Советские и американские ученые разрабатывали ракетные двигатели на ядерном топливе с середины XX века. Дальше прототипов и единичных испытаний эти разработки не продвинулись, но сейчас единственная ракетная двигательная установка, которая использует ядерную энергию, создается в России. «Реактор» изучил историю попыток внедрения ядерных ракетных двигателей.
Когда человечество только начало покорять космос, перед учеными встала задача энергообеспечения космических аппаратов. Исследователи обратили внимание на возможность использования ядерной энергии в космосе, создав концепцию ядерного ракетного двигателя. Такой двигатель должен был использовать энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
В СССР уже в 1947 году начались работы по созданию ядерного ракетного двигателя. В 1953 году советские специалисты отмечали, что «использование атомной энергии позволит получить практически неограниченные дальности и резко снизить полетный вес ракет» (цитата по изданию «Ядерные ракетные двигатели» под редакцией А.С. Коротеева, М, 2001). Тогда двигательные установки на ядерной энергии предназначались, в первую очередь, для оснащения баллистических ракет, поэтому интерес правительства к разработкам был большим. Президент США Джон Кеннеди в 1961 году назвал национальную программу по созданию ракеты с ядерным ракетным двигателем (Project Rover) одним из четырех приоритетных направлений в завоевании космоса.
Реактор KIWI, 1959 год. Фото: NASA.
В конце 1950-х американские ученые создали реакторы KIWI. Они много раз были испытаны, разработчики сделали большое количество модификаций. Часто при испытаниях происходили неудачи, например, однажды произошло разрушение активной зоны двигателя и обнаружилась большая утечка водорода.
В начале 1960-х как в США, так и в СССР были созданы предпосылки для реализации планов по созданию ядерных ракетных двигателей, но каждая страна шла своей дорогой. США создавали много конструкций твердофазных реакторов для таких двигателей и испытывали их на открытых стендах. СССР вел отработку тепловыделяющей сборки и других элементов двигателя, готовя производственную, испытательную, кадровую базу для более широкого «наступления».
Схема ЯРД NERVA. Иллюстрация: NASA.
В США уже в 1962 году президент Кеннеди заявил, что «ядерная ракета не будет применяться в первых полетах на Луну», поэтому стоит направлять средства, выделяемые на освоение космоса, на другие разработки. На рубеже 1960-1970-х были испытаны еще два реактора (PEWEE в 1968 году и NF-1 в 1972 году) в рамках программы NERVA. Но финансирование было сосредоточено на лунной программе, поэтому программа США по созданию ядерных двигателей сокращалась в объеме, и в 1972 году была закрыта.
Фильм NASA про ядерный реактивный двигатель NERVA.
В Советском Союзе разработки ядерных ракетных двигателей продолжались до 1970-х годов, а руководила ими известнейшая ныне триада отечественных ученых-академиков: Мстислав Келдыш, Игорь Курчатов и Сергей Королев. Они оценивали возможности создания и применения ракет с ядерными двигателями достаточно оптимистично. Казалось, что вот-вот, и СССР запустит такую ракету. Прошли огневые испытания на Семипалатинском полигоне — в 1978 году состоялся энергетический пуск первого реактора ядерного ракетного двигателя 11Б91 (или РД-0410), потом еще две серии испытаний — второго и третьего аппаратов 11Б91-ИР-100. Это были первые и последние советские ядерно-ракетные двигатели.
М.В. Келдыш и С.П. Королев в гостях у И.В. Курчатова, 1959 г. Источник: М.В. Келдыш. «Творческий портрет по воспоминаниям современников». М.: Наука, 2002.
Также в 1960-е и 1970-е советскими учеными велись разработки ядерных двигателей с газофазным реактором и двигателей и энергетических установок с преобразованием ядерной энергии в электрическую. Но такие двигатели не были созданы. Кроме того, ученые придумывали еще много разных видов двигателей на ядерном топливе, но реализовать это в связи с большим числом технических трудностей не удалось.
Но в начале 1980-х разработчикам двигателей и ученым, причастным к исследованиям использования ядерного топлива для ракет, стало окончательно ясно, что ядерные ракетные двигатели в качестве маршевого двигателя космических аппаратов найти применение в перспективе ближайших десятилетий не сможет. Первоначальную эйфорию вытесняло понимание того, что за достижение высоких показателей ядерных двигателей придется дорого заплатить. Нужны было найти решения многих проблем в материаловедении, металлургии, теплотехнике, прочности, радиационной и вибрационной стойкости материалов, испытательной и измерительной технике. Это требовало огромных человеческих, финансовых и временных ресурсов.
Фильм о советском ядерном реактивном двигателе.
К тому же, существенный прогресс в разработке высокоэффективных жидкостных ракетных двигателей на химическом топливе был очевиден — все необходимые в пределах околоземного пространства оборонные задачи решались без ядерной энергии. Это обстоятельство в значительной степени лишило военных и политиков интереса к ядерным двигателям, оставив для их применения лишь сферу научного исследования космоса, что само по себе, немало, но позиции нового направления ракетного двигателестроения существенно ослабляло. Ученые остались без поддержки «сверху».
Наконец, задачи по пилотируемым полетам к планетам Солнечной системы, крайне актуальные в 1960-1970-е, были перенесены на неопределенное время, а проблему с обеспечением нужного уровня радиационной безопасности при эксплуатации космических ядерных установок не удавалось решить. Последнее обстоятельство сыграло едва ли не главную роль в фактическом замораживании отечественных работ по ядерным ракетным двигателям.
Но попытки внедрения ядерной энергетики в космические двигательные установки на этом не закончилась. Ученые в разных лабораториях продолжали думать про ядерные ракетные двигатели и в 2009 году две российские госкорпорации, «Росатом» и «Роскосмос», начали разрабатывать ядерную энергодвигательную установку. Предполагается, что уже в 2018 году «Росатом» представит опытный образец ядерного реактора для нового космического двигателя.
Фото анонса: NASA
