Летим в дальний Космос!?

Друзья!

Из Сети.
"Космический буксир «Зевс», обладающий ядерной энергетической установкой («ядерным» двигателем), не станет оружием против спутников и не является ядерным оружием. Об этом РИА Новости заявил ведущий научный сотрудник Института космических исследований (ИКИ) РАН Натан Эйсмонт.

«Это не имеет отношения. Ядерный буксир — это нормальный реактор, не очень большой, каких на земле много и которые пользуются для выработки электрической энергии, и там (в космосе) то же самое. Отношения к ядерному оружию он не имеет», — рассказал Эйсмонт.
Этими словами Эйсмонт опроверг предположение о том, что слухи о том, что «размещение Россией ядерного оружия в космосе» может быть связано с буксиром «Зевс».
Сенатор Джабаров заверил, что Россия не будет просто так уничтожать спутники США
До этого президент Соединенных Штатов Джо Байден заявил, что США получили информацию о технических возможностях Российской Федерации разместить противоспутниковое оружие в космосе, но не видят намерения сделать это".https://news.rambler.ru/world/
...Други!
Подробнее.
"...Захватывающие перспективы открылись бы с появлением ядерных ракетных двигателей - с их помощью можно долететь до Альфы Центавра за 12 лет. Но они находятся пока на стадии разработки. И на нашем буксире ядерных ракетных двигателей тоже не будет.
“Зевс” использует маршевые ионные двигатели, они относятся к типу электрических ракетных двигателей, реактивная тяга здесь создается за счет выброса ионизированного газа. Чаще всего аргон или ксенон. Ионный двигатель значительно меньше по размерам, ему нужно гораздо меньше топлива и он способен проработать несколько лет. Вы спросите, почему “Зевс” называют ядерным буксиром?
Дело в том, что у ионного двигателя есть один важный недостаток: его тяга ничтожна по сравнению с химическими двигателями. Поэтому
ионные двигатели сегодня используются в основном для маневрирования в космосе. Например, четыремя ионными двигателями подруливания оснащена китайская орбитальная станция “Тяньхэ”. Чтобы увеличить мощь ионных двигателей, необходимо большое количество электроэнергии. А где ее взять в космосе, если мощности солнечных батарей не хватает? Вот ученые и придумали запустить в космос ядерный реактор, он будет работать, как АЭС на Земле - исключительно для выработки электричества.
Как ядерный реактор будет летать на орбите Земли?
Модули, из которых будет смонтирован “Зевс”, планируется запускать по частям. Сборка пройдет прямо в космосе в автоматическом режиме без участия космонавтов. Новый аппарат будет летать на безопасной радиационной высоте - на расстоянии примерно 900 километров от Земли. Национальная космическая станция РОСС, запуск которой планируется после 2024 года, расположится на высоте 300-350 километров. В случае, если что-то пойдет не так, экипаж станции на пилотируемом корабле сможет подняться выше, пристыковаться к буксиру и ликвидировать неисправность.
В отличие от космического корабля на химических ракетных двигателях “Зевс” не сможет садиться и взлетать с поверхности иных планет. Ионные двигатели не способны обеспечить необходимую мощь. Но ему не будет равных как средству доставки космических станций, грузов и исследовательских аппаратов в далекий космос".https://kp.ru/daily/science/
...Понятно! Полетим и к Юпитеру, и  даже к...звёздам!
Вл.Назаров
**************
1.Российский ядерный планетолёт

Вот уже много лет Россия является космической державой, которая относительно стабильно запускает множество ракет в космос.
Но с течением времени все отчётливее становится видно, что в разработке обычных ракет Россия отстаёт от США и уже даже от Китая. В США и Европе возобладали частные предприятия, которые, пусть и на государственные деньги, эффективно строят свои ракетные системы. Ярким подтверждением этого служат компании SpaceX и Blue Origin, которые глубоко продвинулись в создании многоразовых ракетных систем (Falcon 9, Falcon Heavy, Crew Dragon, New Shepard, а в будущем Starship и New Glenn) и на данный момент уже отправляют людей в космическое пространство. Также существует и развивается плеяда более мелких компаний: Rocket Lab, Astra Space, Firefly и т.д. Все они сосредоточились на создании максимально дешевых ракет, чтобы сделать космос наиболее доступным для людей.
Китайская Народная Республика также не стоит на месте и за последние 20 лет существенно продвинулась в деле ракетостроения. Отправив в 2003 году своего первого космонавта, Китай смог пройти путь становления космической державы и начать строительство собственной многомодульной орбитальной станции уже в 2020 году! Помимо этого Поднебесная успела отправить 2 лунохода, марсоход и собственный космический челнок в космическое пространство. Также коммунисты развивают свою орбитальную группировку, пополняя её геодезическими, топографическими, метеорологическими и военными спутниками. Чтобы всё это осуществить, Китай построил множество ракет разных классов, как лёгких, так и тяжелых (а сейчас уже строит сверхтяжелую — Чаньчжэнь-9). И даже озаботился проблемой повторного использования своих носителей, так основная ступень ракеты Чанчжэн-8 будет производить вертикальную посадку уже в ближайшие годы. Но помимо государственной программы, есть ещё и частные космические компании, которые уже опробовали реактивную посадку своих небольших детищ. Так что со времен мы вполне можем увидеть китайского Илона Маска.
Концепт китайской сверхтяжёлой ракеты Чаньчжэнь-9 на фоне далёких планет
Ну а Россия же за последние 20 лет смогла создать тяжелую ракету Ангара и модернизировать уже существующую ракету Союз. Да, сейчас ведется разработка ракеты Союз-5, многоразовой ракеты Амур (Союз-7) и думают создавать сверхтяжелую ракету Енисей для лунной программы. Но на фоне успехов США и КНР эти разработки блекнут, так как по сути своей не предлагают
ничего нового.
