Провозглашение президентом США Дж. Бушем "нового курса" в космической политике, в главное - призыв к американским ученым и инженерам обеспечить лидерство на "марсианском направлении", пробудили от летаргического сна и наших ученых. Однако в море разливанном публикаций на "марсианскую" тему конкретных проектов что-то не видать. Нам, однако, удалось отыскать коллектив энтузиастов, нацеленный на решение центральной задачи в любом реалистическом марсианском проекте - создание двигателя для межпланетного корабля.

С одним из разработчиков, научным сотрудником ФГУП НИКИ ЭТ Михаилом ДУШКИНЫМ беседует наш обозреватель.

— Судя по многим признакам, экспансия человека в космосе набирает ускорение. Следом за США на Луну рвутся Китай и Индия. А Америка, как нам известно, нацеливается на Марс... Но позволительно, Михаил Леонидович, спросить: на каких именно ракетных двигателях будет происходить вся эта "колонизация" планет Солнечной системы?

— Если ответить кратко и в самом общем виде, гипотетически рассматривается использование на летательных аппаратах космического назначения мощных источников лазерного излучения, светового излучения и, кроме того, ядерных излучений. Речь, следовательно, идет об использовании солнечных и лазерных тепловых двигателей (включая лазерные импульсные) и двигателей ядерных (на базе источников радиоизотопов и реакторов нескольких типов).

— Но какие из них на сегодня представляются наиболее реалистичными?

— Решаемые с их помощью задачи, можно условно разделить на энергетические и транспортные. Для решения первой задачи необходимы источники небольшой мощности, но с ресурсом до 5-7 лет и более. Для решения второй — полноценные мощные ядерные ракетные двигатели.

Для перемещения в дальнем космосе наиболее реалистичными представляются маршевые электроракетные двигатели, уже созданные и в различной степени отработанные, — электростатические, электромагнитные и электротермические. Их принципиальная особенность: прямое преобразование электрической энергии источника в кинематическую энергию рабочего тела. Работоспособные схемные и конструктивные решения по ним, позволяющие создать источники питания и двигатель достаточно высокой тяги, необходимые для выполнения задач межорбитальных полетов, были разработаны уже к концу 80-х годов XX века. Прежде всего, с ориентацией на доставку грузов массой до 35 т с низкорентабельных на геостационарную орбиту.

Но ведь освоение, условно говоря, дальнего космоса (включая и экспедицию на Марс) подразумевает доставку к цели грузов массой, заведомо превышающей 100 т! И, следовательно, необходимо создавать все более мощные силовые установки. Именно поэтому разработчики все чаще обращаются именно к ядерным ракетным двигателям. Считается, что именно они способны обеспечить существенный прогресс космической транспортной энергетики.

— И когда же задача применения ядерной энергии при полетах в "большой космос" стала наиболее актуальной?

— В США практические работы по созданию ядерных реакторов для космических целей начались в далеком 1956 году (и что интересно — вначале применительно к самолетному двигателю). Речь идет о проекте ROVER, а также параллельно — о вспомогательной изотопной энергоустановке (проект SNAP). Случилось, однако, так, что в середине 70-х годов работы эти были прекращены ввиду смены у США космических приоритетов.

— В чем особенности работ, выполненных ранее в интересах именно пилотируемой космонавтики?

— Прежде всего назову проект ROVER, в рамках которого американцами были спроектированы экспериментальные реакторы серий Kivi, Phoebus и Pewee для наземных испытаний. Затем пошла программа NERVA создания первого летного ЯРД. Увы, в 1973 году, когда проект достиг стадии летных испытаний, — и эти работы в США были прекращены.

Первый пуск реактора Kivi-A имел место в 1959 году. В последующие годы достигаемые параметры установок становились все более напряженными, ресурс их возрастал, как и достигаемая в пусках мощность. В процессе работы был накоплен огромный опыт экспериментов с мощными источниками излучений, при дистанционном управлении ими и таким же съемом массы параметров установок, создано множество новых конструкционных и иных материалов, пригодных для применения в мощных полях излучений при высоких температурах. Одновременно рассматривались и просчитывались варианты твердофазных реакторов, а также аппаратов с жидкой и даже газовой активными зонами...

— А что в этой области происходило у нас?

— В 60-90-е годы, когда работам в этой области придавалось государственное значение, в ИАЭ им. Курчатова, НИИ ТП им. Келдыша, ФЭИ им. Лейпунского, да и на моей фирме (в ФГУП НИКИ энерготехники им. Доллежаля) был накоплен внушительный опыт создания космических ядерных установок, включая и ЯРД для конкретных перспективных применений. Достаточно упомянуть лишь несколько из них: термоэлектрическую установку "БУК", прошедшую 16-летнюю эксплуатацию, "Топаз" того же типа, прошедшую летные испытания; ее модификацию "Топаз-2", прошедшую наземную отработку. Признанным достижением считается также проведение наземной отработки активной зоны ЯРД с твердофазным реактором... Как легко догадаться, начиная с "переломного" 1991 года все работы в этой области, критически важные для национальной безопасности России, были прерваны самым варварским образом — путем перекрытия "финансового кислорода".

— И каковы последствия этой непродуманной акции?

