Главная Наука и технологии 00:10 23 Декабря 2016 13236
Все грани «Топаза»

Российские ученые успешно работают над уникальной ядерной энергетической установкой, которая поможет человечеству выбраться в дальний космос

Виталий Головачев, обозреватель «Труда»

В начале февраля 2017-го отечественная атомная промышленность отметит 30-летие мирового научно-технического достижения, устремленного в будущее. Именно оно в XXI веке открывает перед космонавтикой новые перспективы. А тогда, 2 февраля 1987 года, СССР вывел на околоземную орбиту спутник «Космос-1818», на борту которого находилась первая в мире космическая термоэмиссионная ядерная энергетическая установка «Топаз».

Атомные и радиоизотопные энергетические установки запускались в космос еще с 1965 года. Но «Топаз» использовал принципиально иную, куда более эффективную схему преобразования тепловой энергии в электрическую. Между прочим, подобных ядерных реакторов, отправленных за пределы Земли, нет в мире до сих пор. А между тем именно это направление, как считают ученые, откроет путь в дальний космос пилотируемым и грузовым кораблям в обозримые десятилетия.

Как удалось нашим ученым и конструкторам опередить на десятки лет коллег из других стран? Почему «Топазы» и сегодня являются нашей гордостью? Продолжаются ли работы в этом направлении? Какие удивительные проекты могут появиться завтра или послезавтра? Ответить на эти вопросы я попросил главного научного сотрудника знаменитого Государственного научного центра РФ — Физико-энергетического института имени А.И. Лейпунского в Обнинске (ГК «Росатом»), доктора технических наук, профессора Валерия ЯРЫГИНА.

На его счету сотни научных работ, 15 изобретений и патентов. Выпущенная им вместе с коллегами 350-страничная монография «Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии» — не только замечательный учебник для студентов, но и эксклюзивное издание, наиболее полно рассказывающее о смелом научном поиске наших ученых и конструкторов в некогда абсолютно закрытой сфере атомной промышленности.

— Заманчивые идеи использования ядерных энергоустановок в космосе появились еще в 1960-е, — начинает рассказ Валерий Иванович. — Работы тогда велись и в США, и у нас. Главная трудность — ограничения по весу и размерам. В земных условиях тепло, получаемое в ядерном реакторе, нагревает воду, и образующийся пар поступает на лопасти турбины, а далее генератор вырабатывает электричество. Такую схему машинного преобразования энергии можно использовать и в космосе. Но наш выдающийся ученый Александр Ильич Лейпунский предложил исключить промежуточные звенья, начать работы по прямому преобразованию тепловой энергии в электрическую. Потребовалось немало времени, чтобы решить эту чрезвычайно сложную задачу. И в итоге непосредственно к ядерному реактору прикрепляются провода, по которым течет электрический ток. Нет ни парогенераторов, ни турбин. Именно эта схема используется в «Топазе», который все еще остается непревзойденным мировым достижением. В США в 1970-1980-е работы по созданию термоэмиссионных космических реакторов-преобразователей велись в течение двух десятилетий, но до успешного финиша им добраться не удалось.

Как же возникает ток в ядерном реакторе? В основе — известный из школьных учебников эффект термоэмиссии. Если один электрод имеет высокую температуру, а другой — более низкую, то между ними при компенсации объемного заряда ионами цезия возникает электродвижущая сила и генерируется электрическая мощность. Теперь возьмем две металлические трубки. Одна, у которой диаметр поменьше, вставлена в другую. Внутренняя трубка заполняется таблетками двуокиси урана. Во время ядерной реакции она разогревается примерно до 1600 градусов Цельсия. А внешняя трубка — охлаждается жидким натрий-калиевым сплавом до 600 градусов. Между ними и возникает ток, когда электрическая цепь замкнута.

Конечно, это очень условная, упрощенная схема — чтобы не особо сведущий в технике читатель мог понять принцип. На самом деле «Топаз» — сложная и уникальная конструкция. Ученым удалось создать космический ядерный реактор-преобразователь массой около 900 кг. Активная зона вообще могла бы уместиться в рюкзаке: диаметр 28, длина 36,4 см. Наконец, урана-235, который использовался в качестве ядерного топлива, требовалось лишь 11,5 кг. Но при этом тепловая мощность составляла 130-150 киловатт, а электрическая — от 5 до 7. В активной зоне находилось 79 электрогенерирующих каналов.

— Для испытаний этой ядерной энергетической установки был построен не имевший аналогов испытательный комплекс, — продолжает профессор Ярыгин. — Вакуумная камера из алюминиевого сплава высотой с трехэтажный дом располагалась в бетонном колодце глубиной 14 метров. С помощью мощных насосов, откачивающих в ней воздух, создавался вакуум, близкий к космическому. Водяная система охлаждения камеры отводила тепло, которое сбрасывалось на ее стенки работающим реактором, а также холодильником-излучателем «Топаза». С 1970 по 1984 год были проведены наземные ресурсные испытания семи прототипов ядерной установки. Некоторые испытания длились два-три месяца, другие от 208 до 306 суток.