Частные наработки есть, но их несоизмеримо мало по сравнению с западными странами. Так что на данный момент Россия отстаёт от ведущих космических держав в разработке ракет-носителей, а её основной лётный парк составляет советское наследие. Навряд ли в будущем ситуация кардинально сможет поменяться, достаточно лишь сравнить бюджеты космических агентств (да и стран), чтобы понять это. Тем не менее у России есть туз в рукаве. Им является ядерный буксир «Нуклон» (его уже успели переименовать в «Зевс», но так как Нуклон является фундаментом будущих ядерных буксиров, я буду применять по ходу текста именно это наименование).
1. Концепция ядерного буксира
Важный дисклеймер: вся представленная в статье информация является предварительной и скорее всего, с течением времени, устареет, так как до сих пор идут ОпытноКонструкторские Работы (ОКР).
Что есть такое ядерный буксир? Ядерный буксир - это именно что буксир для какой-либо полезной нагрузки. Используется для транспортировки космических аппаратов между космическими телами. На самом деле, его рабочее название это — Транспортно Энергетический Модуль мегаваттного класса (ТЭМ). Его выводят на радиационно-безопасную орбиту (800 км, чтобы случись что радиоактивные остатки не упали на Землю) и далее тестируют. После этого к нему, отдельной ракетой, выводится полезная нагрузка, которая стыкуется с соответствующим модулем. Следом, начинается его космическая экспедиция из точки А в точку Б. По прибытии к точке Б он избавляется от полезной нагрузки и летит к другой точке, либо обратно к Земле за новой задачей. Но на планету он никогда не сажается. На данный момент предполагается не менее 10 таких полётов в разные точки Солнечной Системы.
То есть это своего рода паром между двумя берегами, а водное пространство — это космос.
Встаёт логичный вопрос, а за счёт чего будет осуществляется такое количество полётов? В классической космонавтике полёт проходит за счёт жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), который за счёт сжигания химического топлива двигает ракету вперед.
На Нуклоне же скорее всего будут применяться двигатели на других принципах — ионные. Суть их работы заключается в том, что тяжелый газ (ксенон) пропускается через электромагнитную дугу. Путем ионизации он превращается в плазму, которая и создаёт тягу, толкая корабль вперёд. Помимо ионных двигателей есть варианты поставить плазменные или роторные магнито-плазменные двигатели. Но давайте брать за основу ионный вариант, как наиболее испытанный.
Ионные двигатели Нуклона
Давайте сравним эти две системы. Для этого используем несколько показателей: удельный импульс и тягу двигательной установки. Если жидкостные двигатели имеют запредельные показатели тяги, но низкую эффективность (удельный импульс — отношение тяги к секундному расходу топлива), то с ионными двигателями дело стоит ровно противоположно. Их эффективность зашкаливает, но они не способны выдавать высокую тягу. Более того, лучше ионные двигатели на данный момент не могут поднять даже 1 килограмм в условиях Земли — настолько малы они по мощности. Так зачем же они нужны? Дело в том, что в космосе такие установки могут работать часами, днями и даже годами. И каждую секунду выдавать такой пусть и не большой, но все же импульс. Тем самым, могут разогнать космический корабль до скоростей, неподвластных химическим ракетам.
Что же нужно для работы таких двигателей? Ответ прост — газ и электричество, если с газом всё понятно (используется ксенон, как самый эффективный вариант), то вопрос электричества решили радикально — воспользовались мирным атомом.
На Нуклоне будет стоять ядерный реактор. Его мощность будет составлять от 300 до 1000 киловатт электроэнергии. Такого колоссального количества энергии будет хватать на долгосрочную работу ионных двигателей и на снабжение энергией всей системы буксира.
Всё же, я предлагаю сравнить химические и ионные двигатели на нескольких дистанциях: ближней (Луна), средней (Марс) и дальней (Юпитер). В качестве объектов сравнения возьмём наш ядерный буксир Нуклон и американскую ракету Starship. Чтобы попасть к естественному спутнику Земли ракете нужно меньше недели а нашему ядерному буксиру понадобятся чудовищные 200 дней (100 дней разгона, 100 дней торможения). В то же время на средней, марсианской дистанции, время полёта практически сравнивается со Старшипом и занимает около одного года против 4-9 месяцев. Но есть один нюанс, Нуклон может за такой же промежуток вернуться обратно на Землю, а вот все экспедиции Старшипа на Марс — это пока билет в один конец, так как детище SpaceX израсходует всё топливо во время полёта, а по итогу совершит мягкую посадку на поверхность Красной планеты. Далее берём Юпитер, до него нашему ракете-носителю лететь не менее 3 лёт, в то же время Нуклон справляется в 2 раза быстрее, добираясь до газового гиганта за 1.5 года. И чем дальше от Земли, тем очевиднее это выгода по времени становится.
В итоге можно охарактеризовать концепцию ядерного буксира старинной русской поговоркой: «Тише едешь — дальше будешь».
2. Как устроен ядерный планетолёт?
Вот он, в разобранном состоянии. КТМ — конструкторско-технологический макет. ОНФ — отсек несущих ферм (правый верхний угол). ЭБ — энергоблок (по центру). БОС — блок обеспечивающих систем (правее ЭБ).
Как я уже писал выше, на Нуклоне стоит ядерный реактор. Он — центральная часть всей системы ядерного буксира. От него зависит не только работа двигателей, но и работа всего остального оборудования, включая блок полезной нагрузки. Казалось бы, зачем использовать реактор, если есть старые добрые солнечные батареи?
