На ядерном «Зевсе» к Юпитеру: полетит ли Россия в дальний космос⁠⁠

В дальний космос лучше лететь на корабле с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ). Он может преодолеть ограничения скорости ракет на химическом топливе. Но пока ни одна страна мира не смогла (или не отважилась) запустить такой корабль. В 2021 году Роскосмос заключил госконтракт с КБ «Арсенал» на разработку аванпроекта по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем (ТЭМ) на основе ядерной энергетической установки, получившего название «Зевс» («Нуклон-АП»). В нём применяются ионные двигатели, которые способны добавить кораблю на порядок более высокий импульс, чем современные химические ракетные двигатели. Обычно у них очень слабая тяга, но в «Зевсе» мощным источником энергии для них станет ядерная энергетическая установка. Это позволит радикально приблизить дальний космос, сделав полёты к другим планетам Солнечной системы обычным делом. Реален ли такой корабль и какие проблемы предстоит решить создателям?

Проекты космических аппаратов с ЯЭДУ появились на заре космической эры. Но ни один из них не был реализован, так как они упирались в ряд сложных технических проблем. Хотя радиоактивный распад способен стать мощным источником энергии, тепло от него в вакууме сложно отвести. Но, похоже, дело постепенно сдвигается с мёртвой точки. В этом году Роскосмос заключил госконтракт с КБ «Арсенал» на разработку аванпроекта к 2025 г. и надеется отправить на основе ТЭМ, получившем название «Зевс», исследовательскую миссию к спутникам Юпитера уже в 2030 г.

Часть 1. Что нам известно о ТЭМ «Зевс»

В мае этого года на марафоне «Новое знание» Александр Блошенко, исполнительный директор Роскосмоса по перспективным программам и науке, в своей презентации перспективных проектов госкорпорации среди прочих упомянул и транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) «Зевс» (он же «Нуклон-АП»). Речь идет о космическом буксире с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ) мегаваттного класса – потенциально прорывном проекте, слухи о котором ходят уже без малого десять лет. Но на этот раз все выглядит достаточно серьезно – в декабре прошлого года между «Роскосмосом» и КБ «Арсенал» был заключён контракт стоимостью 4,174 млрд рублей на разработку до конца июня 2024 г. аванпроекта по созданию космического комплекса (сам ТЭМ + модуль полезной нагрузки, МПН). Именно КБ «Арсенал» еще во времена Советского Союза разрабатывало КА военного назначения с ядерными энергетическими установками на борту (об этом чуть ниже).

Проект получил название «Зевс», сменившее чисто номенклатурное «Нуклон-АП». Известна и первая миссия на основе ТЭМ, которая планируется уже на 2030 г., и рассчитанная на три этапа (общая длительность 50 месяцев), последним из которых станет изучение Юпитера и его спутников. Об этом рассказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин на 72 международном астронавтическом конгрессе в Дубае (Pro Космос писал об IAC2021): «Если мы говорим об освоении дальних уголков Солнечной системы, то использование возможностей традиционных химических ракетных двигателей бессмысленно. Можно говорить только о ядерной энергетике в космосе…Первая экспедиция «Зевса» к ледяным лунам Юпитера планируется уже в 2030 г. По пути туда космический комплекс на его основе совершит гравитационные манёвры у Луны и Венеры, отделив там серию научных КА».

Год назад Анатолий Петрукович, директор ИКИ РАН, действительно предполагал, что одним из вариантов конечного этапа миссии может стать взятие проб грунта на одном из спутников Юпитера (Ио, Европа или Каллисто). Для их исследования возможности ТЭМ придутся как нельзя кстати - мощный локатор для сканирования подледных структур и мощный ретранслятор для передачи данных на Землю потребуют много энергии.

Что касается первых двух этапов миссии, то после состыковки с модулем полезной нагрузке (МПН) на околоземной орбите, ТЭМ отправится сначала к Луне для её зондирования и отделения там научно-исследовательского КА, затем направится в сторону Венеры, где отделит еще один КА и совершит гравитационный маневр для полета в сторону Юпитера. В настоящее время «Роскосмос» совместно с РАН проводит просчет баллистики этих миссий и полезной нагрузки. Как будущее развитие проекта, возможно строительство орбитальной станции на основе ТЭМ «Зевс».