Только после всесторонних проверок, подчеркивает Валерий Иванович, когда появилась уверенность в надежности конструкции, было принято решение отправить «Топаз» на радиационно безопасную орбиту (высотой около 800 км) для летно-конструкторских испытаний. Первая ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) отработала в космосе на космическом аппарате «Плазма-А» (тогда «Космос-1818») около пяти месяцев. Вторая ЯЭУ была запущена 10 июля 1987-го и летала почти год.

Спрашиваю ученого, почему больше не отправляли в космос термоэмиссионные реакторы-преобразователи, по которым наша страна вырвалась далеко вперед.

— Да потому, что тогдашние руководители страны взяли курс на сворачивание этих и многих других перспективных работ в атомной и космической сферах, — отвечает мой собеседник. — Затем наступили безденежные 90-е. И только в 1998-м премьер-министр Виктор Черномырдин подписал постановление № 144 «О концепции развития космической ядерной энергетики в России». Это стало важным позитивным сигналом. Но даже в самые тяжелые годы, — замечает Валерий Иванович, — работы по космическим ядерным энергоустановкам мы не прекращали. А с 2000-х исследования расширились. На сегодняшний день мы продвинулись значительно. Позади остались ЯЭУ первого поколения, впереди — второго и нового поколений: В 2016-м был сделан важный шаг по разработке новых космических и наземных ядерных установок. По сравнению с другими энергетическими конструкциями термоэмиссионные ЯЭУ имеют существенные преимущества. У них, безусловно, большое будущее. Для примера: имеющийся задел позволяет собрать и испытать в кратчайшие сроки прототип термоэмиссионного реактора-преобразователя с электрической мощностью до 1 МВт. И это для начала. Мощность термоэмиссионных ЯЭУ можно довести до 1-6 МВт, а ресурс — до 10-15 лет. Это открывает путь для создания новых космических транспортно-энергетических модулей, напланетных энергетических систем.

Не открою Америку, если скажу, что без мощных, надежных, долговечных ЯЭУ невозможно будет реализовать проекты защиты Земли от астероидов, освоения Луны, очистки околоземного пространства от космического мусора. Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую может найти широкое применение и на Земле, например, при освоении арктических территорий. Впечатляющие прорывы в космической ядерной энергетике не за горами.

Штрихи

О собеседнике «Труда»

На счету профессора Валерия Ярыгина — сотни научных работ, 15 изобретений и патентов. Выпущенная им вместе с коллегами 350-страничная монография «Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии» — не только замечательный учебник для студентов, но и эксклюзивное издание, наиболее полно рассказывающее о смелом научном поиске наших ученых и конструкторов в некогда абсолютно закрытой сфере атомной промышленности.

Источник процессов, приведших к образованию столь гигантской структуры, находится на обратной стороне звезды и недоступен для наблюдения, отметили ученые 

Фото: https://ru.wikipedia.org

Гигантский протуберанец – плазменное образование, зародившееся на поверхности Солнца – сформировалось в ночь на четверг, 20 ноября и оторвалось от звезды. Об этом сообщили представители лаборатории солнечной астрономии Института...

Похоже, мыльный пузырь под названием «Самолет «Байкал» окончательно лопнул. Будут ли наказаны те, кто его надувал?

Анатолий Журин
Труд
Наши эксперты давно отмечали, что замена легендарному трудяге Ан-2 выбрана сомнительная. Фото: Роман Наумов/Ura.ru, globallookpress.com

Похоже, создатели легкомоторного самолета «Байкал» окончательно заигрались, выбивая под свой проект бюджетные миллиарды и раздавая обещания властям, партнерам и заказчикам. Наро-Фоминский машиностроительный завод подал...

Барри Уилмор и Сунита Уильямс вместо запланированных восьми дней были вынуждены провести на орбите полгода – из-за поломки корабля Starliner 

Фото: Фото: www.nasa.gov

Основатель американской космической компании SpaceX, миллиардер Илон Маск в очередной раз принял участие в записи подкаста популярного американского комика и телеведущего Джо Рогана. В ходе этой беседы он озвучил подробности истории с застрявшими...

Тремя днями ранее президент РФ Владимир Путин рассказал об испытаниях самого «Посейдона», прошедших «с огромным успехом»
Кадр видео Минобороны РФ

Атомная подводная лодка «Хабаровск» – носитель подводного оружия, в том числе роботизированных средств различного назначения и управляемых суперторпед «Посейдон» – спущена на воду в Северодвинске. Об этом...

Наука и технологии 00:01 / 21 Ноября 2025 3474
Технопарк

Инженеры изобрели дрон, работающий на солнечной энергии

Илья Щербаков, ведущий рубрики
Труд
Дрон, работающий на солнечной энергии. Фото из открытых источников

Люди всегда завидовали птицам, и вот 21 ноября 1783 года состоялся первый в мире полет человека на воздушном шаре, изобретенном братьями Монгольфье. С той поры человечество вполне освоилось в небе, но поискам...