Проблема в том, что самые мощные солнечные панели, находящиеся в космосе, могут вырабатывать лишь порядка 150 киловатт энергии. Эти батареи — на МКС. Почему бы их не поставить на Нуклон? Во-первых, для питания 4 маршевых и 4 маневренных двигателей ИД-500, каждый из которых потребляет по 35 киловатт энергии, этого явно не будет достаточно. Во-вторых, мощность излучения солнца с расстоянием снижается. Поэтому при дальних перелётах выработка энергии будет существенно сокращаться (у Нептуна лучи в 900 раз слабее чем у Земли). Именно в силу этих факторов было принято решение разместить на буксире ядерный реактор.
Но и у этого решения есть определенные технические сложности. Во-первых, проблема охлаждения реактора. Казалось бы, космос и так холодный, в чем проблема? А проблема заключается в том, что в отличии от Земли, в космосе нет воздуха, молекулы которого могут забрать излишки тепла. Поэтому он крайне слабо может поглощать тепло. То есть нельзя разместить голый ядерный реактор, он попросту сгорит. Поэтому на буксире размещены огромные панели, которые принимают на себя всё тепло (оно будет передаваться через теплоносители, собственно, панели это они и есть) из реактора и рассеивают его в космическом пространстве.
Панели охлаждения. Покрытие отражающее, то есть солнечный свет не будет их нагревать. Эта система работает только «на выход».
Во-вторых, проблема его конструкции. Первое — его радиация не должна причинять вреда полезной нагрузке. Второе — он должен быть гораздо скромнее своих земных аналогов. Первую проблему решили, что называется, «отодвинув» реактор от полезной нагрузки, то вторую проблему решили благодаря многолетнему опыту отечественных инженеров в построении подобных систем. В советское время было построено не менее 3 серий ядерных энергетических установок, которые были успешно запущены в космос. Пользуясь этими наработками, российские инженеры в 2009 году начали работу над созданием ядерной энергетической установки мегаваттного класса (ЯЭДУ). ЯЭДУ — это обычный атомный реактор, который собирается для космических полётов. Его мощность на несколько порядков меньше, чем у земных электростанций. Но и его габариты гораздо скромнее и приспособлены под тяжелую ракету Ангара-А5В, как и, собственно, вся система.
Кстати, о габаритах и характеристиках всего буксира. Общая его масса будет составлять больше 20 тонн, из которых на ядерный реактор приходится 7, на топливо 1 тонна. Масса полезной нагрузки — 10 тонн. Если сравнивать с грузами, доставляемыми на околоземную орбиту это значения покажется довольно скромным, но вот если идти дальше...
Массы зондов, которые были когда-либо отправлены на Марс, составляют порядка 1-2 тонны. Вес аппаратов, отправляемых к Юпитеру и Сатурну, как ни странно, чуть больше 2-3 тонны. Но чтобы доставить эти смешные, по меркам околоземной орбиты, нагрузки, необходимо использовать ракеты, выводящие на НОО все 15 тонн. То есть чем дальше мы летим от Земли — тем меньше мы можем отправить груза. Но не в случае Нуклона. Эти 10 тонн будут сохраняться и в случае Луны и в случае Нептуна. Разница лишь будет состоять во времени полёта к этим небесным телам, которая по сравнению с сегодняшними зондами будет огромна.
В принципе, в один рейс ядерного буксира можно загрузить все экспедиции НАСА к внешней Солнечной системе за последние лет 30. Судите сами. Юнона — 2 тонны (Юпитер), Кассини — 3 тонны (Сатурн), Галилео — 3 тонны (Юпитер), Новые Горизонты — 0.5 тонны (Плутон). А на оставшиеся 1.5 тонны можно догрузить ксенона, чтобы ускорить процесс разведения спутников. И это всё вместо запуска 4 ракет!
Разобравшись с сердцем ядерного планетолёта перейдем к его двигательной системе. Она будет состоять из 8 ионных двигателей ИД-500, мощность каждого из которых 35 кВт. При включении 6 двигателей потребление будет составлять 210 кВт, что составляет больше половины выработки энергии ядерного реактора на буксире.
На картинке выше также представлен вариант с магнитоплазменным двигателем, который расположен прямо там, где и реактор, в раструбе слева. И эта итерация будет двигаться «задом наперед» относительно варианта с ионными двигателями. Но мы продолжим рассматривать ионный вариант.
А это двигательный блок, так сказать, в металле
До какой же скорости двигательная система разгоняет весь буксир? Теоретически — до 70 км/с, что в 4 раза быстрее, чем скорость зонда Вояджер-1 — 17 км/c (самый быстрый рукотворный объект). На практике же скорость будет варьироваться от 5 км/c до 10 км/c, что, безусловно, очень хорошие показатели.
Ну и финальный вопрос, как всё это прекрасное будет доставляться на орбиту и запускаться? Есть два варианта. Первый — это доставка Нуклона на орбиту с помощью сверхтяжелой ракеты Енисей. Скорее всего он не будет реализован по причине отсутствия оной к нужному сроку (2030-2033 годам), так что здесь вступает в ход более реалистичный — второй вариант. Использование ракет семейства Ангара по двухпусковой схеме (А5В+ А5/А5М)Первый старт — выводится непосредственно ядерный буксир. Второй старт — полезная нагрузка и топливо к нему.
Пока вторая Ангара будет лететь к Нуклону он будет постепенно разворачиваться во всю свою мощь. Первым откроются солнечные батареи, которые всё таки будут на буксире. Причина их появления проста — для запуска ядерного реактора нужна энергия. Ну и в конце-концов запасной источник питания никогда не бывает лишним. После солнечных панелей идёт развертывание фермы во всю свою длину. Следом раскрывается и встаёт на свои места система охлаждения ядерного реактора. Далее — раскрытие панели охлаждения обеспечивающих систем. И наконец — пуск атомного реактора.
