«Техника-молодежи» 1996 №11, с.40-41


ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗ «ЕНИСЕЯ»
РУССКИЙ ПРИОРИТЕТ. В 1969 г. красноярскому КБ прикладной механики было поручено создать космический аппарат, обеспечивающий телевизионную связь с отдаленными районами страны. Энергетическую установку к нему разрабатывали московский «Курчатник», ЦКБ машиностроения в Ленинграде и подольское НПО «Луч».

Электроэнергию на орбите, как правило, получают с помощью солнечных преобразователей. Эти «черные паруса» весьма романтично выглядят на фоне звезд, но имеют ряд недостатков, серьезность которых возрастает с развитием орбитальной техники. Не удовлетворяют космонавтов их малая производительность, срок службы и сложность ремонта. К тому же работа солнечных батарей определяется ориентацией аппарата по отношению к источнику энергии. А повышение их эффективности за счет увеличения площади поверхности приводит к большему аэродинамическому торможению и, как следствие, возрастанию расхода топлива на поддержание орбиты.

В конце 60-х американцы экспериментировали с термоэлектрическими преобразователями. Основанная на этом принципе конверсии энергии установка «SNAP-10А», проработав на орбите 50 дней, вышла из строя. И до сих пор, невзирая на альтернативные исследования, единственным способом энергодобычи для космических аппаратов в международной космонавтике остается «солнечный».

Но мы всегда идем своим путем! Запустив сперва аналогичную американской термоэлектрическую энергоустановку «Ромашка» и убедившись в ее малой эффективности для больших мощностей, наши ученые вспомнили о термоэмиссии.

Из школьного курса физики известно, что сильно разогретый материал начинает испускать электроны. Если замкнуть их с катода на анод и обеспечить нейтрализацию пространственного заряда в межэлектродном промежутке — возникает цепь, генерирующая ток. Его интенсивность пропорциональна температуре. А что будет, если нагреть материал катода ядерным топливом? Именно это и происходит в энергомодуле «Енисей» (позже переименованном в «Топаз-2»), который был запатентован как «закрытое» изобретение. (Подробнее об его устройстве см. «ТМ», № 5 за 1993 г.)

Какие же преимущества дала ядерная энергетическая установка (ЯЭУ)? При сопоставимом с солнечными преобразователями удельном весе — по габаритам она меньше их в несколько раз. А срок ее безаварийной непрерывной работы на орбите увеличивается до 3-5 лет.

В существующем 1000-килограммовом «Топазе-2» выходная мощность — 6 кВт; в перспективной модели «Топаз-3» (масса 3 т) выход энергии — 40 кВт. А в принципе уже сегодня технологически возможно создать ЯЭУ мощностью до нескольких МВт: настоящая энергетическая революция в космосе! Но спустимся на землю.

В разработке, отлаживании, сборке «Енисея» принимали участие тысячи людей и с десяток предприятий Союза. За 70-е гг. она прошла сотни стендовых испытаний на надежность, ресурс и другие параметры. Несколько подобных установок провели от полугода до года на орбите, где подтвердилась их управляемость, долговечность, совместимость ядерного устройства с остальными системами искусственного спутника. Несколько готовых комплектов ЯЭУ ждали отправки в составе штатных околоземных аппаратов на постоянную орбиту...

Но тут грянули перестройка и Чернобыльская авария. Естественно, финансирование проекта катастрофически сократилось, а затем и вовсе иссякло. Было похоже, что власть имущие решили покончить с космическими программами. Ученые и конструкторы, занимавшиеся «Енисеем», оказались перед дилеммой — или забыть о своих многолетних усилиях как о юношеских мечтах или пойти на...

СОТРУДНИЧЕСТВО с богатыми партнерами. Что они и сделали, создав совместно с коллегами из США в 1991 г. фирму «INERTEK» (интернациональные энергетические технологии). Председателем ее Совета директоров был избран академик Н.Н. Пономарев-Степной, а в состав Акционерного общества, кроме американской фирмы «ISP» и «Курчатовского института», вошли питерский ЦКБ машиностроения, подольский НИИ НПО «Луч» и НИИТП и НП «Энерготех» из Москвы. Предшествовал же всему доклад на одном из международных симпозиумов, где советским ученым было разрешено приоткрыть завесу над секретной ЯЭУ.

— Американцы, как мы и ожидали, вышли на нас сразу после окончания симпозиума, — рассказывает генеральный директор «INERTEK», профессор Вениамин Алексеевич Усов. — Выяснилось, что они тоже занимались разработкой отдельных элементов космической ЯЭУ, но до готовой установки не дошли. Фирма «Space Power ink.», которая предложила нам сотрудничество, трудилась над созданием реактивных двигателей для космоса, а ее директор Джозеф Ветч в свое время руководил работами по изготовлению орбитальной термоэлектрической ЭУ «SNAP — 10А».

— Однако бытует мнение, что создание, особенно с американцами, совместных предприятий в области высоких технологий — не что иное, как продажа в одностороннем порядке наших секретов...

— Секреты никуда не делись, — утверждает Вениамин Алексеевич. — Я знаю, что с недавних пор такое международное «сотрудничество» встречается. Но надо и ум иметь! У нас же порой или безоглядно разбазаривают все, что годами создавали, или, наоборот, сидят на разработках как собака на сене. А ведь любые достижения и секреты имеют свой «срок хранения», после чего устаревают и раскрываются самой жизнью. Так вот, создав АО с американцами, мы получили финансирование не только на развитие отечественной космической науки, но и на некоторые весьма важные «земные» прикладные программы. Что же касается установок «Топаз», то были заключены контракты на их исследования и испытания в Америке, без права разборки и копирования. Все приоритеты и производственные ноу-хау остались в России.

