Проект "Зевс": какой космический ядерный буксир строит Россия

В последнее время очевидно, что в разработках космических ракетных систем Россия отстает от США, Китая и некоторых частных компаний, например, SpaceX. Однако наша страна может кардинально изменить ситуацию, сделав ставку на использование ядерной энергии, которая позволит эффективнее осваивать ближний и дальний космос.

Оторваться от конкурентов

В конце 2022 года «Роскосмос» на международном форуме «Атомэкспо-2022» в Сочи представил подробный макет транспортного энергетического модуля (ТЭМ) «Зевс», основу которого составляет ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса. Работы над проектом начались еще в 2009 году. Заказчиком выступает «Роскосмос». В нем принимают участие Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, Ракетно-космическая корпорация «Энергия», Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля, а также «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша». Изначально на разработку проекта было заложено 4,2 млрд рублей, на 2018 год стоимость возросла до 8 млрд. 250 млн рублей.

По замыслу создателей, аппарат будет способен перевозить грузы как на околоземную орбиту, так и к отдаленным планетам Солнечной системы. Кроме того, в его обязанности будут входить работы по утилизации технического мусора, накопившегося на орбите Земли. Со слов исполнительного директора «Роскосмоса» Александра Блошенко, первый запуск буксира на околоземную орбиту может состояться не ранее 2030 года, в отдаленной перспективе его миссией станет исследование спутников Юпитера.

Минимальная высота, на которую будет выводить полезную нагрузку ядерный буксир — 800 км. Этой высоты достаточно, чтобы обезопасить нашу планету от радиоактивных остатков в случае аварии на космическом аппарате. Вывод на орбиту будет осуществляться с помощью одноразовых ракет-носителей. Далее аппарат стартует к точке назначения, избавляется от полезной нагрузки и, в зависимости от задачи, либо возвращается на околоземную орбиту, либо продолжает свой полет к другим целям в Солнечной системе. Эксплуатационный ресурс ядерной установки около 10 лет, поле чего модуль переводится на орбиту захоронения.

Проект «Зевс» в определённой степени прорывной – он позволит России опередить конкурентов на 5 – 10 лет. По имеющейся информации, на данный момент даже в НАСА ничем подобным в области разработки ядерных двигателей не занимаются. К слову, США еще в 2011 году заинтересовались проектом и предложили сотрудничество, однако достигнуть договоренностей не получилось.

Экономичнее и дальше

Как известно, разгон современных космических аппаратов обеспечивает химическая реакция, благодаря которой топливо превращается в сильно разогретый газ, струей попадающий в сопло двигателя. Вскоре после старта разгонные блоки отделяются и корабль летит сам, используя небольшое количество топлива для маневрирования и торможения. Такой вид двигателя очень затратный: баки с топливом, многократно превышающие размер корабля, работают буквально считанные десятки секунд.

Более экономичным вариантом являются ионные ракетные двигатели. Эти  устройства функционируют за счет разгона ионов рабочего газа электрическим полем: поток ускоренных заряженных частиц вылетает из двигателя, создавая тягу – силу, которая «толкает» аппарат. Сейчас ионные двигатели в основном применяют для коррекции положения и поддержания рабочей орбиты геостационарных спутников.

Электрическое поле разгоняет тело гораздо быстрее, чем реакция горения. Если традиционные ракетные двигатели разгоняют аппарат до 4,5 км/с, то ионные способны достигнуть показателя в 210 км/с! Единственным существенным минусом ионного двигателя является малая тяга по сравнению с реактивным, однако этот недостаток превращается с преимущество по мере увеличения расстояния, покрываемого аппаратом.

Возможен вариант использования нескольких ионных двигателей, что с одной стороны значительно увеличит совокупную тягу ракеты-носителя, с другой – станет страховкой, если вдруг один из двигателей выйдет из строя. Но для обеспечения достаточного электропитания ионных двигателей понадобится большая мощность, чем могут дать солнечные батареи. Решение здесь видится одно: нужно использовать ядерный реактор. Тем более опыт запуска космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой у нашей страны уже есть. В период с 1970 по 1988 годы Советский Союз осуществил запуск 32 таких аппаратов.