А уже после прибытия Ангары с топливом и модулем полезной нагрузки начинается первое путешествие нашего орбитального буксира. Поехали!
3. Первый полёт Нуклона и дальнейшие планы его применения
В 2030 году, после всех испытаний и доставки модуля полезной нагрузки наш ядерный буксир отправится в свою первую экспедицию длительность в 50 месяцев — к Юпитеру. Почему так долго? Дело в том, что газовый гигант это конечная цель миссии, а по пути к ней Нуклон посетит ещё несколько небесных тел, а именно Луну и Венеру.
Всё это время корабль будет разгоняться, как за счёт двигателей, так и за счёт гравитационного манёвра. Суть манёвра состоит в использовании гравитации небесного тела, под воздействием которого аппарат разгоняется и частично меняет траекторию своего полёта (экономия на топливе!).
На Луне ядерный буксир оставит часть свой полезной нагрузки в виде небольшого исследовательского зонда и направится на дозаправку к Земле. Получив дополнительное топливо буксир направляется к Венере и сбрасывает небольшой космический аппарат на её орбиту. После идёт самая долгая часть перелёта, с ускорением у Земли и полётом к газовому гиганту. Там он посетит 3 Галилеевых спутника (Ио, Европа, Каллисто) и оставит у каждого из них свою основную полезную нагрузку. На данный момент мы знаем, что будет делать только лунный зонд:
• картографирование поверхности с определением уклонов и высоты неровностей;
• картографирование верхнего покрова глубиной до нескольких километров;
• идентификация районов с подповерхностными пустотами, оценка их размеров, объема и глубины залегания;
• разведка полезных ископаемых Луны, в том числе криолитосферных ресурсов;
• определение электрофизических свойств грунта, идентификация районов с аномальной проводимостью, теплоемкостью, плотностью в целях обеспечения связи на поверхности Луны.
В принципе на основании этого списка мы можем предположить, чем будут заниматься другие зонды. Замените в тексте Луну на Венеру/Ио/Европу и ничего кардинально не поменяется.
Ещё есть возможность использовать буксир как мусоровоз. Находить отработавшие аппараты и отправлять их на орбиту захоронения, где они никому не могут навредить.
РБО — около 800 км. ГСО — 35 786 км. ОЗ = ГСО + 200 км.
Следующим вариантом у нас идёт применение планетолёта в лунной экспедиции. А именно: его использование для доставки полезных грузов на лунную базу. Лично мне кажется такое использование ТЭМа нерациональным, по причине слишком долгого полёта к естественному спутнику (шутка ли, 200 дней) и малой полезной нагрузке в 10 тонн. Лучше отправить более скоростную Ангару с 15 тоннами.
А дальше мы наблюдаем действительно интересную концепцию по доставке на Марс ядерного реактора. После отделения от ТЭМа он должен безопасно войти в атмосферу, раскрыть парашют и произвести мягкое касание при помощи реактивных двигателей! Ну а далее он должен в автоматическом режиме раскрыться и заработать, запитав марсианскую базу. Эта смелая идея, которую в принципе можно реализовать в будущем, но очень далеком — лет через 20-30.
Есть ещё один вариант использование Нуклона — в качестве ретранслятора с Марса. Почему это актуально? На аппаратах находящихся на поверхности Марса стоят довольно слабые передатчики, которые не позволяют отправлять большие объемы информации за один раз. Чем
это вызвано? Во-первых, это огромные расстояния между планетами. Во-вторых — влияние атмосфер Марса и Земли на радио-сигнал. Имея мощный ретранслятор в виде ТЭМа (положим, старого, уже отработавшего свой ресурс) можно отправлять большие объёмы информации не пренебрегая её качеством.
Такой ретранслятор должен быть расположен в точке L1 Лангранжа. Что это за точка?
Любая система из двух массивных объектов в космосе, таких как Земля (в нашем случае имеем Марс — прим. автора) и Солнце, имеет пять точек стабильности где гравитационное притяжение обоих тел отменяет друг друга. В этих точках возникает небольшая область, где можно расположить спутник и сохранять его статичное положение с минимальными усилиями. Например, вы можете "припарковать" космический телескоп или орбитальную колонию, и вам потребуется совсем немного или даже нулевая энергия, чтобы сохранить их в фиксированном положении относительно Земли. Расположенный в точке либрации спутник не станет привычно кружить вокруг планеты, а вместо этого буквально замрет в одной точке относительно Земли, пойманный в гравитационную "оттяжку".
Также не забудем рассмотреть вариант применения ядерного планетолёта в качестве орбитальной станции для долгосрочных перелетов. На представленной графике мы видим скорее станцию на этапе строительства, то есть к ней ещё будут стыковаться и стыковаться дополнительные модули. Так как в таком формате лететь человеку куда-то дальше Луны просто физически невозможно.
По итогу можно сказать, что у ядерного буксира — огромный потенциал. Это огромная мобильная электростанция, которая может за небольшой промежуток времени доставлять огромные полезные нагрузки к самым дальним уголкам Солнечной системы. Также за счёт большой генерации энергии на буксире можно расположить самые прожорливые научные приборы для исследования космического пространства или передачи информации на Земле, т.к. благодаря высокой мощности ретрансляторов и высокой орбите возможно устойчивое покрытие большой площади Земли одновременно, а также для запитывания орбитальных станций, как на одном из проектов Мир-2.
