именно тот импульс, который нужен для покорения дальнего космоса.
Однако специфика ЭРД — относительно малая тяга, величина которой непосредственно зависит от располагаемой на борту космического аппарата электрической мощности. Увеличение тяги ЭРД потребует соответственного увеличения мощности бортовых источников энергии. Его можно достичь с помощью либо солнечных, либо ядерных энергетических установок. Но если говорить о полетах в другие галактики, надо помнить, что Солнца там уже нет. Поэтому ядерная энергетика становится безальтернативной.
Промежуточное место по тяге и импульсу занимают ядерные ракетные двигатели. Их импульс примерно вдвое превышает импульс химических двигателей, и в промежуточном значении находится тяга.
В книге «Пилотируемый полет на Марс», выпущенной Академией космонавтики, сравниваются различные варианты осуществления пилотируемой марсианской экспедиции: с помощью ядерных и электрических ракетных двигателей. Оба варианта имеют право на существование, но сегодня общепризнанно, что наиболее перспективны все-таки электрические ракетные двигатели, при условии наличия большой электроэнергии для их питания.
Если мощность источника энергии для питания электрических ракетных двигателей составит 15 МВт, то длительность полета туда и обратно с пребыванием космонавтов на планете Марс порядка 30 дней составит 734 суток, то есть почти два года. При этом стартовая масса корабля будет всего 300 тонн. Это очень хороший показатель. Если мощность будет 50 МВт, то лететь придется чуть меньше года, 328 дней, зато стартовая масса корабля увеличится до 700 тонн. Стоило бы найти оптимальное соотношение стартовой массы, мощности и длительности полета. Но в любом случае, как я уже говорила, для осуществления дальних полетов ядерная энергетика необходима.
Для обеспечения движения космических аппаратов используются реактивные ракетные двигатели. По назначению они подразделяются на основные и вспомогательные.
Основные ракетные двигатели обеспечивают разгон ракет-носителей и космических аппаратов до требуемых скоростей полета, перевод космического аппарата с орбиты искусственного спутника Земли на траекторию полета к другим планетам, посадку на планету и так далее. Вспомогательные двигатели используются для управления полетом ракеты и космического аппарата, ориентации и стабилизации космического аппарата, разделения частей ракеты-носителя и других операций.
Но независимо от назначения принцип работы любого ракетного двигателя заключается в преобразовании определенного вида энергии в кинетическую энергию. В зависимости от типа преобразуемой энергии практически все ракетные двигатели подразделяются на тепловые и электрические.
В настоящее время наибольшее распространение получили химические двигатели. Этот тип двигателей на сегодняшний день — единственный, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов. По сути эти двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. Рабочее тело в них — горячий газ, образующийся при реакции горючего с окислителем в камере сгорания. Продукты химической реакции из камеры сгорания попадают в сопло Лаваля, обеспечивающее максимальное преобразование тепловой энергии в кинетическую. Химические ракетные двигатели делятся на жидкостные, твердотопливные и комбинированные, в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.
Ядерные ракетные двигатели (ЯРД) относятся к тепловым. Они используют энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
Сегодня мы не будем рассматривать ядерные ракетные двигатели, основанные на синтезе ядер, потому что это дело далекого будущего. Пока в этой области разрабатываются только проекты. Зато уже доказано, что ядерные ракетные двигатели, принцип работы которых основан на реакции деления урана, создавать и использовать можно.
Существуют различные ЯРД: твердофазные, жидкофазные и газофазные, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора.
Второй тип двигателей — это электрические ракетные двигатели. Их принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. Однако такому двигателю необходим внешний источник электроэнергии.
Такие двигатели уже опробованы в космосе. Ведутся работы по значительному улучшению их характеристик.
Как же определить, какой из двигателей лучше? На первый взгляд кажется: чем двигатель мощнее, то есть чем больше его тяга, тем он лучше. Однако на практике все гораздо сложнее. Один из важнейших параметров, характеризующий эффективность и экономичность двигателя, — это его удельный импульс.
Удельный импульс — это количество секунд, которое данный двигатель проработает на одном килограмме топлива, создавая тягу в 1 ньютон. То есть чем больше удельный импульс, тем меньше расход рабочего тела и, следовательно, стартовая масса корабля, что становится особенно важным при осуществлении экспедиций к дальним планетам.
Так, химические ракетные двигатели, в частности современные жидкостные, имеют удельный импульс около 450 секунд. И это практически их предел, обусловленный законами физики. Зато их тяга составляет сотни тонн, поэтому никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту.
Но для полетов к звездам и другим галактикам, для осуществления пилотируемой экспедиции на Марс ЖРД, конечно, не оптимальны. Для этих задач нужны значительно бо́льшие значения удельного импульса — тысячи секунд.
И здесь безусловными лидерами являются электрические ракетные двигатели, у которых уже сейчас достигнут импульс порядка 1500–4000 секунд. Результаты разработок ЭРД в мире, в том числе наших коллег из Центра Келдыша, убедительно доказывают, что удельный импульс порядка 7000–10 000 секунд реально достижим, и это именно тот импульс, который нужен для покорения дальнего космоса.
Однако специфика ЭРД — относительно малая тяга, величина которой непосредственно зависит от располагаемой на борту космического аппарата электрической мощности. Увеличение тяги ЭРД потребует соответственного увеличения мощности бортовых источников энергии. Его можно достичь с помощью либо солнечных, либо ядерных энергетических установок. Но если говорить о полетах в другие галактики, надо помнить, что Солнца там уже нет. Поэтому ядерная энергетика становится безальтернативной.
Промежуточное место по тяге и импульсу занимают ядерные ракетные двигатели. Их импульс примерно вдвое превышает импульс химических двигателей, и в промежуточном значении находится тяга.