Бывший гендиректор Роскосмоса Дмитрий Рогозин уверен, что без ядерной энергетики полноценное изучение и освоение космоса невозможно. Это наш ключ к масштабным научным миссиям на планеты Солнечной системы и в дальний космос. Кроме того, ядерные реакторы в перспективе станут главным поставщиком энергии как для орбитальных комплексов, так и для обитаемых модулей на Луне и Марсе.

Взгляд в будущее

Общая масса ТЭМ «Зевс» превысит 20 тонн: из них 7 тонн придется на реактор, 1 тонна на топливо, масса полезной нагрузки составит порядка 10 тонн. Но если на классических ракетах действует правило, чем дальше от Земли – тем меньше груза можно доставить, то с ядерной энергодвигательной установкой такое правило не работает: Эти 10 тонн можно доставить как на Луну, так и на Нептун. Эксперты подсчитали, что российский буксир за один рейс сможет перевезти груз, который доставляли все экспедиции НАСА к внешней Солнечной системе за последние 30 лет.

На «Зевсе» планируется установка ядерного реактора мощностью от 300 до 1000 киловатт электроэнергии, что обеспечит бесперебойную работу ионных двигателей и снабжение тепловой энергией всей системы буксира в течение длительного времени. При этом расход энергии будет примерно в 20 раз ниже классических ракетных химических двигателей. По мнению специалистов, это поможет снизить стоимость доставки грузов на Луну в 2 раза.

Набор скорости «Зевс» будет осуществлять гораздо медленнее чем, к примеру, ракета-носитель «Протон». Однако ядерному буксиру в отличие от последнего не требуется большой запас топлива. В конечном итоге он быстрее доберется до Марса и дальних планет, сможет затормозить на орбите и без дозаправки вернуться в точку старта.

Сравним ядерный буксир «Зевс» с ракетой Starship, разрабатываемой компанией SpaceX. Отечественному аппарату для того, чтобы добраться на Луну потребуется около 200 дней, в то время как американская ракета долетит туда меньше чем за неделю. На марсианской дистанции эти сроки почти сравняются – один год против 9 месяцев. А вот на пути к Юпитеру «Зевс» уже опередит Starship – 1,5 года против 3-х. Кроме того, российский аппарат сможет без дозаправки вернуться обратно, в то время как детище SpaceX израсходует весь запас своего горючего. Здесь как нельзя лучше подойдет русская поговорка: «Тише едешь — дальше будешь».

Миссии и задачи

Исполнительный директор «Роскосмоса» по перспективным программам и науке Александр Блошенко сообщает, что первая миссия «Зевса» может составить больше 4-х лет. Начальным пунктом программы станет Луна, где буксир сбросит исследовательский зонд. Далее он подлетит к Венере, на орбите которой оставит небольшой космический аппарат, вернется к Земле, чтобы после гравитационного маневра направиться в самую дальнюю часть своей экспедиции – к Юпитеру.

На данный момент разработчики представили информацию только об одном грузе, который понесет «Зевс» – лунном зонде. В его задачи будет входить картографирование поверхности спутника Земли, идентификация районов с подповерхностными пустотами, определение электрофизических свойств грунта, разведка полезных ископаемых Луны.

Разрабатывается интересная, хотя и реализуемая в отдаленной перспективе программа по доставке на Марс ядерного реактора. После отделения от буксира спускаемый аппарат должен раскрыть парашют, войти в атмосферу Красной планеты и мягко, с помощью реактивных движков приземлиться на грунт. В дальнейшем именно от этого ядерного реактора будет подпитываться марсианская база.

Создателями «Зевса» предусматривается выполнение аппаратом как гражданских задач – транспортировка грузов и обеспечение связи, так и военных – вывод из строя спутников или кораблей противника электромагнитными импульсами. В Исследовательском центре имени Келдыша также сообщили, что ядерный буксир сможет быть использован в корректировке работы наземных средств ПВО – он будет подсвечивать лазером воздушные цели с орбиты.

По мнению специалистов, окончательная сборка ТЭМ «Зевс» будет производиться на орбите. После введения в строй он больше не коснется поверхности какой-либо планеты: его задача – колесить по космическим просторам от одного небесного тела к другому, перевозя различные грузы, модули, целые орбитальные станции и возможно даже мелкие астероиды.