По сравнению с разработками США и Китая, где делается ставка на большие ракеты, — это действительно прорывной проект. Я бы даже сказал, что это вариант интенсивного развития космических систем, а не экстенсивного (наращивание количества двигателей и объемов топлива), так как идёт применение совершенно новых технологий, которые доселе не использовались в освоении космоса.
4. Немного истории разработки
Перенесемся в славный 2009 год. Тогда президенту Российской Федерации Дмитрию Медведеву предложили проект создания транспортно энергетического модуля на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, при сотрудничестве Роскосмоса и Росатома. И уже в 2010 году президентским указом были начаты работы по созданию нашего ядерного планетолёта. Тогда же Росатом утвердил техническое задание на разработку установки мегаваттного класса и модуля. На период с 2010 по 2018 было выделено 5,8 миллиардов рублей (193 миллиона доллара по курсу 2010 года).
В период с 2010 по 2018 год шла спокойная и не особо публичная работа над ТЭМом, он всячески видоизменялся, корректировались сроки (сдвигаясь вправо), выделялось дополнительное финансирование и так далее. Испытывались ионные двигатели, материалы,
конструкция Нуклона и так далее. Основная работа легла на Центр Келдыша — он занимался вопросом создания ядерного реактора и продолжает работу над ним. Срок окончания работ 2025-2028 год. А самим модулем занимается КБ «Арсенал» (до 2015 года им занималась РКК «Энергия»), которое уже в 2019 году представило фотографии макета Нуклона.
Уже с 2019 года начинается активное освещение проекта. Макеты всё чаще возят по выставкам, рассказывают о технических подробностях проекта и так далее.
Несущая ферма
На данный момент Нуклон является, возможно, единственной стратегической космической разработкой России, которая действительно двигает научно-технический потенциал страны вперёд. С 2010 года на буксир потрачено порядка 10 млрд рублей (133 млн долларов). Всего же планируется потратить более 30 млрд рублей (400 млн долларов). Для сравнения, один запуск сверхтяжелой ракеты Falcon Heavy стоит 150 млн долларов в полностью расходуемом варианте.
Ну а запуск запланирован на 2030 год с космодрома «Восточный» ракетой Ангара-А5В. Хотя на мой взгляд срок сдвинется несколько вправо — на 2033-2035 года.
5. Итог
Несмотря на отставание в ракетостроении, вызванное в первую очередь распадом СССР, Россия представляет действительно уникальный проект. На данный момент ни у США, ни у Китая ничего подобного нет и в помине. Так что можно с уверенностью говорить, что Российская Федерация опережает своих конкурентов в ядерной программе.
Автор: Сергей Калядин
https://habr.com/ru/users/Catx2
**************
2.Опыт есть только у России. Кто еще строит ядерные космические буксиры
Ученые обещают к концу десятилетия создать ядерный космический двигатель

МОСКВА, 29 окт — РИА Новости, Татьяна Пичугина. В NASA выбрали компании, которые создадут прототипы ядерных двигателей для космических кораблей. В Европе сообщают о разработке малых модульных реакторов для межпланетного траспорта. В России на самом высоком уровне заявляют о проекте ядерного буксира. В чем преимущество этих программ перед традиционными ракетными двигателями — в материале РИА новости.
На заре ядерной эры
В середине XX века появилась идея использования ядерной энергетики в космических целях. Ученые предложили заменить камеру сгорания в ракетном двигателе на ядерный реактор, пропускать через его активную зону жидкий водород, нагревать до нескольких тысяч кельвинов и выпускать образующийся газ из сопел. Такой тип двигателя стали называть ядерным тепловым. Другой вариант — сочетание тепловой энергии реактора и электрического ракетного двигателя.
В 1960-е над ядерными двигателями активно работали во всем мире. В СССР достигли удельной тяги до 9000, в США — до 7500 метров в секунду. К тому времени стало ясно, что такого рода установки нестабильны и небезопасны, к тому же появились новые жидкостные двигатели, а перспектива полетов в дальний космос откладывалась на неопределенный срок. Американцы сконструировали и испытали 23 ядерных реактора для космоса, но ни один не запустили.
В 1986-м Чернобыльская авария почти остановила все работы в СССР. В России проекты по созданию ядерного двигателя возобновили после 2010-го.

В США обозначили сроки
В последние годы вновь пробудился интерес к созданию космического корабля с мощной энергетической установкой. Ученые предлагают самые разные проекты с использованием ядерных, термоядерных и солнечных источников энергии.
Мощные двигатели обещают доставку десятков тонн грузов на геостационарную орбиту и кЛуне, новые способы избавления от космического мусора, астероидной и кометной защиты. Кроме того, они существенно сокращают время полета к Марсу и другим планетам, что делает вполне реальными пилотируемые экспедиции в дальний космос.
Три года назад в NASA заявили о намерении создать два типа ядерных двигателей — тепловой и электрический. Производителей попросили представить идеи, из которых для дальнейшего финансирования отберут лучшие.
Для исследования дальнего космоса автоматическими аппаратами достаточно существующих двигателей. Но в ближайшие десятилетия все изменится, полагают в NASA. В частности, агентство заинтересовано в пилотируемой миссии на Марс, которая включает и возврат астронавтов.
Сейчас полет к Марсу и обратно займет примерно четыре года. За это время люди получат смертельные дозы облучения. На ядерной тяге можно уложиться в два года, что существенно снизит риски для здоровья экипажа и уровень стресса от длительного опасного путешествия. На борт можно взять значительно меньше груза, кроме того, ядерный двигатель — более компактный, ему не нужна дозаправка.