В книге «Пилотируемый полет на Марс», выпущенной Академией космонавтики, сравниваются различные варианты осуществления пилотируемой марсианской экспедиции: с помощью ядерных и электрических ракетных двигателей. Оба варианта имеют право на существование, но сегодня общепризнанно, что наиболее перспективны все-таки электрические ракетные двигатели, при условии наличия большой электроэнергии для их питания.
Если мощность источника энергии для питания электрических ракетных двигателей составит 15 МВт, то длительность полета туда и обратно с пребыванием космонавтов на планете Марс порядка 30 дней составит 734 суток, то есть почти два года. При этом стартовая масса корабля будет всего 300 тонн. Это очень хороший показатель. Если мощность будет 50 МВт, то лететь придется чуть меньше года, 328 дней, зато стартовая масса корабля увеличится до 700 тонн. Стоило бы найти оптимальное соотношение стартовой массы, мощности и длительности полета. Но в любом случае, как я уже говорила, для осуществления дальних полетов ядерная энергетика необходима.
Рисунок 1. Ракетные двигатели
Рисунок 2. Космические энергетические установки
Таблица 1. Типы ракетных двигателей
О том, где брать энергию в космосе
Помимо обеспечения движения космического аппарата выработка энергии необходима для электрообеспечения бортовой аппаратуры и полезной нагрузки. Эта аппаратура отвечает за жизнедеятельность космонавтов, за проведение научных исследований, а может и решать какие-то глобальные задачи, например, вести борьбу с астероидной опасностью.
В настоящее время в энергетических системах наибольшее распространение получили солнечные энергетические установки и химические аккумуляторные батареи. Однако дальнейшее освоение космоса создает условия, когда применение солнечных энергетических установок становится затруднительным, а в ряде случаев — просто невозможным. К числу таких условий относятся полеты к удаленным планетам Солнечной системы, пересечение радиационных поясов Земли, выход за пределы Солнечной системы.
Основные недостатки солнечных энергетических систем:
Кроме того, уровень мощности солнечных энергетических установок ограничен площадью солнечных батарей. Так, при наличии на МКС большого числа солнечных батарей удалось достичь электрической мощности не более 110 кВт. И это в настоящее время в космосе абсолютный рекорд.
Для полета на Марс при электрообеспечении ЭРД на уровне 15 МВт площадь солнечных батарей составит 120 000 м2. Помимо всего прочего, такие площади представляют проблему с точки зрения обеспечения надежности и необходимой жесткости.
Поэтому для мощности более 150 кВт ядерная энергетика становится практически безальтернативной.
В космической энергетике можно выделить три направления использования ядерной энергии:
К ядерным двигательным установкам относятся только ядерные ракетные двигатели. Принцип работы такого двигателя приведен на Рис. 3.
Традиционный ЯРД состоит из нагревательной камеры с ядерным реактором — источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило, водород) подается из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур — порядка 3000 К — и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.
Ядерные энергетические установки предназначены для преобразования тепловой энергии, выделяемой за счет деления урана, в электрическую энергию. Эти установки подразделяются в зависимости от способа преобразования энергии на установки с прямым и машинным способами ее преобразования. Установки с прямым способом преобразования в свою очередь подразделяются на радиоизотопные, термоэлектрические и термоэмиссионные установки (см. Рис. 2).
Помимо обеспечения движения космического аппарата выработка энергии необходима для электрообеспечения бортовой аппаратуры и полезной нагрузки. Эта аппаратура отвечает за жизнедеятельность космонавтов, за проведение научных исследований, а может и решать какие-то глобальные задачи, например, вести борьбу с астероидной опасностью.
В настоящее время в энергетических системах наибольшее распространение получили солнечные энергетические установки и химические аккумуляторные батареи. Однако дальнейшее освоение космоса создает условия, когда применение солнечных энергетических установок становится затруднительным, а в ряде случаев — просто невозможным. К числу таких условий относятся полеты к удаленным планетам Солнечной системы, пересечение радиационных поясов Земли, выход за пределы Солнечной системы.
Основные недостатки солнечных энергетических систем:
- необходимость постоянной ориентации на Солнце;
- наличие накопителей энергии для питания станции, когда она находится в тени Земли, что ухудшает массогабаритные характеристики объекта;
- парусность системы солнечных батарей приводит к постепенному снижению орбиты вращения;
- эффективность солнечных батарей снижается при удалении от Солнца.
Кроме того, уровень мощности солнечных энергетических установок ограничен площадью солнечных батарей. Так, при наличии на МКС большого числа солнечных батарей удалось достичь электрической мощности не более 110 кВт. И это в настоящее время в космосе абсолютный рекорд.
Для полета на Марс при электрообеспечении ЭРД на уровне 15 МВт площадь солнечных батарей составит 120 000 м2. Помимо всего прочего, такие площади представляют проблему с точки зрения обеспечения надежности и необходимой жесткости.
Поэтому для мощности более 150 кВт ядерная энергетика становится практически безальтернативной.
В космической энергетике можно выделить три направления использования ядерной энергии:
- ядерные двигательные установки;
- ядерные энергетические установки;
- ядерные энергодвигательные установки (ЯЭДУ).
К ядерным двигательным установкам относятся только ядерные ракетные двигатели. Принцип работы такого двигателя приведен на Рис. 3.
Традиционный ЯРД состоит из нагревательной камеры с ядерным реактором — источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило, водород) подается из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур — порядка 3000 К — и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.
