Сможет ли космический буксир «Нуклон» открыть новую эру освоения космоса? - Федор Болдырев

Мы сейчас хорошо понимаем значение ближнего космоса для повседневной земной жизни. Это и спутниковая навигация, и связь, и метеопрогнозы, и разведка полезных ископаемых и так далее. С пониманием необходимости освоения Луны и еще более дальних объектов солнечной системы у нас – жителей Земли – большие проблемы. И один из доводов в пользу сложности и ненужности таких полетов – отсутствие надежных и эффективных средств доставки на такие расстояния космических аппаратов. Полет к Марсу занимает 6 месяцев. Это много даже для безэкипажной космонавтики, а тем более много, если мы думаем о запуске к Марсу и другим планетам людей.

Уже давно инженеры и ученые во всем мире работают над космическим средствами доставки с атомными источниками энергии. Подразумевается, что они будут более эффективны. Разработки ведутся и в России. На данный момент это космический буксир «Нуклон». Контракт на разработку его аванпроекта был подписан Роскосмосом 20 декабря 2020 года. Это первый космический буксир в мире, перешедший в практическую стадию создания. Аванпроект создается питерским конструкторским бюро «Арсенал».

«Нуклонами» в физике именуют сочетание протонов и нейтронов. Выбор этого термина для космического буксира не случаен. Российский космический буксир – это сочетание атомной энергетической установки и электроракетного двигателя. На данный момент оно не применяется даже в сочетании с давно известными электроракетными двигателями. Были планы создания ядерных ракетных двигателей. Но, в отличие от «Нуклона», там энергия атома воздействовала непосредственно на рабочее тело. Такие двигатели напоминают классические жидкостные ракетные двигатели. В «Нуклоне» же атомный реактор производит электричество, которое потом в двигателе посредством лазерного излучения приводит к детонации рабочего вещества.

В «сухом» виде атомный буксир весит около 12 тонн. Его полная масса –свыше 40 тонн. Он состоит из нескольких частей. Впереди находится ядерная зона, первая степень теплообменника (сотовая) и устройство преобразования энергии реактора в электричество. Затем идет раскладывающаяся ферма примерно 1,20 метра в диаметре из карбона с раскладывающимися теплообменниками – излучателями реактора. В хвосте буксира разместили вспомогательные системы и ионные ракетные двигатели. Двигателей – 4 штуки. За ними – сцепное устройство для полезной нагрузки. Сделано это с целью максимальной удаленности полезной нагрузки от атомного реактора.

Электроракетные двигатели традиционно маломощные, исключение –электрический ракетный двигатель компании «СуперОкс». Но он находится на стадии предварительных исследований и испытаний. Поэтому на «Нуклоне» применили электрические ракетные двигатели импульсно-периодической разновидности. Их создателем является Юрий Александрович Резунков.

Такие двигатели принципиально отличаются от классических электроракетных, к которым относится и двигатель компании «СуперОкс». В импульсно-периодических двигателях производится детонация рабочего вещества с помощью предварительно сконцентрированного лазерного излучения. Рабочим веществом в случае «Нуклона» служат полимеры. Это исключает необходимость специальных условий для хранения рабочего вещества. Окислитель так же не нужен. Первые испытания начались в марте 2020 года. Такой двигатель требует очень мощного источника энергии. Поэтому был установлен ядерный реактор.

Атомная силовая установка имеет рабочую температуру в 2 000 градусов Цельсия. Радиационную защиту сделают из бериллия, что является уникальным решением для атомных реакторов. Для преобразования энергии установлена турбина, приводящая в действия генератор. Срок службы турбины 10 лет. Производит по одним оценкам 500т киловатт электричества, по другим оценкам 1 мегаватт электричества.
Срок службы всего «Нуклона» 10 лет. По истечении это срока кончается топливо в ядерном реакторе. Это главное ограничения срока службы космического буксира.

В 2030 году на первом этапе будет совершен полет к Луне с целью выведения на окололунную орбиту искусственного спутника Луны. На втором этапе «Нуклон» отправится к Венере. При СССР мы были лидерами в изучении Венеры. После вывода на орбиту вокруг Венеры искусственного спутника «Нуклон» отправится к одному из спутников Юпитера. Это будет первый полет российского космического аппарата за зону астероидов. Целью полета будет изучение данного спутника газового гиганта. Космические буксиры могут открыть новую эру освоения космоса.