Космічний ведмідь з бомбою. Навіщо в Росії заговорили про АЕС на орбіті

Нещодавно на російських сайтах з'явилася новина: "Роскосмос" планує розробку орбітальної атомної станції. Небачений космічний корабель буде постачати енергією супутники на відстані, передаючи енергію за допомогою лазерних променів.

Як повідомляли "Известия", технічне завдання на науково-дослідну роботу за проектом орбітальної атомної електростанції отримало Санкт-Петербурзьке конструкторське бюро "Арсенал". Його фахівці повинні досліджувати можливі варіанти застосування космічного апарату для вирішення завдань спрямованої передачі енергії лазерним випромінюванням. Генерувати енергію на борту станції повинен атомний джерело, розробка якого ведеться ще з 2010 р. До кінця 2018 р. КБ "Арсенал" має надати "Роскосмосу" вигляд і характеристики станції, варіанти її розміщення на різних орбітах, схеми виведення в космос і питання забезпечення безпеки в разі нештатних ситуацій.

Але наскільки доцільно таке рішення для сучасної космонавтики?

На чому працюють у космосі

Робота сучасних космічних кораблів - від супутників зв'язку до пілотованих міжпланетних апаратів і дослідних станцій - немислима без електроенергії. Вже багато десятиліть ідеальним варіантом енергопостачання супутників є сонячні батареї. Виняток - низькоорбітальні супутники-шпигуни і міжпланетні станції.

Сонячні батареї низькоорбітальних апаратів, якими є більша частина супутників-шпигунів, швидко деградують від взаємодії з земною атмосферою. Крім того, переміщаючись по низькій орбіті з величезними "лопухами" електростанцій, супутники гальмуються через тертя в атмосфері, що сильно знижує термін їх служби. Сонячні батареї нічого не генерують в тіні планети, а запасу ємності акумуляторів супутника може і не вистачити на "нічний період".

У міжпланетних космічних станцій інша проблема. Їх політ проходить настільки далеко, що випромінювання сонця до них практично не доходить. Наприклад, в районі орбіти Нептуна настільки темно, що для збереження ефективності площа сонячних батарей необхідно збільшити в 900 разів порівняно з орбітою Землі.

Тому для далекого космосу, атомна енергетика поки залишається єдиним варіантом енергопостачання. Ідея відправити в космос справжній ядерний реактор опрацьовувалася з моменту початку розвитку космонавтики. Створенням ядерних енергоустановок для забезпечення енергією космічних апаратів займалися як США, так і СРСР.

SNAP-10A

Першим у світі ядерним реактором, який успішно використовували в космосі, був американський SNAP-10A. 3 квітня 1965 р. американська ракета-носій Atlas вивела на орбіту космічний апарат Snapshot, оснащений цим реактором.

Теплова потужність реактора SNAP-10A становила 40 кВт, а ось електрична потужність - всього близько 500 Вт. Ось такий "значний" ККД на 1%. Передбачалося, що випробування реактора на орбіті триватимуть як мінімум 90 днів, але апарат припинив своє функціонування через серії відмов вже на 43-й день.

Для американців SNAP-10A залишився першим і останнім апаратом з ядерним реактором, що побувала в космосі. Однак США продовжують активні розробки в цьому напрямку.

"Ромашка" і "Бук"

Експерименти з радянським космічним реактором "Ромашка" почали проводити 14 серпня 1964 р. Потужність була така ж, як і у SNAP-10A , а ось ККД був вище американського аналога. Тим не менше далі наземних експериментів справа не пішла, і реактор "Ромашка" так ніколи і не був використаний в космосі.

Але вже 3 жовтня 1970 р. з космодрому "Байконур" було запущено космічний апарат "Космос-367", оснащений ядерною енергетичною установкою БЕС-5 "Бук" (не плутати з зенітним ракетним комплексом).

Перший апарат морський космічної системи розвідки і цілевказівки серії УС-А знаходився на орбіті всього 110 хв., після чого виникла серія нештатних ситуацій. По команді з Землі супутник був негайно виведений на орбіту поховання, так як температура першого контуру реактора виявилася вище допустимої, що говорило про серйозної аварії - розплавлення активної зони реактора. В ході розслідування виявили, що збирачі супутника неправильно встановили термопару на реакторі.
Після доопрацювань СРСР запустив і використовував 32 супутника подібної конструкції.

Останній запуск радянського апарату з ядерною енергетичною установкою відбувся 14 березня 1988 р. І хоча політ пройшов нормально, але від експлуатації апаратів з ядерної енергетичної установки було вирішено відмовитися. З одного боку, США та міжнародні організації вимагали від СРСР "припинити забруднення космосу". А з іншого боку, низькі технічні характеристики таких ядерних реакторів були надто очевидними. До того ж енергетична ефективність сонячних батарей постійно підвищувалася.

Атомна мусорка

В чому ж полягає "забруднення космосу", якщо космічні апарати літають на орбітах висотою в сотні кілометрів, а, зійшовши з орбіти, згорають в атмосфері?