Ядерные энергетические установки предназначены для преобразования тепловой энергии, выделяемой за счет деления урана, в электрическую энергию. Эти установки подразделяются в зависимости от способа преобразования энергии на установки с прямым и машинным способами ее преобразования. Установки с прямым способом преобразования в свою очередь подразделяются на радиоизотопные, термоэлектрические и термоэмиссионные установки (см. Рис. 2).
Рисунок 3. Ядерный ракетный двигатель
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) использует тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов, и преобразует ее с помощью термоэлектрогенератора в электрическую. В начале 1960-х годов началась разработка таких РИТЭГов, и в 1965 году были запущены два космических аппарата с РИТЭГами мощностью 20 Вт. По сравнению с установками, которые используют ядерные реакторы, конструкция РИТЭГов проще, они намного меньше, но обладают совсем небольшой мощностью (до нескольких сотен ватт) и очень низким КПД, поэтому для решения перспективных космических задач не годятся.
Позже использование термоэлектрических и термоэмиссионных преобразователей энергии в сочетании с ядерными реакторами позволило создать принципиально новый тип установок, в которых источник тепловой энергии (ядерный реактор) и ее преобразователь в электрическую объединены в единый агрегат — реактор-преобразователь.
Источник тепла в термоэлектрических ЯЭУ — малогабаритный высокотемпературный реактор на быстрых или тепловых нейтронах. В цепи, содержащей горячие и холодные спаи разнородных проводников, возникает электрический ток, который отдается потребителю. ТЭГ может быть выносным или встроенным в реактор.
Электрическая мощность ТЭГа из-за ограничений по допустимой температуре топлива, теплоконтактной площади и габаритам холодильника-излучателя находится на уровне нескольких киловатт. Поэтому основная область применения ТЭГов — космические системы малой мощности (достигнутый КПД около 3 %).
Такие установки уже летали в космос, но в силу ограничений по мощности и КПД наиболее перспективными ЯЭУ с прямым преобразованием энергии признаны термоэмиссионные установки.
Принцип действия термоэмиссионной установки следующий. В вакуумной камере размещены два электрода: катод и анод. К катоду подводится тепловая мощность от ядерного реактора. Подведенная теплота вызывает эмиссию электронов с поверхности катода; электроны попадают на анод, совершая работу по перемещению электрических зарядов и создавая разность потенциалов, которая при замыкании внешней цепи вызывает электрический ток, способный совершать работу на внешней нагрузке. Для компенсации объемного заряда электронов, образующегося вблизи электродов, в зазор между ними обычно вводят легко ионизируемые пары цезия.
Термоэмиссионное преобразование по сравнению с термоэлектрическим позволяет увеличить КПД, повысить ресурс и улучшить массогабаритные характеристики энергоустановки и космического аппарата в целом.
Ядерные энергетические установки с машинным преобразованием энергии в зависимости от того, какой термодинамический цикл реализуется в этих системах, подразделяются на установки, работающие по циклам Брайтона, Ренкина и Стирлинга. Рассмотрим ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии по циклу Брайтона (см. Рис. 4).
В одноконтурной газотурбинной установке газ нагревается в реакторе и направляется в газовую турбину, где при его расширении высвобождается механическая энергия, передаваемая на ротор турбины. На выходе из турбины газ охлаждается в регенеративном теплообменнике и концевом холодильнике и поступает в компрессор, где сжимается до заданного давления. После компрессора газ, проходя через регенеративный теплообменник, подогревается за счет охлаждения газа, выходящего из турбины, и поступает на нагрев в активную зону реактора. Механическая энергия вращения ротора газовой турбины используется для привода компрессора и электрического генератора.
Позже использование термоэлектрических и термоэмиссионных преобразователей энергии в сочетании с ядерными реакторами позволило создать принципиально новый тип установок, в которых источник тепловой энергии (ядерный реактор) и ее преобразователь в электрическую объединены в единый агрегат — реактор-преобразователь.
Источник тепла в термоэлектрических ЯЭУ — малогабаритный высокотемпературный реактор на быстрых или тепловых нейтронах. В цепи, содержащей горячие и холодные спаи разнородных проводников, возникает электрический ток, который отдается потребителю. ТЭГ может быть выносным или встроенным в реактор.
Электрическая мощность ТЭГа из-за ограничений по допустимой температуре топлива, теплоконтактной площади и габаритам холодильника-излучателя находится на уровне нескольких киловатт. Поэтому основная область применения ТЭГов — космические системы малой мощности (достигнутый КПД около 3 %).
Такие установки уже летали в космос, но в силу ограничений по мощности и КПД наиболее перспективными ЯЭУ с прямым преобразованием энергии признаны термоэмиссионные установки.
Принцип действия термоэмиссионной установки следующий. В вакуумной камере размещены два электрода: катод и анод. К катоду подводится тепловая мощность от ядерного реактора. Подведенная теплота вызывает эмиссию электронов с поверхности катода; электроны попадают на анод, совершая работу по перемещению электрических зарядов и создавая разность потенциалов, которая при замыкании внешней цепи вызывает электрический ток, способный совершать работу на внешней нагрузке. Для компенсации объемного заряда электронов, образующегося вблизи электродов, в зазор между ними обычно вводят легко ионизируемые пары цезия.
Термоэмиссионное преобразование по сравнению с термоэлектрическим позволяет увеличить КПД, повысить ресурс и улучшить массогабаритные характеристики энергоустановки и космического аппарата в целом.
Ядерные энергетические установки с машинным преобразованием энергии в зависимости от того, какой термодинамический цикл реализуется в этих системах, подразделяются на установки, работающие по циклам Брайтона, Ренкина и Стирлинга. Рассмотрим ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии по циклу Брайтона (см. Рис. 4).