Наука и технологии 00:01 / 07 Ноября 2025 3280
Технопарк

В Москве один из самых больших парков электробусов в мире

Илья Щербаков, ведущий рубрики
Труд
Фото: © Belkin Alexey, globallookpress.com

Вчера был, можно сказать, двойной праздник у российского транспорта. Напомню: 6 ноября 1930 года вступил в строй Московский автосборочный завод имени КИМ, который потом производил автомобили марки «Москвич». А спустя...

По опросам, более 20% наших граждан одобряют обход блокировок интернета - прежде всего молодежь

Евгений Акатов
Труд
Изображение: Freepik

Россиян все больше беспокоят блокировки мобильного интернета и звонков в привычных мессенджерах. А по опросам ВЦИОМа, 22% наших граждан одобряют обход блокировок в Сети — прежде всего молодые. В целом же...

В самоцвете, хранящемся в калининградском Музее янтаря, покоится букашка возрастом 37 миллионов лет

Владислав Ржевский, Калининград
Труд
Фото: Martin Siepmann/imagebroker.com, globallookpress.com

Под Калининградом добыт янтарь весом 2,374 кг. Его так и назвали — «Рекордсмен». Есть надежда, что в текущем году Калининградский янтарный комбинат поставит еще один рекорд: предприятие сможет впервые добыть...

Этот Ил-14 доживает свой век в Якутии

Ольга Лернер
Труд
Фото из открытых источников

Этот Ил-14 когда-то числился как «борт № 1», предназначенный для путешествий лидера СССР Никиты Хрущева. И оборудован был соответственно: мягкие кресла и диваны, большой стол, панели из благородного дерева. А теперь...

Ядерная авиация страны официально приняла ее на вооружение 10 ноября

Фото: @Armees_Gouv

Французские военные впервые продемонстрировали новую модификацию крылатой ракеты воздушного базирования с ядерной боевой частью ASMPA-R (Air-Sol Moyenne Portée Amélioré Renove). Как стало известно обозревателям TWZ,...

И эта штучка называется ИИ. Именно «искусственный интеллект» помог ворваться в топ-30 певице, которой не существует на свете

Надежда Гужева
Труд
Певица Ксания Моне и ее автор – поэтесса Талиша Джонс. Фото из открытых источников

Недавно в музыкальном мире разразился скандал. Певица Ксания Моне с композицией «Откуда мне было знать?» попала топ-30 в радиочартах Billboard. Казалось бы, что тут такого? Но все дело в том, что такой...

Также глава государства похвалил ракету «Буревестник»: использованные в ней ядерные технологии можно использовать и в мирной жизни 

Кадр видео Минобороны РФ

Российские военные накануне, 28 октября, провели испытания беспилотного подводного аппарата с ядерной энергоустановкой «Посейдон». Об этом в среду, 29 октября рассказал президент страны Владимир Путин в ходе посещения Центрального...

Как отметил президент России, мощность ядерной торпеды значительно превышает мощность межконтинентальной баллистической ракеты

Фото: пул Кремля, globallookpress.com

Мощность российского беспилотного подводного аппарата «Посейдон» значительно превышает мощность межконтинентальной баллистической ракеты «Сармат». Об этом, как передаёт РИА Новости, заявил президент РФ Владимир Путин. «Мощность...

Они поступали с кораблей, которые на самом деле находились совсем в других местах

Фото: Mc1 Kyle Steckler/U.S. Navy, globallookpress.com

В Балтийском море были зафиксированы сигналы кораблей-«призраков» - военных кораблей стран - членов НАТО, которые должны были находиться в других местах. Об этом сообщило финское издание Helsingin Sanomat со ссылкой на агентство...

По мнению ряда депутатов, такой шаг уменьшит зависимость российского сегмента интернета «от решений из недружественных стран» 

Фото: © Konstantin Kokoshkin, globallookpress.com

Группа депутатов Госдумы во главе с первым заместителем председателя комитета по информационной политике Антоном Горелкиным внесли на рассмотрение парламентариев законопроект об административных штрафах для владельцев отечественных сайтов за...

Речь идёт о наказании за нарушение требований закона об авторизации на сайтах и в приложениях

Фото: Наталья Шатохина/news.ru, globallookpress.com

Первый заместитель председателя комитета по информационной политике, информационным технологиям и связи Государственной думы Антон Горелкин объяснил смысл идеи ввести штрафы за авторизацию на российских сайтах через иностранные сервисы. По...





Подписаться

Еженедельная рассылка самых важных и интересных новостей от Труда. Без спама.

Подписаться
Спасибо!

Вы подписались на еженедельную рассылку от Труда. Мы пришлем Вам первый выпуск сегодня.

Порядок разделов

Для того, чтобы изменить порядок раделов, передвиньте их и установите в нужной последовательности

Сохранить
Спроси у юриста

Квалифицированные юристы помогут разобраться в правовых коллизиях вашей проблемы

Хотите получать уведомления о самых важных новостях от Труда?