Направление курирует Космический центр Маршалла NASA в штате Алабама в сотрудничестве с научными организациями. Ученые тестируют новые виды топлива для реакторов. Есть много нерешенных вопросов, например высокая температура — порядка пяти тысяч кельвинов. Для работы в таких условиях нужно создавать особые материалы.

Концепт космического буксира на ядерном двигателе NASA
В январе в СМИ просочилась информация, что NASA планирует испытать двигатель на ядерной тяге уже в 2027-му. Подключилось Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США — DARPA, которое уже привлекло к работам компании General Atomics, Lockheed Martin и Blue Origin Джона Безоса. На год на эти цели выделили 110 миллионов долларов.
В конце июля DARPA сделала выбор в пользу авиастроительной компании Lockheed Martin. Ей поручили разработать проект, прототип двигателя и ракеты, а также провести испытания. Реактор построит фирма BWX Technologies. Проект финансируется программой DRACO ("Демонстрационная ракета для быстрых маневров за орбитой Луны") с бюджетом 500 миллионов долларов.
В отличие от первых проектов середины прошлого века, в нынешних будут использовать обогащенный уран вместо оружейного. Реактор необходимо включать только после выхода в космос, чтобы минимизировать последствия для Земли в случае аварии. Тестовый полет пройдет на орбите высотой 700-2000 километров. Это гарантирует, что ракета с реактором остается там минимум 300 лет, пока опасные радиоактивные элементы не распадутся.
В октбяре стало известно, что Исследовательская лаборатория ВВС США открыла еще одну программу — JETSON — для финансирования проектов по разработке орбитальных ядерных ракет. Заключены контракты с компаниями Intuitive Machines (их посадочный модуль ожидает запуска кЛуне в декабре этого года), Lockheed Martin и Westinghouse Government Services, занимающихся ядерной энергетикой, на создание небольших ядерных ракетных двигателей для спутников до 2025 года.
Ядерный буксир по имени "Зевс"
Опыт эксплуатации в космосе реакторных ядерных энергоустановок есть только у нашей страны. В 1960-1980-е их испытывали на космических аппаратах серии "Космос" и экспериментальных научнотехнологических аппаратах "Плазма-А".
В России более десяти лет идут работы по созданию транспортноэнергетического модуля (ТЭМ) на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Он станет основой космического буксира. В 2020-м по инициативе в то время главы "Роскосмоса" Дмитрия Рогозина его назвали "Зевсом" (вся программа называется "Нуклон"). А вскоре представили и схему.
В основе ТЭМ — длинная рама, благодаря которой ядерное топливо будет отделено максимально от основного отсека с оборудованием и людьми. Двигатель представляет собой компактный ядерный реактор, систему преобразования тепловой энергии в электрическую, систему сбора избыточного тепла, маршевые ионные двигатели мощностью до нескольких десятков киловатт и с удельным импульсом свыше семи тысяч секунд.
Готовый для космической миссии ТЭМ будут собирать и испытывать на Земле, затем в сложенном состоянии частями выведут на орбиту высотой более 800 километров, где протестируют, запустят реактор и состыкуют с модулем полезной нагрузки. Далее предстоит разгон по спиральной траектории до выхода в открытый космос, расстыковка и возврат на околоземную орбиту. Срок жизни такого двигателя — десять лет. За это время он совершит несколько полетов.
Ранее сообщали, что предварительный проект космического буксира должен быть готов к середине 2024-го.
По словам гендиректора Центра Келдыша Владимира Кошлакова, испытания капельного излучателя-холодильника для реактора "Зевса" пройдут на МКС в 2024 году. Ранее бывший первый замглавы "Роскосмоса" Юрий Урличич сообщил о разработке опытного образца ядерной энергоустановки в 2025-м. Сборку космического буксира планируют начать в 2030-м.
Во время визита на РКК "Энергия" 26 октября Владимир Путин заявил о поддержке создания ядерного буксира.
"Сейчас просто не знаю деталей, связанных с планируемым финансированием, но мы точно совершенно не бросим эту тему и обеспечим необходимым объемом денег для того, чтобы программа делалась", — сказал глава государства, добавив, что освоение дальнего космоса без этого невозможно.
Быстрее скорости света
Мощный электроракетный буксир на солнечной энергии (SEP) создают сейчас в NASA. Он легче других видов транспорта, благодаря чему его легче вывести на орбиту. Такая машина перспективна для работ в околоземном пространстве. Ее ключевой элемент — солнечная батарея площадью 800 квадратных метров и электрической мощностью 300 киловатт. Вырабатываемая в них энергия будет напрямую питать ксеноновый двигатель.
Еще одна перспективная идея — двигатель на термоядерной тяге. О работе над ним сообщали, к примеру, ученые из Университета Вашингтона. С такой установкой полет на Марс займет месяц — максимум три. Исследователи уже протестировали в лаборатории разные элементы конструкции и пришли к выводу, что в принципе создать такой источник энергии для космоса реально. Для него потребуется совсем мало топлива, главная проблема — запустить термоядерную реакцию и удержать плазму сильными магнитными полями. По сути, нужно зажечь маленькое Солнце внутри ракеты. Пока это удалось лишь на несколько микросекунд.

Концепт космического корабля с двигателем на термоядерной тяге
В июле ученые из британской компании Pulsar Fusion сообщили о постройке самого большого термоядерного двигателя размером восемь метров. Он будет создавать реактивную тягу напрямую, минуя преобразование тепловой энергии в электрическую. Такая система гораздо более эффективна и может разогнать корабль до скорости свыше 800 тысяч километров в час. Термоядерную реакцию в установке планируют зажечь в 2027 году.