В одноконтурной газотурбинной установке газ нагревается в реакторе и направляется в газовую турбину, где при его расширении высвобождается механическая энергия, передаваемая на ротор турбины. На выходе из турбины газ охлаждается в регенеративном теплообменнике и концевом холодильнике и поступает в компрессор, где сжимается до заданного давления. После компрессора газ, проходя через регенеративный теплообменник, подогревается за счет охлаждения газа, выходящего из турбины, и поступает на нагрев в активную зону реактора. Механическая энергия вращения ротора газовой турбины используется для привода компрессора и электрического генератора.
Рисунок 4. Одноконтурная ЯЭУ с турбомашинным преобразованием по циклу Брайтона
О различиях ядерных энергоустановок
Очень часто в прессе, на телевидении, в Интернете наблюдается путаница: показывают схему ядерной энергетической установки, которая просто вырабатывает электроэнергию, и говорят: «Это ядерный ракетный двигатель». Это принципиальная ошибка. За движение отвечают ядерные ракетные двигатели, за энергетику — ядерные энергетические установки. Ядерные энергодвигательные установки совмещают обе указанные функции (см. Рис. 5).
К ядерным энергодвигательным установкам относятся бимодальные ядерные ракетные двигатели и ядерные электродвигательные установки.
Бимодальный ЯРД — это усовершенствованный ЯРД. Помимо водорода, который является рабочим телом для создания тяги в данном типе реактора, используется также теплоноситель. Теплоноситель нагревается от внешней поверхности топливного канала и поступает в контур замкнутой газотурбинной установки, генератор которой обеспечивает выработку электроэнергии. Таким образом, бимодальный ЯРД, как минимум, помимо тяги может выработать электроэнергию для собственных нужд, а как максимум — решать другие задачи бортовой аппаратуры.
Ядерные электродвигательные установки представляют собой комбинацию ядерной энергоустановки и электрореактивных двигателей. Именно такая схема сейчас принята в реализуемом российском проекте «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса» (см. Рис. 6).
Очень часто в прессе, на телевидении, в Интернете наблюдается путаница: показывают схему ядерной энергетической установки, которая просто вырабатывает электроэнергию, и говорят: «Это ядерный ракетный двигатель». Это принципиальная ошибка. За движение отвечают ядерные ракетные двигатели, за энергетику — ядерные энергетические установки. Ядерные энергодвигательные установки совмещают обе указанные функции (см. Рис. 5).
К ядерным энергодвигательным установкам относятся бимодальные ядерные ракетные двигатели и ядерные электродвигательные установки.
Бимодальный ЯРД — это усовершенствованный ЯРД. Помимо водорода, который является рабочим телом для создания тяги в данном типе реактора, используется также теплоноситель. Теплоноситель нагревается от внешней поверхности топливного канала и поступает в контур замкнутой газотурбинной установки, генератор которой обеспечивает выработку электроэнергии. Таким образом, бимодальный ЯРД, как минимум, помимо тяги может выработать электроэнергию для собственных нужд, а как максимум — решать другие задачи бортовой аппаратуры.
Ядерные электродвигательные установки представляют собой комбинацию ядерной энергоустановки и электрореактивных двигателей. Именно такая схема сейчас принята в реализуемом российском проекте «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса» (см. Рис. 6).
Рисунок 5. Космические ядерные установки
Рисунок 6. Схема ядерной энергодвигательной установки
Об истории космической ядерной энергетики
Существует знаменитая фотография «Три „К"». На ней запечатлены Сергей Королев, Игорь Курчатов и Мстислав Келдыш — основатели ракетной техники, ядерной техники и космической ядерной энергетики. Космическая ядерная энергетика началась с разработки ядерного ракетного двигателя (ЯРД).
Первые расчетно-теоретические исследования для ядерного ракетного двигателя были выполнены в 1954 году И. И. Бондаренко и В. Я. Пупко в лаборатории «В» (в настоящее время — АО «Физико-энергетический институт им. А. И. Лейпунского»). Уже в следующем, 1955 году к этим работам по инициативе академика М. В. Келдыша, директора НИИ‑1 Минавиапрома (в настоящее время — «Центр Келдыша») подключается группа сотрудников этого института во главе с В. М. Иевлевым. В 1957 году В. М. Иевлев выдвинул принцип обеспечения максимальной поэлементной отработки узлов реактора ЯРД на электротермических и плазменных стендах, что позволило уменьшить объем необходимых реакторных испытаний. А это, в свою очередь, послужило важным аргументом для выбора гетерогенной схемы реактора.
Уже в 1956 году в НИИ‑1 была сформирована программа первых экспериментальных работ. А в 1958 году на Семипалатинском ядерном полигоне началось строительство первого объекта экспериментальной базы для отработки ЯРД — реактора ИГР (импульсного графитового реактора), обеспечивающего проведение петлевых испытаний тепловыделяющих сборок (ТВС) ЯРД. С разработки проекта этого реактора началось приобщение НИКИЭТа к космической проблематике, связанной с ЯРД. ИГР представляет собой гомогенный неохлаждаемый уран-графитовый реактор, работающий на принципе аккумуляции всей выделяющейся в процессе одного цикла тепловой энергии в материале активной зоны. В центральном канале этого реактора в 1962–1964 годах были проведены первые три серии кратковременных испытаний макетных ТВС, в ходе которых была экспериментально доказана возможность нагрева водорода — рабочего тела ЯРД до температуры порядка 3000 К, что обеспечивало получение импульса тяги, вдвое превосходившего удельный импульс тяги самых эффективных ЖРД на топливе водород–кислород.
В 1964 году на Семипалатинском полигоне началось строительство стендового комплекса «Байкал» для испытаний ЯРД и его элементов. Первую позицию на этом комплексе занимает разработанный в НИКИЭТе исследовательский реактор ИВГ.1 для испытаний на ресурс полномасштабных ТВС ЯРД.