Какие технические характеристики ТЭМ нам известны из презентации Александра Блошенко? Прежде всего, его электрическая мощность, которая составит 470 кВт (тепловая мощность 1,9 МВт). Конструктивно ТЭМ будет состоять из компактного ядерного реактора в носовой части комплекса, блока обеспечивающих систем, раздвижного отсека решетчатых несущих ферм, на котором будут располагаться радиаторы системы охлаждения (главная проблема в космосе), а также в хвосте – модуля двигательных установок со стыковочным отсеком для полезной нагрузки. Полная масса ТЭМ составит 22 т (из них самого энергоблока – 7 т, а компонентов топлива – около 1 т (Ксенон)). Длина ТЭМ составит 56,7 м, наибольшая ширина при развернутых панелях радиаторов 10,6 м, а развернутых панелей солнечных батарей 20,9 м (в транспортном положении габариты 24,9х5 м). Характеристики комплекса представлены на слайде ниже.

Облик и основные характеристики ТЭМ «Зевс». Источник: презентация А.Блошенко, исполнительного директора «Роскосмоса», с выступления на марафоне «Новое знание», май 2021 г.

Часть 2. Возможности ТЭМ «Зевс»

Какими возможностями будет обладать ТЭМ? Прежде всего, стоит отметить, что речь идет не о многоразовом ядерном межорбитальном буксире (хотя это само по себе крайне интересно), а скорее о мощной платформе-электростанции и создании на ее основе универсального космического комплекса с модульной полезной нагрузкой для решения очень широкого круга задач. Электрическая мощность ТЭМ, передаваемая на модуль полезной нагрузки (МПН) составит 470 кВт. Да, большая часть этой мощности будет уходить на ионные двигатели (сейчас маршевая установка на основе большого числа двигателей по 35 кВт, а в перспективе — схема 4х100 кВт), то есть остаточная мощность для полезной нагрузки составит около 70 кВт. Много это или мало? Это очень много, для сравнения - электрическая мощность всех солнечных батарей МКС сегодня около 80-90 кВт. Мощность солнечных батарей MRO, осуществляющего ретрансляцию данных с орбиты Марса, к примеру, составляет 2 кВт, электрическая мощность ExoMars тоже 2 кВт, а у Mars Express, на борту которого установлен радар MARSIS, просканировавший в глубину ледяную полярную шапку Марса — вообще 460 Вт. Поэтому появление в районе Марса или где-либо еще космической платформы с остаточной энергомощностью в 70 кВт станет настоящим прорывом в космических исследованиях.

«Возможность обеспечить в широком диапазоне орбит непрерывное функционирование целевой аппаратуры с энергопотреблением до нескольких десятков киловатт, что обеспечит качественный скачок в решении научных, оборонных и прикладных задач в космосе и из космоса», — рассказывал еще в 2014 г. генеральный директор «КБ Арсенал» Андрей Романов.

Для чего может быть использована такая энерговооруженность? Исходя из ТЗ «Роскосмоса» декабря 2020 г., высокая энерговооруженность потребуется ТЭМ для картографирования поверхности небесных тел и их верхнего покрова глубиной до нескольких км, определения электрофизических свойств грунта и др. научных задач. Для этого потребуется мощная РЛС (бортовая или в составе модуля полезной нагрузки, МПН), которую можно использовать и для зондирования поверхности Земли. О потенциальном военном использовании ТЭМ в последнее время в СМИ поднялась большая шумиха. Это полностью исключать нельзя, особенно учитывая, что самих ТЭМов будет несколько (официальные лица говорят о планах на их серийное производство). Масла в огонь подлила и публикация в РИА «Новости» о том, что в самом КБ «Арсенал» в 2018-2019 гг. были проведены НИР по изучению возможностей ТЭМ для ДЗЗ и околоземного воздушного пространства, а также «воздействия с помощью ЭМ излучения на РЭС систем управления, разведки, связи и навигации; направленной передачи энергии лазерным излучением».