Показова подія сталася 24 січня 1978 р. У цей день "Космос-954" - радянський супутник-розвідник з ядерним реактором на борту - увійшов в щільні шари атмосфери. "Космос-954" зміг пропрацювати в штатному режимі близько місяця, а потім наземні служби управління несподівано втратили над ним контроль. Вивести на більш високу орбіту для поховання його не вдалося, і він почав поступово знижуватися.

Падіння супутника викликала радіоактивне зараження частині Північно-Західних територій Канади. Близько сотні радіоактивних уламків впала на територію площею понад 100 тис. кв. км. В деяких місцях падіння уламків було зафіксовано випромінювання в 200 рентген/ч. Радянська сторона вважала зараження незначним, а ось американці і канадці повідомляли про значне радіоактивне забруднення. Ситуацію врятувало те, що територія була малонаселена, і по щасливою випадковості жертв серед населення не було.

Падіння радянського супутника-шпигуна з ядерним реактором і радіоактивне зараження території країни, що входить в НАТО, викликало грандіозний міжнародний скандал. Під тиском міжнародних організацій уряд СРСР змушене було офіційно визнати факт запуску супутників з ядерними реакторами. СРСР виплатив Канаді компенсацію за забруднення території радіоактивними залишками супутника. Сума точно невідома, але, швидше за все, мова йде про цифри від $3 до 7,5 млн.

Крім того, СРСР довелося майже на три роки відмовитися від подібних запусків супутників і додатково удосконалити систему радіаційної безпеки космічних апаратів з ядерним реактором. За весь час використання космосу людиною число серйозних інцидентів, пов'язаних з мирним атомом у космосі, обчислюється десятками.

Мирний атом у космосі

Незважаючи на те, що запуск на орбіту супутників з ядерними реакторами припинений, атомну енергію продовжують використовувати в космосі. Космічні апарати для дослідження далекого космосу, деякі глибоководні апарати, навігаційні маяки і метеостанції, встановлені у важкодоступних територіях, - всі вони використовують радіоізотопні джерела.

Головна відмінність радіоізотопного джерела енергії від атомного реактора в тому, що в радиоизотопном джерелі використовується не керована ланцюгова ядерна реакція, а енергія природного розпаду радіоактивних ізотопів.

По суті, така "ядерна батарея" складається з активної зони, де виділяється тепло в результаті природного розпаду і термоелектронного перетворювача, який виробляє електрику. Радіоізотопні джерела мають гранично просту конструкцію і високу надійність, порівнянну з космічними ядерними реакторами. Незважаючи на більш високу потужність, космічні ядерні реактори значно важче ізотопних джерел. Невеликий і термін служби таких реакторів - всього близько року, а термін служби радіоізотопного джерела - 10-50 років.

Цей термін перевірений реальним часом експлуатації. Приміром, батарея космічної станції Voyager-1, запущеної в космос у 1977 р. до 2001 р. мала 315 Ват потужності замість проектних 420 Ват. За 24 роки роботи реальне зменшення потужності склало всього 25%.

Однак вартість таких джерел залишається дуже високою. Радіоізотопний генератор космічного апарату для дослідження зовнішніх областей Сонячної системи New Horizons вимагав для харчування 11 кг плутонію вартістю близько $15 млн. Правда, сумарна вартість проекту становила $650 млн. Так що ціна палива і генератора складала лише невелику частину витрат.

АЕС на орбіті

Крім очевидних проблем з ефективністю і надійністю атомного реактора, виникає друге питання - як доставити енергію споживачам? Низька ефективність атомного реактора в даному випадку множиться на низьку ефективність перетворення електрики в лазерне випромінювання. Потім слідують втрати при передачі енергії лазера на величезні космічні відстані. І нарешті, прийом випромінювання лазера і перетворення його енергії назад в електрику.

У 2009 р. НАСА проводило конкурс на передачу енергії лазером. Перше місце і приз в $900 тис. отримала компанія LaserMotive, продемонструвавши власну розробку. Система LaserMotive передавала електрику за допомогою лазера на відстань 1 км з 10% ККД.

Хоч у космосі і немає атмосфери, яка викликає розсіювання променя, але відстані там точно будуть зовсім інші. Для передачі енергії за допомогою лазера необхідна пряма видимість між передавачем і приймачем, а також чітке позиціонування променя. Супутники постійно потребують корекції їх орбіт, а для ефективної роботи з передачі енергії потрібно буде коригувати не один супутник, а цілу групу. Крім того, якщо така АЕС відмовить, вона "вимкне" відразу кілька супутників.

Експерти ініціативи "Роскосмосу" оцінюють дуже скептично. "Що простіше: поставити на супутник традиційні сонячні батареї або забезпечувати взаємне маневрування двох апаратів для утримання лазерного променя?" - відзначає науковий керівник Інституту космічної політики Іван Моїсеєв. Втрати електроенергії при перетворенні її в світловий промінь, а потім назад будуть настільки великі, що технологія виявиться економічно невигідним. З урахуванням постійного урізання бюджетів "Роскосмосу", подібні розмови - не більше, ніж спроба "побрязкати зброєю", нагадати про те, що Росія все-таки космічна держава. І налякати світ "російським ведмедем з ядерною бомбою", що загрожує всьому цивілізованому світу з космосу.