Существует знаменитая фотография «Три „К"». На ней запечатлены Сергей Королев, Игорь Курчатов и Мстислав Келдыш — основатели ракетной техники, ядерной техники и космической ядерной энергетики. Космическая ядерная энергетика началась с разработки ядерного ракетного двигателя (ЯРД).
Первые расчетно-теоретические исследования для ядерного ракетного двигателя были выполнены в 1954 году И. И. Бондаренко и В. Я. Пупко в лаборатории «В» (в настоящее время — АО «Физико-энергетический институт им. А. И. Лейпунского»). Уже в следующем, 1955 году к этим работам по инициативе академика М. В. Келдыша, директора НИИ‑1 Минавиапрома (в настоящее время — «Центр Келдыша») подключается группа сотрудников этого института во главе с В. М. Иевлевым. В 1957 году В. М. Иевлев выдвинул принцип обеспечения максимальной поэлементной отработки узлов реактора ЯРД на электротермических и плазменных стендах, что позволило уменьшить объем необходимых реакторных испытаний. А это, в свою очередь, послужило важным аргументом для выбора гетерогенной схемы реактора.
Уже в 1956 году в НИИ‑1 была сформирована программа первых экспериментальных работ. А в 1958 году на Семипалатинском ядерном полигоне началось строительство первого объекта экспериментальной базы для отработки ЯРД — реактора ИГР (импульсного графитового реактора), обеспечивающего проведение петлевых испытаний тепловыделяющих сборок (ТВС) ЯРД. С разработки проекта этого реактора началось приобщение НИКИЭТа к космической проблематике, связанной с ЯРД. ИГР представляет собой гомогенный неохлаждаемый уран-графитовый реактор, работающий на принципе аккумуляции всей выделяющейся в процессе одного цикла тепловой энергии в материале активной зоны. В центральном канале этого реактора в 1962–1964 годах были проведены первые три серии кратковременных испытаний макетных ТВС, в ходе которых была экспериментально доказана возможность нагрева водорода — рабочего тела ЯРД до температуры порядка 3000 К, что обеспечивало получение импульса тяги, вдвое превосходившего удельный импульс тяги самых эффективных ЖРД на топливе водород–кислород.
В 1964 году на Семипалатинском полигоне началось строительство стендового комплекса «Байкал» для испытаний ЯРД и его элементов. Первую позицию на этом комплексе занимает разработанный в НИКИЭТе исследовательский реактор ИВГ.1 для испытаний на ресурс полномасштабных ТВС ЯРД.
Знаменитый кадр, на котором запечатлены Королев, Курчатов, Келдыш — три «К»
Всего в 1975–1988 годах было проведено 30 пусков реактора ИВГ.1, в которых были испытаны четыре опытные активные зоны, более 200 газоохлаждаемых ТВС ЯРД. Испытания подтвердили правильность выбранной в отечественной программе концепции построения ЯРД; значительная часть достигнутых в ходе испытаний результатов уникальны в мировой практике.
Успешное проведение испытаний ТВС в реакторе ИВГ.1 позволило перейти к следующему этапу — автономным испытаниям. Стендовая отработка реактора ЯРД тягой 36 кН проводилась в составе специально спроектированного аппарата 11Б91 (ИРГИТ) на втором рабочем месте испытательного комплекса «Байкал». В 1977–1978 годах были проведены физический и энергетический пуски реактора и огневые испытания на первом образце изделия ИРГИТ. В конце 1970 — начале 1980-х годов на стендовом комплексе были проведены еще две серии испытаний — второго и третьего аппаратов 11Б91.
Начиная с 1983 года на стендовом комплексе было проведено несколько серий длительных испытаний реактора ЯРД на пониженной мощности, подтвердивших принципиальную возможность использования этого реактора в качестве источника тепловой энергии длительного пользования с реализацией схемы охлаждения активной зоны реактора без протока хладоагента через ТВС. Таким образом были заложены основы для дальнейшей разработки ядерных энергоустановок.
Одновременно и так же активно велась разработка ЯРД в США. Национальная программа США по ядерным ракетам ROVER/NERVA охватывала период с 1959 по 1972 год. В США были испытаны около 40 установок с реакторами ЯРД (Phoebus, Pewee, NF1), более 20 подверглись полномасштабным испытаниям, в том числе были отработаны двигатели в целом, включая подачу жидкого водорода. За основу конструкции ЯРД был принят гомогенный реактор с активной зоной из графита и осевым течением водорода. Программа была признана одной из наиболее успешных технических разработок США.
Ориентация советских ученых и конструкторов на гетерогенный реактор и поэлементную отработку его узлов обозначила фундаментальное различие программ создания ЯРД в СССР и США. Позднее советская программа была признана, в том числе и американскими специалистами, лучшей. Сравнительные результаты, достигнутые в СССР и США по программам ЯРД, представлены в Табл. 2.
Успешное проведение испытаний ТВС в реакторе ИВГ.1 позволило перейти к следующему этапу — автономным испытаниям. Стендовая отработка реактора ЯРД тягой 36 кН проводилась в составе специально спроектированного аппарата 11Б91 (ИРГИТ) на втором рабочем месте испытательного комплекса «Байкал». В 1977–1978 годах были проведены физический и энергетический пуски реактора и огневые испытания на первом образце изделия ИРГИТ. В конце 1970 — начале 1980-х годов на стендовом комплексе были проведены еще две серии испытаний — второго и третьего аппаратов 11Б91.