— Ясно, какие: созданные ранее научные и конструкторские заделы по ЯРД космического назначения безвозвратно теряются, как и подготовленные в этой области кадры высшей квалификации. Не говоря уже о неизбежно деградирующие экспериментально-технологической базе, на создание которой, без преувеличения, положены жизни тысяч беззаветно преданных делу, фанатичных россиян. Уточню, что проработки по транспортным ЯРД для космоса велись применительно к однорежимным реакторам, о чем я подробнее скажу ниже.

— Так на чем же нам придется когда-нибудь лететь к Марсу?

— Поскольку полеты на Марс связаны с доставкой туда полезных грузов массой в несколько сот тонн, это обстоятельство резко ограничивает число типов двигателей, способных выполнить эту задачу. А точнее, до установки единственного класса — на ядерной энергии. Применительно к марсианской экспедиции предполагается и реализуется на практике два режима работы двигателя космического корабля: на этапе схода с опорной околоземной орбиты и разгона корабля в сторону Марса — на максимальной тяге (в течение короткого времени), на этапе межпланетного перелета — на минимальной тяге, но в течение длительного времени и, наконец, у Марса — на этапе торможения корабля — снова на предельной тяге, также в течение короткого времени. А в обратном полете к Земле названные режимы работы ЯРД воспроизводятся в обратной последовательности. Из сказанного следует, что будущий двигатель марсианского корабля должен работать на двух принципиально различных режимах: перенапряженном и высокотемпературном в случае развития максимальной тяги и щадящем, при умеренных температурах — в "крейсерском" режиме (на стадии межпланетного перелета корабля).

В настоящее время считается, что именно реактор твердофазный наиболее пригоден для решения конкретной задачи — использования в марсианской экспедиции. В то же самое время, обеспечение его двухрежимности представляется заведомо неэкономичным решением. Иначе для чего же делать реактор высокотемпературным, если при 3000К он будет работать всего несколько тысяч секунд, а все остальное время (более года!) — при умеренных температурах около 2000К?!

— И как разработчики решают сегодня проблему двухрежимности работы ЯРД?

— Для этого имеется несколько путей, которые ясны, я их только обозначу: НИИ ТП (в настоящее время это — Центр им. Келдыша), к примеру, предлагает использовать на разгонно-тормозных этапах полета ЯРД, а на этапе межпланетного перелета — солнечные батареи. Предлагается также вариант, при котором солнечные батареи, уязвимые для радиации, а ее в межпланетном пространстве, как известно, хватает, заменяются упомянутыми мною в начале беседы электроракетными двигателями.

Рассматривается также вариант, когда используется только ЯРД, развивающий одну предельную тягу. А что касается тяги минимальной, реализуемой в крейсерском режиме полета, то предлагается использование для регулирования тяги высокотемпературного клапана, положение которого определяет режим работы реактора и двигателя в целом. Но в том-то и дело, что от идеи такого клапана до его создания "в металле" — дистанция огромного размера! Хотя бы потому, что трудно себе представить материалы его конструкции, способные долго работать в поле мощной радиации при температурах в 2-3 тыс. градусов...

— А как эту задачу предлагаете решать вы с вашими коллегами Сергеем Бариновым и Евгением Кузьминым?

— Решение данной проблемы мы видим в использовании конструктивной схемы реактора, имеющего не одну, а по-существу две активных зоны. Первая из них (назовем ее условно высокотемпературной) используется в двигателе на этапах разгона и торможения марсианского экспедиционного комплекса, обеспечивая двигателю максимальную тягу. А на этапе межпланетного перелета, когда требуется минимальная тяга двигателя, используется вторая активная зона, работающая в щадящем температурном режиме, но, в отличие от первой, — в течение длительного времени. И что важно: в нашем конструктивном решении максимально используются отработанные ранее в отечественной технике, зарекомендовавшие себя технико-технологические решения, что, как вы понимаете, резко ускоряет реализацию будущего марсианского проекта.

Конструктивная схема реакторного блока многорежимного двигателя, предлагаемого нами, показана на представленном рисунке.

Вот смотрите: активная зона реактора разделена на две подзоны, являющиеся фактически двумя автономными зонами в составе (внутри одного корпуса) одного реактора. Они установлены на продольной оси реактора — одна за другой. При этом каждая подзона (одна — подкритическая, другая — критическая) выполнена из блоков твердого замедлителя, между которыми установлены технологические каналы, заполненные сборками с твэлами. На входе в технологические каналы установлены дроссели, а на выходе из каналов — сопла Лаваля. Каждая подзона имеет свои, резко различающиеся нейтронно-физические характеристики, что обеспечивает им работу на разных режимах, о чем сказано выше. Уникальная особенность нашей конструкции заключается в возможности оперативного перехода с одного режима работы двигателя на другой, а также возможности одновременного осуществления двух режимов ее работы. Обе подзоны располагаются в едином прочном корпусе; рабочее тело в двигателе — газообразный водород.

— Но скажите, Михаил Леонидович, какая судьба ожидает ваше детище?

— Пока, откровенно говоря, с этим неясно. Как мы с вами понимаем, без главенствующей роли государства довести нашу идею до реализации в принципе невозможно. Хотя бы ввиду предельной наукоемкости этого технического решения и необходимости мобилизации для его воплощения в металле интеллектуального потенциала всей нации. Однако, похоже, понимание этой специфики дошло и до федеральных структур, отвечающих за развитие нашей науки, техники и технологии. Свидетельство этому — выход 2 февраля 1998 года постановления правительства "О концепции развития космической ядерной энергетики России". Но что из всего этого конкретно получится?.. Увидим!

Беседу вел Михаил РУДЕНКО