Но научная мысль идет дальше. Почему бы не разогнать космический корабль до скорости света и выше? Для этого фантасты придумали варп-двигатель, использующий структуры пространства-времени, называемые варпами (пузырями). Они движутся в космосе с постоянной скоростью, сохраняя форму. Варпу требуется огромное количество энергии для перемещения. Чаще всего в качестве источника предлагают разные экзотические формы материи, например отрицательную энергию. Однако ученые из Университета Геттингена рассчитали, что можно обойтись и обычными. Теоретики уверяют: с варп-двигателем можно долететь до ближайшей к нам звездной системы Проксима Центавра за считанные годы. Причем варпы не замедляют время для людей, находящихся в космическом корабле внутри "пузыря". Время там течет также, как и снаружи. Так что, вернувшись на Землю, путешественники будут одного возраста со сверстниками. Осталось выяснить, где взять энергию для такого двигателя.
https://ria.ru/science/
*****************
3.Ядерный буксир "Зевс" способен помочь РФ сделать рывок в ракетно-космической отрасли

Михаил Котов — о механизме работы ядерного буксира и его преимуществах
Широкий резонанс в последние дни получила тема проекта ядерного буксира "Зевс". Началось все с того, что генеральный директор Роскосмоса Дмитрий Рогозин 28 мая заявил, что "Зевс" помог бы совершить РФ рывок в ракетно-космической отрасли, но на него в данный момент не хватает средств. Впоследствии появилось уточнение на странице Рогозина в "ВКонтакте", что "финансовых средств по 2024 год для работы над "Зевсом" нам хватает".
Давайте попробуем разобраться, что это за проект, чем он интересен, как именно он способен помочь совершить некий "рывок" в ракетно-космической отрасли и почему вообще к "Зевсу" приковано такое внимание.
Химический или ионный
Большинство современных космических аппаратов получают скорость для полета за счет химических процессов в двигателях ракет-носителей и разгонных блоков. Дальше космический аппарат летит сам. Проблема этого механизма в том, что химические двигатели очень быстро расходуют топливо (а значит, баки должны быть весьма велики) и работают буквально десятки секунд. Таким образом, космические аппараты для межпланетных миссий, беря разгон во время вывода, затем используют топливо химических ракетных двигателей только для маневрирования или торможения.
Как подспорье существует возможность использовать гравитационное ускорение, пролетев мимо какой-нибудь планеты и получив дополнительную скорость. Однако такой метод очень сложен, сильно увеличивает время миссии и далеко не всегда вообще применим.
Другим вариантом являются ионные (тип электрических) ракетные двигатели. Их принцип работы основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. За счет электрического поля рабочее тело ускоряется гораздо быстрее, чем в случае реакции горения у обычных химических двигателей: реакция горения разгоняет поток исходящих газов до скорости 3-4,5 км/с, а в ионном двигателе этот показатель в 6070 раз выше — достигает 210 км/с. Ионные двигатели используют гораздо меньше рабочего тела — обычно это такие инертные газы, как ксенон или аргон. Правда, тяга этих механизмов мала —
составляет десятки миллиньютонов, но с учетом времени работы на больших космических расстояниях такие двигатели оказываются более эффективными, чем химические.
Ионные двигатели сегодня используются во многих космических аппаратах, но чаще всего для совершения маневрирования. Тем не менее они встречаются и в качестве основного маршевого двигателя, например, в японской миссии "Хаябуса" при помощи ионных двигателей был доставлен космический аппарат к астероиду

Концепция ядерного буксира
Обоснованным станет предположение: почему бы не использовать сразу несколько ионных двигателей и тем самым увеличить совокупную тягу, а заодно подстраховаться от выхода из строя, раз у этого варианта столь ощутимые плюсы на фоне химических ракетных двигателей. Однако в таком случае требуется достаточно большое электропитание, которое сложно обеспечить при помощи солнечных батарей, эффективность которых сильно уменьшается при движении от Солнца.
Как же еще можно запитать множество ионных двигателей на орбите, используя компактный и энергоэффективный источник? Ответ, который |И нашли ученые: нужно вывести в космос ядерный
реактор.
Собственно, это и есть концепция ядерного буксира "Зевс", или, если более полно, транспортноэнергетического модуля на базе ядерной энергодвигательной установки. Стоит отметить при этом, что у "Зевса" не будет ядерного двигателя, как это иногда пишут. Это некорректно. Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) представляет собой совсем другие технологии.
В случае ядерного буксира реактор будет работать точно так же, как и на Земле, — для выработки тепловой энергии. Затем при помощи турбин (турбомашинного преобразования) этот "продукт" будет трансформироваться в электрическую энергию. А вот это электричество пойдет на питание маршевых ионных электрических реактивных двигателей, которые и используются для движения ядерного буксира. Набирает скорость такая система многократно медленнее, чем уже привычные химические двигатели. Например, до Луны ядерный буксир будет добираться значительно дольше. Тем не менее такому ядерному буксиру не требуется возить с собой большой и тяжелый запас топлива. В итоге он сможет быстрее, чем обыкновенный космический корабль, добраться до Марса или Юпитера, еще и затормозить на орбите, а потом без дозаправки вернуться обратно. Для Starship от компании SpaceX, да и для другой системы на химических ракетных двигателях, такой вариант невозможен. Им для дозаправки потребуется садиться на поверхность планеты или же проводить длительную процедуру орбитальной дозаправки.
Странник открытого космоса
В связи с этим ядерный буксир "Зевс" можно назвать птицей открытого космоса. Скорее всего, его окончательная сборка будет проводиться прямо на орбите Земли, и садиться на нашу планету или какую-либо другую он не будет. Как гигантский челнок, он станет перемещаться между космическими объектами и перевозить грузы, модули или даже целые орбитальные станции. Специфика его механизмов позволит медленно разгоняться и так же степенно тормозить в космическом пространстве, обеспечивать пищей, водой и топливом межпланетные миссии, перемещать огромные объемы — возможно, даже небольшие астероиды.