Начиная с 1983 года на стендовом комплексе было проведено несколько серий длительных испытаний реактора ЯРД на пониженной мощности, подтвердивших принципиальную возможность использования этого реактора в качестве источника тепловой энергии длительного пользования с реализацией схемы охлаждения активной зоны реактора без протока хладоагента через ТВС. Таким образом были заложены основы для дальнейшей разработки ядерных энергоустановок.
Одновременно и так же активно велась разработка ЯРД в США. Национальная программа США по ядерным ракетам ROVER/NERVA охватывала период с 1959 по 1972 год. В США были испытаны около 40 установок с реакторами ЯРД (Phoebus, Pewee, NF1), более 20 подверглись полномасштабным испытаниям, в том числе были отработаны двигатели в целом, включая подачу жидкого водорода. За основу конструкции ЯРД был принят гомогенный реактор с активной зоной из графита и осевым течением водорода. Программа была признана одной из наиболее успешных технических разработок США.
Ориентация советских ученых и конструкторов на гетерогенный реактор и поэлементную отработку его узлов обозначила фундаментальное различие программ создания ЯРД в СССР и США. Позднее советская программа была признана, в том числе и американскими специалистами, лучшей. Сравнительные результаты, достигнутые в СССР и США по программам ЯРД, представлены в Табл. 2.
Таблица 2. Результаты, достигнутые США и СССР по программам ЯРД
Таблица 3. Реакторные установки, прошедшие летно-космические испытания в составе ЯЭУ
Главными итогами советской программы создания ЯРД стали отработанная технология производства и проведение ресурсных испытаний твэлов и тепловыделяющих сборок активной зоны реактора, замедлителя, отражателя, радиационной защиты, исполнительных и рабочих органов регулирования реактора, оборудования системы подачи и хранения водорода, соплового блока и др., проведение радиационных исследований конструкционных материалов, создание комплексной экспериментальной базы по отработке основных узлов реактора ЯРД, а также комплекс исследовательских работ, обеспечивших создание реактора ИРГИТ.
Работы по космическим ядерным энергетическим установкам с прямым преобразованием энергии были начаты в нашей стране несколько позднее, чем работы по ЯРД, однако в отличие от ЯРД разработки ЯЭУ были доведены до летных испытаний и штатной эксплуатации в составе космических аппаратов.
Работы по данному направлению начались с разработки и создания в 1961–1964 годах экспериментального реактора-преобразователя «Ромашка» электрической мощностью 0,5 кВт, проработавшего в ИАЭ им. И. В. Курчатова в непрерывном режиме эксплуатации около двух лет.
Первая энергоустановка на базе ядерного реактора была выведена в космос в апреле 1965 года. Это была первая и единственная американская ЯЭУ SNAP‑10A с термоэлектрическим преобразователем электрической мощностью 0,5 кВт.
Первой отечественной ядерной энергоустановкой с термоэлектрическим преобразованием энергии, эксплуатировавшейся в космосе, была ЯЭУ «Бук».
За весь период эксплуатации с 1970 по 1988 год на низкие околоземные орбиты было выведено 32 космических аппарата с ЯЭУ «Бук». Максимальная электрическая мощность ЯЭУ «Бук» составляла около 3 кВт, в процессе летной эксплуатации ее ресурс был доведен до 4400 часов.
Параллельно с испытаниями первых термоэлектрических ядерных энергетических установок «Ромашка» и «Бук» в России были развернуты работы по созданию космических ядерных установок на основе термоэмиссионных преобразователей энергии, встроенных в активную зону реактора.
В 1970–1980-х годах были созданы и впервые в мире прошли энергетические испытания восемь прототипов термоэмиссионных ЯЭУ с реактором-преобразователем на основе многоэлементных электрогенерирующих каналов. Два опытных образца ЯЭУ ТОПАЗ в 1987 и 1988 годах были испытаны в космосе в составе экспериментального космического аппарата, подтвердив ресурс в процессе первого испытания 142 сут., а в процессе второго испытания — 343 сут. (см. Табл. 3)
Разработка установки ЕНИСЕЙ завершилась полным циклом наземной отработки, включая шесть ядерных энергетических испытаний с подтверждением ресурса ~1,5 года, с прогнозированием ресурса по результатам разделки и изучения критических элементов до трех и более лет. Для проведения летных испытаний были изготовлены два штатных изделия ЕНИСЕЙ и несколько опытных образцов для отработки стыковки с космическим аппаратом.
Летные испытания ЯЭУ ЕНИСЕЙ в связи с сокращением финансирования не проводились, а изготовленные опытные образцы (с электротепловым нагревом) были задействованы в программе совместных работ с США (международной программе ТОПАЗ).
Начиная с конца 1980-х годов все программы по космическим ядерным энергосистемам пошли на спад. Нашей основной задачей было сохранение знаний и кадров. Работы шли по двум направлениям. Наши коллеги из «Красной звезды» продолжали заниматься разработкой термоэмиссионных установок второго поколения повышенной мощности и ресурса. А НИКИЭТ разрабатывал бимодальный ЯРД и ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии по циклу Брайтона.
Работы по космическим ядерным энергетическим установкам с прямым преобразованием энергии были начаты в нашей стране несколько позднее, чем работы по ЯРД, однако в отличие от ЯРД разработки ЯЭУ были доведены до летных испытаний и штатной эксплуатации в составе космических аппаратов.
Работы по данному направлению начались с разработки и создания в 1961–1964 годах экспериментального реактора-преобразователя «Ромашка» электрической мощностью 0,5 кВт, проработавшего в ИАЭ им. И. В. Курчатова в непрерывном режиме эксплуатации около двух лет.
Первая энергоустановка на базе ядерного реактора была выведена в космос в апреле 1965 года. Это была первая и единственная американская ЯЭУ SNAP‑10A с термоэлектрическим преобразователем электрической мощностью 0,5 кВт.