Сравнительная эффективность использования ТЭМ мощностью 200 кВт для выведения КА на ГСО. Источник: доклад Анатолия Коротеева, Академика РАН, руководителя исследовательского центра им. Келдыша (входит в ГК «Роскосмос») на общем собрании членов РАН 21 апреля 2021 г.

Кроме того, из выступления Юрия Урличича, заместителя гендиректора ГК «Роскосмос» в январе 2020 г. на ХLIV Академических чтениях по космонавтике, можно узнать, что в случае отказа международных партнеров от проекта МКС, российские модули «Заря» – «Наука» – «Причал» будут отделены для создания на их основе высокоширотной российской орбитальной станции «РОСC» нового поколения. Однако, при наличии финансирования, возможно их перемещение на окололунную орбиту с помощью ТЭМ, чтобы они стали прототипом российской лунной орбитальной станции (ЛОС).

На основе задела по реактору для ТЭМ также прорабатываются проекты создания ядерных энергоустановок для лунной и марсианской баз.

Концептуальные проекты космических ядерных энергосистем. Источник: Выступление Юрия Драгунова, члена-корреспондента РАН, научного руководителя космических ядерных установок АО «НИКИЭТ» (ГК «Росатом»), на общем собрании РАН 08.12.2020

Ниже кратко перечислим основные возможности универсальной платформы ТЭМ+МПН:

— Межорбитальный буксир (НОО-ГСО, НОО-ОЛО, широкий диапазон орбит)

— Основа комплекса как для самостоятельного исследования дальнего космоса, так и на базе модульной полезной нагрузи

— Основа для перспективной орбитальной станции и наращивания окололунной инфраструктуры/строительства будущих лунных баз

— Межпланетный ретранслятор для организации высокоскоростного канала передачи данных с дальних научных КА (размещение в точке либрации L1 Марса системы «Солнце-Марс»)

— Прорабатывается вариант отстыковки ядерного реактора ТЭМ для обеспечения энергией станции на поверхности Марса

— Специальные возможности на околоземной орбите (мощная РЛС, в перспективе – борьба с космическим мусором и, возможно, КА потенциального противника)

Часть 3. Технические вызовы проекта ТЭМ «Зевс»: ионные двигатели и отведение тепла

21 апреля 2021 г. во время второго дня Общего собрания членов РАН, Анатолий Коротеев, руководитель исследовательского центра им. Келдыша, представил доклад «Использование ядерной энергии в космических системах». По его словам, в рамках предварительных проработок проекта, ряд технологий был доведен до стадии немедленного внедрения: электроплазменные двигатели и компактные теплообменные аппараты. А по ряду других технологий, в частности, реакторам и системам преобразования тепла в электричество – четко продемонстрирована возможность их реализации и пути дальнейшего развития.

Разберем их поподробнее. У ТЭМ будут ионные двигатели. Какие именно, пока полной ясности нет – отмечается лишь, что несмотря на малую тягу существующих электрических ракетных двигателей, они обладают кратно более высоким удельным импульсом тяги (70 км/с), чем химические ракетные двигатели (3–4 км/с). Они способны работать длительное время, и, постепенно разгоняясь, осуществлять полеты на большие расстояния. И если к Луне или при межорбитальных перемещениях ТЭМ будет проигрывать по скорости и времени (но будет дешевле из-за кратно меньшего расхода топлива), то уже начиная с полетов к Марсу и дальше — ионные двигатели становятся предпочтительнее химических ракетных. Пять лет назад РИА Новости писало, что использование пары – ЯЭУ/ионные двигатели на ТЭМ даст возможность долететь до Марса за 1,5 месяца и вернуться обратно (а не 7-8 месяцев при текущих возможностях ракетных химических двигателей). И если это не решение проблемы долгосрочного воздействия космической радиации на человека при межпланетных перелетах, то явно шаг в ее сторону. Чем дальше лететь, тем электрические ракетные двигатели становятся все более предпочтительнее. При достаточно долгой их работе, появляется возможность разогнать КА до скоростей, недоступных сейчас никаким другим видам двигателей.

