Как ядерный буксир "Зевс" способен помочь РФ сделать рывок в ракетно-космической отрасли

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 60–70 раз выше — достигает 210 км/с. Ионные двигатели используют гораздо меньше рабочего тела — обычно это такие инертные газы, как ксенон или аргон, иногда пары ртути. К тому же они меньших размеров в сравнении с химическими и могут работать до нескольких десятков тысяч часов. 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 Итокава и обратно.

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 нашли ученые: нужно вывести в космос ядерный реактор.

Собственно, это и есть концепция ядерного буксира "Зевс", или, если более полно, транспортно-энергетического 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. Уже сегодня (чтобы, как и сам "Зевс", медленно разгоняясь, выйти на нужные космические скорости к 2028–2030 годам) необходимо проектировать возможные миссии и задачи для этого гигантского космического перевозчика, 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.