Первой отечественной ядерной энергоустановкой с термоэлектрическим преобразованием энергии, эксплуатировавшейся в космосе, была ЯЭУ «Бук».
За весь период эксплуатации с 1970 по 1988 год на низкие околоземные орбиты было выведено 32 космических аппарата с ЯЭУ «Бук». Максимальная электрическая мощность ЯЭУ «Бук» составляла около 3 кВт, в процессе летной эксплуатации ее ресурс был доведен до 4400 часов.
Параллельно с испытаниями первых термоэлектрических ядерных энергетических установок «Ромашка» и «Бук» в России были развернуты работы по созданию космических ядерных установок на основе термоэмиссионных преобразователей энергии, встроенных в активную зону реактора.
В 1970–1980-х годах были созданы и впервые в мире прошли энергетические испытания восемь прототипов термоэмиссионных ЯЭУ с реактором-преобразователем на основе многоэлементных электрогенерирующих каналов. Два опытных образца ЯЭУ ТОПАЗ в 1987 и 1988 годах были испытаны в космосе в составе экспериментального космического аппарата, подтвердив ресурс в процессе первого испытания 142 сут., а в процессе второго испытания — 343 сут. (см. Табл. 3)
Разработка установки ЕНИСЕЙ завершилась полным циклом наземной отработки, включая шесть ядерных энергетических испытаний с подтверждением ресурса ~1,5 года, с прогнозированием ресурса по результатам разделки и изучения критических элементов до трех и более лет. Для проведения летных испытаний были изготовлены два штатных изделия ЕНИСЕЙ и несколько опытных образцов для отработки стыковки с космическим аппаратом.
Летные испытания ЯЭУ ЕНИСЕЙ в связи с сокращением финансирования не проводились, а изготовленные опытные образцы (с электротепловым нагревом) были задействованы в программе совместных работ с США (международной программе ТОПАЗ).
Начиная с конца 1980-х годов все программы по космическим ядерным энергосистемам пошли на спад. Нашей основной задачей было сохранение знаний и кадров. Работы шли по двум направлениям. Наши коллеги из «Красной звезды» продолжали заниматься разработкой термоэмиссионных установок второго поколения повышенной мощности и ресурса. А НИКИЭТ разрабатывал бимодальный ЯРД и ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии по циклу Брайтона.
О возрождении космической ядерной энергетики
Более десяти лет мы сохраняли знания, работали на одном энтузиазме, и наши труды не пропали: в 2009 году началось возрождение ядерной энергетики в космосе.
Старт ренессансу дало решение комиссии при президенте Российской Федерации запустить программу «Модернизация и технологическое развитие экономики России». В ней содержалось много проектов; среди них в рамках секции «Космос и телекоммуникации» президентским указом был открыт проект «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».
Основными задачами этого проекта стали:
Кстати, когда говорят о том, что космическая ядерная энергетика затратная, это не совсем верно: надо учитывать, какой конечный экономический эффект мы получим от ее внедрения. Кроме того, космические технологии, которые разрабатываются в ходе проектов, могут быть использованы в других областях промышленности и науки.
Перед нами стояла поистине амбициозная задача: в условиях очень жестких ограничений по массогабаритным характеристикам достигнуть необходимых параметров по мощности, температуре и ресурсу. Таких параметров еще никогда не было. Значит, использование стандартных конструкторских решений было невозможно, приходилось придумывать что-то новое. Были созданы большие коллективы молодых ученых, специалистов, которые пошли нетривиальным путем и разработали очень много оригинальных конструкторских решений, причем возможность реализации этих решений была подтверждена расчетами и экспериментами.
Для осуществления этого проекта была создана обширная кооперация предприятий Роскосмоса, Росатома, заводов общепромышленного значения, производственных комплексов, также было задействовано много институтов Российской академии наук и ведущих вузов страны: МГТУ им. Н. Э. Баумана, МЭИ, МИФИ и другие.
Один из основных вопросов использования ядерной энергетики в космосе — обеспечение ядерно-радиационной безопасности. Существуют международные документы, в которых изложены принципы использования ядерных источников энергии в космическом пространстве. Они приняты Генеральной ассамблеей ООН еще в 1992 году, а рамки обеспечения безопасного использования ядерных источников энергии в космическом пространстве приняты ООН в 2009 году. В этих документах отмечено: космические ядерные источники энергии, которые предполагается использовать в будущем, включают ядерные реакторы для энергообеспечения или приведения в движение. Использование космических энергодвигательных систем полностью соответствует международным рекомендациям.
Росатом и Роскосмос провели аудит проекта и по его итогам пришли к выводам: достигнутые результаты показывают практическую реализуемость проекта, реакторная установка создается полностью в соответствии с требованиями технического задания.
И я надеюсь, что успешные наземные и летные испытания покажут: большой ядерной энергетике в космосе — быть!
Значит, теперь мы можем перейти к решению других амбициозных задач: освоению Луны, подготовке пилотируемой экспедиции на Марс, полетам к планетам Солнечной системы, астероидам и кометам, очистке околоземного пространства от космического мусора и защите Земли от астероидной опасности.
Более десяти лет мы сохраняли знания, работали на одном энтузиазме, и наши труды не пропали: в 2009 году началось возрождение ядерной энергетики в космосе.
Старт ренессансу дало решение комиссии при президенте Российской Федерации запустить программу «Модернизация и технологическое развитие экономики России». В ней содержалось много проектов; среди них в рамках секции «Космос и телекоммуникации» президентским указом был открыт проект «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».
Основными задачами этого проекта стали:
- создание высокоэффективных энергетических комплексов космического назначения;
- освоение инновационных технологий для обеспечения развития космической промышленности.