При этом сам по себе "Зевс" не сможет совершить прорыв. Он сделает именно "рывок", как и сказал глава Роскосмоса, а дальше все будет зависеть от готовности российских научных, технологических и
коммерческих организаций.
Сам по себе "Зевс" — очень интересный и даже удивительный инструмент для того, чтобы эффективно осваивать дальний космос, но его использование "на все сто" представляется лично мне весьма затруднительным действом в современных условиях. Инфраструктура, которая будет использоваться при этом, едва ли не важнее самого перевозчика.
Нужно  разрабатывать проекты научных автоматических и пилотируемых станций, которые могут перемещаться при помощи ядерного буксира. Важно не просто иметь возможность перевезти большой груз от Земли к Юпитеру или Марсу, важно делать это с максимальной эффективностью и пользой. Тогда проект ядерного буксира сможет стать "ядерным локомотивом" российской научной космической программы.

****************
4.Как устроен российский ядерный "Зевс", который отправится к Юпитеру

В 1960-1980-е годы в СССР проходили испытания целого ряда
реакторных ядерных энергоустановок для передвижения в космосе.
Эти успешные наработки, не имеющие аналогов по масштабам и эффективности, стали основой прорывных совместных исследований будущих "Роскосмоса" и "Росатома". В 2009 году было принято решение создать "транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса".
В октябре 2018 года испытания наземного прототипа установки с помощью тепловых имитаторов ядерного реактора завершились успехом. Позднее, в декабре 2020 года, аппарат получил звучное название "Зевс".
В апрельском выпуске журнала "Русский космос" (доступен в формате PDF) впервые описаны принцип и схема работы "ядерного буксира".
Как же будет функционировать аппарат, о котором сегодня ведётся столько разговоров и на который возлагаются огромные надежды? Газ (теплоноситель) прокачивается через реактор. В нём происходит распад атомных ядер. В ходе этого процесса выделяется огромное количество тепла. Затем нагретый газ направляется на турбину, соединённую с генератором, вырабатывающим электричество. Газ вращает турбину и прокачивается через теплообменные аппараты для сброса остаточного тепла.

По похожему принципу работают все газовые турбины, включая те, что установлены на атомных электростанциях.
Полученную от генератора энергию будут потреблять в основном полезная нагрузка (модули и грузы, необходимые для выполнения космических миссий) и электроракетные двигатели. Принцип их действия основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. По расчётам создателей "Зевса", такие двигатели более чем в 20 раз экономичнее их химических аналогов.
В зависимости от космической миссии полезная нагрузка может быть разной. Основное требование: она должна умещаться в головных частях российских ракет-носителей класса "Ангара-А5" и выше.
Сегодня рассматривается и тестируется следующая схема.
После сборки и испытаний на Земле "Зевс" будет выведен на радиационно-безопасную орбиту высотой свыше 800 километров. Здесь элементы конструкции принимают рабочее положение и в ядерном реакторе запускается управляемая цепная реакция.
Что важно, с этой высоты, даже если что-то пойдёт не так, модуль не сможет самостоятельно упасть на Землю в течение сотен лет. Учитывая, что такие происшествия уже случались с прошлыми разработками, а также, что речь фактически идёт о ядерном реакторе в космическом пространстве, безопасность подобных испытаний особенно важна.
По расчётам учёных, ядерная энергодвигательная установка сможет проработать не менее 10 лет. В течение этого времени модуль способен совершить несколько миссий, возвращаясь на околоземную орбиту для стыковки с очередной полезной нагрузкой и дозаправки, говорится в статье.
После исчерпания ресурса аппарат останется на радиационнобезопасных орбитах вокруг Земли или будет отправлен в дальний космос.
Лётные испытания аппарата могут начаться уже в конце этого десятилетия в составе космического комплекса "Нуклон" , сообщается в новой статье. "Зевс" начнёт исследовательскую деятельность с радиофизических исследований Луны, затем отправится к Венере, а позднее — к Юпитеру и его спутникам.
В мае 2021 года исполнительный директор "Роскосмоса" по перспективным программам и науке Александр Блошенко сообщил, что первый образец орбитальной ядерной установки "Зевс" будет готов к 2030 году.
В интервью "Известиям" Блошенко сообщил о планах "Роскосмоса" изучить атмосферу, магнитосферу и внутренние источники энергии Юпитера, а также подлёдные океаны Европы и Ганимеда.

Как для астрономии, так и для космонавтики исследования далёких космических объектов важны как с точки зрения поисков возможной жизни, так и добычи полезных ресурсов.
Незаменимым помощником в дальних путешествиях может стать ядерная энергетика: она позволяет получить максимальное количество энергии из минимального объёма топлива.
Использование систем, состоящих из ядерного источника энергии и электроракетных двигателей, открывает принципиально новые возможности для межорбитальных и межпланетных перелётов, считают представители "Роскосмоса".
Добавим, что в середине 2020-х годов США планируют отправить к Юпитеру межпланетную миссию под названием Europa Clipper. Её целью станет изучение Европы — одного из спутников Юпитера. Кроме того, в 2031 году НАСА также планирует отправить свою самую дорогостоящую миссию к Нептуну.
Европейцы ранее озвучивали план отправить к юпитерианским ледяным лунам Европе, Ганимеду и Каллисто миссию JUICE.
https://www.vesti.ru/nauka
****************
Материалы из Сети подготовил Вл.Назаров
Нефтеюганск
24 февраля 2024 года.