Что же известно об ионных двигателях для ТЭМ? Александр Блошенко не раскрыл эту тему в своей презентации. Но за основу можно взять параметры ИД-500, созданного в «Центре Келдыша», самого мощного ионного двигателя, доступного на сегодня. Его параметры следующие: тяга 375—750 мН и удельный импульс 70 км/с, КПД 0,75, мощность до 35 кВт, масса 40 кг. Предполагалось использовать ИД-500 в составе маршевой двигательной установки ТЭМ, которая должна включать несколько десятков двигателей. Пока были проведены лишь стендовые испытания ИД-500, летных испытаний еще не проводилось, их эффективность с достижением рабочих параметров в вакууме еще предстоит доказать. Тем не менее, 19 марта 2021 года «Центр Келдыша» заявил, что ведется предварительная проработка создания двигателя еще большей мощности, вплоть до 100 кВт, летные испытания которых рассчитывают провести в 2025-2030 гг.

Последнее, что можно сказать об ионных двигателях, так это то, что они, пусть и в несравнимо меньшем количестве, требуют использование топлива. Да, электричество вырабатывается ядерным реактором, но с его помощью в электрическом ракетном двигателе превращается в плазму рабочее тело (в случае ТЭМ и ИД-500 — это будет Ксенон/Xe). Соответственно, запасы топлива для ионных двигателей ТЭМ, при его многократном использовании, также нужно будет периодически пополнять.

Инновационные технологии, создаваемые в рамках проекта ТЭМ «Зевс». Источник: доклад Анатолия Коротеева, Академика РАН, руководителя исследовательского центра им. Келдыша (входит в ГК «Роскосмос») на общем собрании членов РАН 21 апреля 2021 г. (начиная с 04.56.25)

Что касается самого сложного вопроса – отведения тепла в вакууме, то рассматривается два варианта системы охлаждения ТЭМ: на основе элементов твердых поверхностей излучателей; и в варианте бескаркасных капельных холодильников-излучателей. По словам А. Коротеева из «Центра Келдыша», было принято решение о создании первой версии КА с упрощенной системой отвода тепла на основе твердых поверхностей излучателей. На основе технологии припаивания сетчатой (тканной) конструкции из углеродистого волокна к трубкам радиатора. Недостаток подхода в том, что это двукратно ограничило мощность реакторной установки КА (изначально планировался 1 МВт, электрический). В то же время более амбициозный, эффективный и сложный вариант с капельным холодильником-излучателей, находящийся на ранней стадии разработки, будет постепенно доведен до рабочих параметров, и использоваться уже на следующих моделях ТЭМ. Напомним, что эксперимент «Капля-2» уже был проведен на МКС в 2014 г., подтвердив жизнеспособность идеи капельных холодильников, но предстоит еще провести финальный эксперимент с замыканием контура всей системы через открытое космическое пространство (вероятно на МЛМ «Наука»).

Часть 4. Технические вызовы проекта ТЭМ «Зевс»: ЯЭДУ и сам космический комплекс

Что касается ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ), то ее разработка была начата еще в 2009-2010 гг. совместными усилиями предприятий, входящих в ГК «Роскосмос» и «Росатом». Головным исполнителем работ по ЯЭДУ был назначен Исследовательский центр им. Келдыша, а непосредственно по самой реакторной установке космического назначения – «НИКИЭТ». В качестве теплоносителя в РУГК (реакторная установка газоохлаждаемая космическая) используется смесь Ксенон/Гелий (Xe/He, 78/22%). Температура газа на выходе из реактора превышает 1200 °C (используются тугоплавкие металлы на основе молибдена), топливом служит обогащенный̆ по изотопу 235U диоксид урана. Космическое использование РУГК определяет его минимальные весогабаритные характеристики (масса топлива ~200 кг, масса реактора 2,7 т, общая масса всей энергоустановки 7 т). РУГК рассчитан на непрерывную работу в течение 10 лет (или 100 тыс. часов) без перезагрузки топлива. Изначально проектом была предусмотрена тепловая мощность реактора до 3,5 МВт (электрическая 1 МВт), но из-за неготовности капельных холодильников к первой версии ТЭМ и менее эффективного радиатора на основе твердых поверхностей, ее снизили примерно в два раза до 1,9 МВт тепловой и 470 кВт электрической мощности.

По словам Юрия Драгунова, научного руководителя космических ядерных установок «НИКИЭТ», решены все технические вопросы, возможность создания РУГК полностью подтверждена, обоснована ядерная и радиационная безопасность. На этом вопросе также следует остановиться поподробнее. Прежде всего, не следует путать текущую версию ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) с ядерным ракетным двигателем (ЯРД), создание которых велось как в СССР, так и в США в 1960-70е гг. «Тогда велась разработка ракетных двигателей, которые вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя использовали бы нагрев водорода до примерно 3000 °C… Но оказалось, что такой прямой путь все-таки неэффективен. Мы на короткое время получаем большие тяги, но при этом выбрасываем струю, которая в случае нештатной работы реактора может оказаться радиоактивно зараженной» — отмечал в свое время генеральный директор «Центра Келдыша» Анатолий Коротеев. Поэтому при создании ЯЭДУ была использована замкнутая схема (реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество для ионных двигателей).

Во-вторых, эксплуатация ТЭМ планируется в полном соответствии с «Принципами, касающимися использования ядерных источников энергии в космическом пространстве», принятыми Генеральной Ассамблеей ООН в 1992 г. Речь идет, прежде всего, о сохранении реактора в подкритическом состоянии (т.е. без протекания ядерной реакции) до выхода на рабочую орбиту в 900 км, куда ТЭМ в сложенном и неработающем виде будет выводиться одним пуском тяжёлой РН «Ангара». Эта же орбита, в случае нештатной ситуации, станет орбитой захоронения и не даст КА упасть на поверхность Земли или сгореть в плотных слоях атмосферы с соответствующим радиационным заражением (как это произошло с «Космос-954» в 1978 г., который из-за полного выхода из строя вывести с 260-280 км на более высокую орбиту для захоронения не удалось).

ТЭМ «Зевс» в транспортном положении под обтекатель РН. Источник: КБ «Арсенал»

Но реактор – лишь часть энергоустановки. Вырабатываемое им тепло нагревает теплоноситель, который в турбомашинной установке преобразует механическое движение в электричество, подающееся уже на модуль полезной нагрузки для создания плазмы в ионных двигателях и обеспечения электропитанием бортовых систем КА. Остаточное же тепло рассеивается в холодильниках-излучателях большой площади. Такой термомеханический способ получения электроэнергии на ТЭМ – новейший, его технические решения ранее в космосе апробированы еще не были. И если с самим реактором все ясно, по нему велись ОКР и подтверждены все заявленные возможности, то задачу создания турбомашинной и компрессионной установки еще только предстоит решить. Сложность решения этой задачи, возложенной на кооперацию «Центра Келдыша», КБХМ, КБХА и ВНИИЭМ, сравнима с разработкой самого реактора. К примеру, чего только стоит проблема испытания на ресурс газодинамических подшипников и самой турбокомпрессорной установки в условиях гравитации (60 тыс. оборотов в минуту). Возможно, поэтому изначально декларируемый САС для ТЭМ в 10 лет сейчас понизили до более реальных 2-2,5 лет. Сложности, с которым столкнулись разработчики, трубно переоценить. Напомним, что в 2019 г. «Роскосмос» оштрафовал «Центр Келдыша» на 155 млн рублей за просрочку работ в рамках госконтракта по ТЭМ. При этом богатый советский опыт разработки разведывательных КА с ядерными энергоустановками КБ «Арсенал» здесь неприменим, поскольку они базировались на термоэмиссионных преобразователях. Разработку их осуществляло НПО «Красная звезда», в них отсутствуют движущиеся части, тепловая энергия напрямую преобразуется в электрическую, пусть и с меньшей эффективностью.