Кстати, когда говорят о том, что космическая ядерная энергетика затратная, это не совсем верно: надо учитывать, какой конечный экономический эффект мы получим от ее внедрения. Кроме того, космические технологии, которые разрабатываются в ходе проектов, могут быть использованы в других областях промышленности и науки.
Перед нами стояла поистине амбициозная задача: в условиях очень жестких ограничений по массогабаритным характеристикам достигнуть необходимых параметров по мощности, температуре и ресурсу. Таких параметров еще никогда не было. Значит, использование стандартных конструкторских решений было невозможно, приходилось придумывать что-то новое. Были созданы большие коллективы молодых ученых, специалистов, которые пошли нетривиальным путем и разработали очень много оригинальных конструкторских решений, причем возможность реализации этих решений была подтверждена расчетами и экспериментами.
Для осуществления этого проекта была создана обширная кооперация предприятий Роскосмоса, Росатома, заводов общепромышленного значения, производственных комплексов, также было задействовано много институтов Российской академии наук и ведущих вузов страны: МГТУ им. Н. Э. Баумана, МЭИ, МИФИ и другие.
Один из основных вопросов использования ядерной энергетики в космосе — обеспечение ядерно-радиационной безопасности. Существуют международные документы, в которых изложены принципы использования ядерных источников энергии в космическом пространстве. Они приняты Генеральной ассамблеей ООН еще в 1992 году, а рамки обеспечения безопасного использования ядерных источников энергии в космическом пространстве приняты ООН в 2009 году. В этих документах отмечено: космические ядерные источники энергии, которые предполагается использовать в будущем, включают ядерные реакторы для энергообеспечения или приведения в движение. Использование космических энергодвигательных систем полностью соответствует международным рекомендациям.
Росатом и Роскосмос провели аудит проекта и по его итогам пришли к выводам: достигнутые результаты показывают практическую реализуемость проекта, реакторная установка создается полностью в соответствии с требованиями технического задания.
И я надеюсь, что успешные наземные и летные испытания покажут: большой ядерной энергетике в космосе — быть!
Значит, теперь мы можем перейти к решению других амбициозных задач: освоению Луны, подготовке пилотируемой экспедиции на Марс, полетам к планетам Солнечной системы, астероидам и кометам, очистке околоземного пространства от космического мусора и защите Земли от астероидной опасности.
Об ответственности за Землю и покорении космоса
И в заключение хочется вспомнить слова Маленького принца из известной сказки Экзюпери: «Есть такое правило. Встал поутру, умылся, привел себя в порядок — и сразу же приведи в порядок свою планету». Очень мудрые слова. А мы пока только создаем беспорядок на своей планете.
Прогресс человеческой цивилизации, улучшение качества жизни приводят к росту мировой энергетики. А это в свою очередь ведет к выбросу в атмосферу парниковых газов и аэрозолей из-за использования (более 80 %) углеводородного топлива. Как следствие, к 2030 году не исключены «парниковый эффект» и повышение температуры приземного слоя атмосферы, что в свою очередь может привести к региональным, а затем и к общей экологической катастрофам. Возможными решениями данной проблемы могли бы стать генерация энергии за пределами атмосферы Земли и передача ее на Землю, вынос в космос энергоемкого и вредного производства, в том числе внеземное производство топлив и рабочих тел для ракетных двигателей.
Кроме того, с помощью мощных ядерных энергоисточников можно осуществить проекты космического захоронения радиоактивных отходов, освещения приполярных районов орбитальными солнечными отражателями и даже восстановления озонового слоя.
Решив все эти глобальные задачи, мы поступим, как Маленький принц — приведем в порядок свою планету. Но это задачи общепланетарного масштаба. Поэтому их решение возможно только при условии, что все государства, особенно сверхдержавы, перестанут заниматься гонкой вооружений и военными конфликтами и объединятся для предупреждения экологических катастроф и продления жизни нашей прекрасной планеты.
Из всего сказанного можно сделать вывод: ядерная энергетика — безальтернативное направление развития перспективных космических систем для исследования и освоения дальнего космоса.
И в заключение хочется вспомнить слова Маленького принца из известной сказки Экзюпери: «Есть такое правило. Встал поутру, умылся, привел себя в порядок — и сразу же приведи в порядок свою планету». Очень мудрые слова. А мы пока только создаем беспорядок на своей планете.
Прогресс человеческой цивилизации, улучшение качества жизни приводят к росту мировой энергетики. А это в свою очередь ведет к выбросу в атмосферу парниковых газов и аэрозолей из-за использования (более 80 %) углеводородного топлива. Как следствие, к 2030 году не исключены «парниковый эффект» и повышение температуры приземного слоя атмосферы, что в свою очередь может привести к региональным, а затем и к общей экологической катастрофам. Возможными решениями данной проблемы могли бы стать генерация энергии за пределами атмосферы Земли и передача ее на Землю, вынос в космос энергоемкого и вредного производства, в том числе внеземное производство топлив и рабочих тел для ракетных двигателей.
Кроме того, с помощью мощных ядерных энергоисточников можно осуществить проекты космического захоронения радиоактивных отходов, освещения приполярных районов орбитальными солнечными отражателями и даже восстановления озонового слоя.
Решив все эти глобальные задачи, мы поступим, как Маленький принц — приведем в порядок свою планету. Но это задачи общепланетарного масштаба. Поэтому их решение возможно только при условии, что все государства, особенно сверхдержавы, перестанут заниматься гонкой вооружений и военными конфликтами и объединятся для предупреждения экологических катастроф и продления жизни нашей прекрасной планеты.
Из всего сказанного можно сделать вывод: ядерная энергетика — безальтернативное направление развития перспективных космических систем для исследования и освоения дальнего космоса.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА
