Как появлялась ракета Буревестник

Проект крылатой ракеты с ядерным двигателем (позже названной "Буревестник") появился еще в 60х годах прошлого столетия после того, как эксплуатация первых атомных субмарин в СССР и США показала эффективность атомного привода. Предполагался следующий принцип: раскаленный теплоноситель из малого ядерного реактора на борту ракеты поступает в установленную под корпусом мотогондолу, нагревает воздух до высоких температур (а следовательно и до высоких давлений, так как давление воздуха растет с увеличением температуры примерно по линейной зависимости) и тот, вылетая под давлением из сопла, станет толкать ракету вперед. Проект обещал большие преимущества той стороне, которая сумеет его успешно решить, так как такая ракета могла месяцами или даже годами нарезать круги вокруг земного шарика, постоянно нервируя потенциального противника и заставляя его тратить значительные ресурсы на отслеживание траектории полета. Однако, проект заглох, не будучи доведенным до конца. Причина неуспеха мне не известна, могу высказать только свои предположения.

Когда объект движется в воде или воздухе, на его поверхности формируется так называемый пограничный слой: очень тонкая прослойка воздушной/водной среды, которая намертво связана с объектом и перемещается с ним в пространстве как единое целое. Толщина пограничного слоя очень мала (менее миллиметра), но до 90% теплового и аэродинамического сопротивления сосредоточенно именно в нем. Если требуется увеличивать перетоки тепла между средой и движущимся в ней объектом, необходимо воздействовать на пограничный слой, как-то его уменьшая или разрушая. Известно довольно много способов воздействия на пограничный слой, но все они требуют больших затрат энергии, поэтому используются весьма редко. На практике обычно используется не воздействие на пограничный слой, а увеличение общей поверхности теплообмена за счет ее оребрения: устанавливают на поверхности многочисленные ребра, в результате чего общая площадь контакта между средой и объектом резко увеличивается. Хотя аэродинамическое сопротивление от этого также несколько растет, но ребра всегда можно расположить так, чтобы увеличение теплоотдачи заметно превышало увеличение аэродинамческого сопротивления. И все же для проекта атомной ракеты этот способ не сработал.

Дело в том, что с увеличением высоты ребра его эффективность уменьшается: если ребро очень высокое, тепло через ребро просто не может достичь его конечной части. Имеется определенный предел. Если увеличить высоту ребра сверх этого предела, тепло туда все равно не поступит, зато общая масса и аэродинамическое сопротивление растут. На практике коэффициент оребрения держат на уровне 15-20. Максимум, что я встречал, это коэффициент оребрения, равный 26 (какие-то паровозные теплобменники, охлаждаемые набегающим потоком воздуха). Но для атомной ракеты это было слишком мало, для нее требовалось увеличить интенсификацию теплоотдачи в сотни или даже в тысячи раз. Такого способа в то время не нашли и проект заглох.

Дальше начинаются мои догадки, в достоверности которых у меня самого уверенности нет. Может быть, все происходило именно так, как я сейчас опишу, но с такой же вероятностью все могло происходить совершенно иначе. В 70х и 80х годах прошлого столетия я работал научным сотрудником в НИИ ядерной энергетики одной из союзных республик Советского Союза. Моей обязанностью была разработка математической модели воздухоохлаждаемого конденсатора в качестве охладителя для крупной АЭС вместо огромных градирен. Одновременно с этим в порядке личной инициативы я разрабатывал проект атомной станции космического назначения (вот просто было интересно этим заниматься). По некоторым причинам там требовался газовый теплоноситель. Но любой газ очень плохо проводит тепло из-за своей малой плотности. Нужно было интенсифицировать процесс теплоотдачи в сотни или даже тысячи раз (то есть передо мной стояла та же самая проблема, которая временно похоронила проект атомной ракеты, хотя о самом этом проекте я тогда вообще ничего не знал). И мне удалось решить эту проблему.

Строго говоря, главный вклад в решение проблемы внесли американские физики. Они предложили не разрушать тепловой пограничный слой на поверхности объекта, а полностью его удалять механическим скребком. Интенсификация теплоотдачи таким способом достигала сумасшедших значений (вплоть до тысячных величин), но был огромный минус: большие затраты энергии на вращение скребка. Причем затраты энергии были настолько велики, что игра не стоила свеч. А моя заслуга состояла в том, что я сообразил, как именно можно уменьшить затраты энергии в десятки или даже в сотни раз. И на основании своих догадок я все это дело оформил в виде изобретения особого теплообменника для использования в составе атомной электростанции космического назначения.

Авторское свидетельство я получил быстро (патентов в то время еще не было). Но при этом на изобретение наложили такой гриф секретности, что для последующей работы с ним мне (автору!) приходилось брать разрешение от директора института и с ним идти в первый отдел. И было это в 1990 году, за год до развала Советского Союза. Значит, информация по изобретению хранилась в Москве.

И вот прошло 20 лет с момента получения мною авторского свидетельства на изобретение. То есть наступил 2010й год. И работы по крылатой ракете с ядерным реактором на борту возобновились. 20 лет - это срок действия интеллектуальной собственности на изобретение. После прохождения данного срока все права на изобретение аннулируются (сохраняется только право авторства). А в СССР и потом в России практиковалась следующая процедура: после окончания срока действия патента (или авторского свидетельства) соответствующие структуры просматривали изобретения на предмет использования в своих целях. Наверняка просмотрели и мое. И кто-то сообразил, как можно использовать это мое изобретение для решения проблемы теплоотдачи в старом проекте крылатой ракеты. Вот работы и возобновились.

Теперь в самых общих словах о том, как действует этот воздушно-реактивный двигатель ракеты. Раскаленный теплоноситель из небольшого ядерного реактора поступает в мотогондолу под корпусом ракеты, практически мгновенно разогревает нагнетаемый компрессором воздух до 2000 градусов или даже больше и тот на вылете из сопла создает реактивную тягу и толкает ракету вперед.

К сожалению, у такого агрегата есть небольшой недостаток: радиоактивный след. Прокачиваемый через реактор и потом через теплообменник теплоноситель насыщен радиацией и вследствие наличия возможных протечек и неплотностей (а они возможны) попадает в земную атмосферу, начиная в ней фонить и тем самым давая возможность потенциальному противнику отслеживать траекторию полета, пусть даже и с некоторой задержкой во времени. Для устранения данного недостатка необходимо полностью исключить любые протечки. И такая возможность имеется. Она состоит в том, чтобы полностью отказаться от ядерного реактора и установить на борту ракеты вакуум-генератор, преобразующий энергию физического вакуума в электричество. Такой заменой мы достигаем сразу нескольких целей. О первой я уже написал: исч езает радиоактивный след и ракету становится невозможно отследить. Вторая цель состоит в том, чтобы неограниченно увеличить длительность полета ракеты. Ядерный реактор работает хоть и долго, но через пару лет топливо в нем все же истощится. А вакуум-генератор будет работать до тех пор, пока не сломается (и это может тянуться до 10-20 лет). И третья цель состоит в облегчении изготовления. Подать теплоноситель из реактора в мотогондолу, провести его по всему контуру и снова загнать в реактор все же непросто и требует наличия сложной системы трубопроводов. Зато намного проще подавать в мотогондолу электрический ток от вакуум-генератора и током разогревать панели теплообменника. Но к этой работе меня вряд ли привлекут, так как я давно уже вышел на пенсию, да и живу уже давно не в России.