Наконец, создание самого КА тоже является нетривиальной задачей. Изначально для проведения НИОКР в 2010-2018 гг. эту задачу поставили РКК «Энергия», имея в виду разработанный ею еще в 1987 г. аналогичный проект межорбитального буксира «Геркулес» (термоэмиссионная ЯЭУ и электроракетные двигатели с анодным слоем ДАС-200). Проект ТЭМ является очень амбициозным проектом на основе большого числа новейших, еще ни разу не апробированных на практике, решений. Это и выдвижные сетчатые фермы, раскладывающиеся радиаторные панели площадью в сотни м2, трубопроводы, высоковольтные линии и др. — все это должно безотказно работать годами в условиях вакуума и радиации. В итоге тогда, в конце 2014 г. сложности с проектом в целом не позволили включить его в Федеральную космическую программу на 2016-2025 гг., хотя НИР по нескольким ключевым направлениям сохранились (прежде всего, реактор и турбомашинная установка). А работы по созданию КА от РКК «Энергия» были в конце 2020 г. переданы в КБ «Арсенал» - основному разработчику советских разведывательных КА с ЯЭУ. Но и здесь речь идет пока только об аванпроекте до 2024 г.(фактически, научное исследование), следующим этапом которого предполагаются уже собственно ОКР. И пусть читателей не смущает утекшие в сеть в сентябре 2020 г. фотографии сборки функционального прототипа ТЭМ в цехах КБ «Арсенал» - там нет ни реактора, ни блока функциональных механизмов турбомашинного преобразователя, а модуль полезной нагрузки с ионными двигателями – скорее всего является обычным массогабаритным аналогом. То есть фактически речь шла только о центральной части КА - раздвижных сетчатых конструкциях с радиаторными панелями (однако и это уже хорошо, но путь от функционального прототипа до серийного образца может занимать годы).

Сборка функционального прототипа ТЭМ в цехах КБ «Арсенал», сентябрь 2020 г. Источник: КБ «Арсенал»

Часть 5. Американский аналог ТЭМ «Зевс»: опыт США

Что касается американцев, которых упомянул в своем выступлении А.Блошенко, то они действительно в 1992 г. приобрели у России две ЯЭУ «Енисей» («Топаз-2», электрическая мощность 4,5-5,5 кВт) на основе термоэмиссионного преобразования. Помимо их всестороннего изучения предполагалось проведение наземных испытаний, но в 1996 г. проект был закрыт, хотя идея осталась витать в воздухе.

В настоящее время работы над ЯЭУ продолжаются в Исследовательском центре Гленна. Так в ноябре 2017 г. начались испытания демонстрационного прототипа установки Kilopower с электрической мощностью 1-10 кВт и предназначенной в основном для энергообеспечения марсианской базы (ресурс работы 10 лет). В 2018 г. были успешно проведены испытания реактора «в металле» с технологией KRUSTY (конвертация тепла в электроэнергию по принципу двигателя Стирлинга) – реактор проработал 20 часов, пиковая мощность составила около 5,5 кВт. На официальном сайте проекта говорится о планах по созданию реактора уже для Луны во второй половине 2020-х гг. Обращает внимание небольшая мощность американского реактора по сравнению с российскими разработками (для аналогичных целей в российском НИКИЭТ велись разработки реакторов мощностью 25-500 кВт). Как возможное объяснение – американцы пошли по пути максимального упрощения и облегчения конструкции (замкнутая газовая конструкция Стирлингов эффективнее и проще, чем турбоэлектрические преобразователи) для возможности модульного сбора из них энергоустановок требуемой мощности (вес установки для 1 кВт 300 кг, для 10 кВт - 1,5 т). Так для марсианской базы потребуется целый стек таких малогабаритных реакторов – не менее четырех даже в минимальной конфигурации базы (требуется 40 кВт).

Что же касается разработки аналогичного по мощности ТЭМ реактора мегаваттного класса, то такие работы в США тоже велись (проект Prometheus в 2005-2006 гг.), но были прекращены ввиду неразрешимых на тот момент технических сложностей и прекращения финансирования. На основе этого проекта NASA планировало очень схожую миссию к лунам Юпитера (Jupiter Icy Moons Orbiter, JIMO). Проект основывался на использовании ядерного реактора, термоэлектрического преобразователя и ионных двигателей мощностью 30 кВт и импульсом 7000 с. Предполагалась миссия длительностью от 6 до 10 лет. Общая масса КА должна была составить 36 т (из них 12 т приходилось на топливо, Ксенон), электрическая мощность реакторной установки 200 кВт, масса полезной нагрузки 1,5 т. Интересно, что научные задачи перед миссией стояли те же, что и озвученные А.Блошенко – сканирование трех спутников Юпитера полноценным мощным радаром для вскрытия подледной обстановки и оснащение его мощным широкополосным передатчиком для сброса данных на Землю.