— Но ведь янки не альтруисты!
Металлокерамическая вращающаяся анодная рентгеновская трубка. Принципиальная схема.



Схема серно-натриевой батареи.

— Альтруизма тут, естественно, нет. Мы помогли им убедиться в реальности ядерной космической энергетики, тем самым избавив от затрат на работу в неверном направлении. К тому же, почерпнув довольно много полезного у своих американских коллег, мы смогли предложить перспективные совместные проекты. Например, гибридного источника энергии для космоса мощностью 20-50 кВт под «русским» названием ENISSEI (Energy Integration Space Stirling— Emission Yoke). В нем органично соединились «Топаз-2» и разработанный в рамках NASA новейший «двигатель Стирлинга». Еще требуются многочисленные эксперименты, но уже сейчас ясно, что осуществить этот проект независимо друг от друга было бы гораздо труднее.

После успешных наземных испытаний «Топаза-2» на стендах в Альбукерке (штат Нью-Мексико) в 1992-1993 гг. американские партнеры сами предложили нам летные испытания ЯЭУ в составе штатного спутника NASA. В эксперименте решалась очень важная для космонавтики проблема «самоподнятия» орбитального аппарата на геостационарную орбиту. «Топаз» позволяет это сделать, не прибегая к обычной в таких случаях помощи «доразгонных» блоков ракетоносителя. На борту американского спутника также предполагалось испытать различные электрореактивные двигатели, в том числе и российские, сделанные в Подольске.

К сожалению, старт с мыса Канаверал был отложен на несколько лет из-за временного моратория правительства США на использование ядерной энергии в космосе. Причина — давление «зеленых», связанное с «Чернобыльским синдромом»...

— Кстати, а как обстоят дела с безопасностью орбитальных ядерных установок?

— Во-первых, их надежность проверялась и дорабатывалась больше десяти лет. Использованы весьма хитроумные и вместе с тем технически простые решения. Например, в аварийных ситуациях бериллиевый отражатель, обеспечивающий «критичность» реактора, просто отваливается, и взрыв становится невозможным. Во-вторых, не забывайте, что космические аппараты с «Топазом» на борту — безлюдны, и что выработка ядерной энергии начинается только на высоких орбитах, удаленных на «радиационно безопасное» расстояние от Земли.

В будущем, если продолжится освоение космоса и не найдется нового эффективного и дешевого способа энергодобычи, ЯЭУ обязательно понадобятся. К примеру, они смогут «питать» спутники на орбитах Луны и Марса, стационарные базы там.

А еще в рамках «INERTEK» разрабатывается интересная технология совершенствования ядерных установок. Есть проект ракетоносителя «Атлас-2АС» с бимодальной (двухрежимной) ядерной энергетической установкой на борту, отличающегося очень хорошими летными и грузоподъемными характеристиками.

ЗЕМНЫЕ ПЛОДЫ «ТОПАЗА». Однако космические проекты, что бы там они не обещали, должны быть полезны уже сегодня. Короче: «космос далеко, а кушать хочется». Исходя из этих соображений, ученые «INERTEK» разработали широкую программу применения своих научно-технических достижений в «наземном» хозяйстве.

Действительно, реактор «Топаза» уже «дал» немало новинок, готовых к внедрению. Например, анодная металлокерамическая вращающаяся рентгеновская трубка для медицинской томографии и маммографии. Дело в том, что металлокерамика и уникальные монокристаллические материалы, разработанные для ЯЭУ, позволили значительно уменьшить влияние афокального рентгеновского излучения, повысить чистоту спектра. Это имеет важное значение при обследовании больных, особенно с подозрением на онкологию.

Или серно-натриевые аккумуляторы и батареи для автономного питания любой техники. При низкой стоимости реагентов они по эффективности намного превосходят традиционные щелочные, кислотные, никель-кадмиевые и прочие источники питания. Их удельная мощность достигает 180 Вт/кг, КПД — 90% , срок работы — 10 лет, при ресурсе до 1000 циклов.

Среди изделий, в основу которых положен «ядерно-космический» опыт, упомянем и одноэлементные электрогенерирующие каналы (ЭГК), используемые в электротехнике, мощный карманный аккумуляторный фонарь с галогенной лампой. Ему обрадуются спасатели, спелеологи, ремонтники, да и обычные потребители... Но, пожалуй, самая актуальная для нашей страны разработка — новый озоносберегающий хладагент «С1». Он запатентован и получил диплом и медаль на Брюссельском Международном салоне изобретений «Эврика-94».

Ведь не секрет, что до сих пор любые отечественные холодильные агрегаты работают на хладагенте «R12», запрещенном к производству международным сообществом. Россия, подписав конвенцию, попросила отсрочку из-за технологических сложностей. В этом году она истекает, и предприятия, не перешедшие на другие хладагенты, будут попросту закрываться. Фирма «Дюпон» сейчас активно «пробивает» у нас свой хладагент — вполне эффективный, но требующий радикальной реконструкции всех производственных линий отечественных заводов.

А созданный ядерщиками «С1» может заменить «R12» без всяких переделок на предприятиях. Им же можно заправлять после ремонта уже работающие холодильники. Добавим, что по стоимости «С1» сопоставим с фреоном, его холодильные свойства те же.

Как видим, российская космическая наука, несмотря на отсутствие масштабной государственной поддержки, способна не только «выживать», но и приносить ощутимую пользу.

Контактные телефоны АО «INERTEK» в Москве: 196-71-64, 196-79-93; Факс: 196-89-71; E-Mail: vauCadis.msk.su