Project Prometheus и миссия Jupiter Icy Moons Orbiter. Бросается в глаза прямое сходство с ТЭМ. Источник: NASA

Такая схожесть, наряду с практически идентичным внешним обликом и техническими решениями навевает на совместный характер такого проекта, или, по меньшей мере, каких-то контактов по нему между NASA и «Роскосмосом» (либо с основным субподрядчиком Boeing). Возможно, мы еще предложим американцам поучаствовать в нашей миссии к Юпитеру, если все-таки проекта ТЭМ будет реализован. В любом случае, у нас появляется мощный козырь в рукаве при переговорах об участии России в лунных, марсианских и миссиях к дальним планетам Солнечной Системы со всеми международными партнерами, будь то NASA, EKA, китайцы или японцы.

Часть 6. Выводы, оценка проекта ТЭМ «Зевс» и его перспективы

Если проект ТЭМ «Зевс» удастся реализовать, это станет настоящим прорывом в развитии мировой космонавтики. Речь идет не столько о межорбитальном буксире, сколько об основе для создания универсальной платформы с ядерной электростанцией на борту и возможностью модульной полезной нагрузки для возвращения на Луну, освоения Марса и начала реального исследования внешних планет Солнечной системы и дальнего космоса в целом. На основе ТЭМ также возможно создание космической станции, межпланетного ретранслятора, КА военного/разведывательного назначения. Использование связки ЯЭУ-ионные двигатели дает возможность преодолеть порог скорости химических ракетных двигателей и на порядок снизить массу требуемого топлива (удельный импульс химических ракетных двигателей составляет 3-4,5 км/с, в то время как ЭРД для межпланетных задач на порядок выше, 40-60 км/с). Они медленно разгоняются, но чем дальше расстояния, тем они предпочтительнее. К Марсу он долетит за 1,5 месяца против 6-8 месяцев с ткущими возможностями ракетных двигателей.

При этом высокая энерговооруженность ТЭМ (470 кВт, для сравнения, у всей МКС это 80 кВт, у марсианского ретранслятора MRO или «Экзомарса» - по 2 кВт), позволит провести зондирование самых интересных спутников Юпитера, на которых из-за подледных океанов может существовать жизнь (если на Марсе толщина полярной шапки была около 3-4 км, то на Европе толщина льда уже до 30 км).

На готовность «Роскосмоса» сделать ТЭМ в «железе» к 2030 г. указывает госконтракт на аванпроект с КБ «Арсенал», факт начала сборки функционального прототипа КА, анонс первой миссии на основе ТЭМ к лунам Юпитера. Основная часть работ была проведена на этапе НИОКР в 2010-2018 гг. (по реактору, турбомашинной установке и самому КА), а неразрешенные тогда трудности вылились в понижение технических требований до реально достижимых. Это 2-х кратное снижение мощности из-за необходимости использования радиаторов с твердой излучающей поверхностью, снижение САС с 10 до 2,5 лет из-за реальных возможностей турбомеханического преобразователя, а также использование ионных двигателей ИД-500, прошедших огневые стендовые испытания.

Основная сложность проекта связана с его революционностью, слишком много в нем принципиально новых технических решений, которые требуется еще испытать в составе всего комплекса и подтвердить возможность безотказность работы в условиях космоса в течение многих лет. Именно по этой причине американцы в свое время отказались от реализации аналогичного проекта Prometheus и JIMO — миссии к Юпитеру на его основе. Да, они не прекратили работы над ЯЭУ для космоса, но сделали выбор в пользу небольшого реактора для обслуживания лунной/марсианской базы. И в отличие от реактора для ТЭМ, существующего пока только в виде отдельных элементов, Kilopower в итоге был собран «в железе» и испытан.

В случае успеха ТЭМ может стать железным аргументом при переговорах об участии России во всех международных космических программах от возвращения на Луну и освоении Марса до изучения внешних планет и дальнего космоса. Удастся или нет, пока большой вопрос, - слишком сложный и новаторский получается проект, каждый элемент которого еще предстоит испытать в составе всего комплекса.