Главная Наука и технологии 00:10 23 Декабря 2016 12554
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.

О чем рассказал и что утаил в своих интервью космонавт Геннадий Стрекалов

Марина КРЮЧКОВА
Труд
Фото из открытых источников

40 лет назад, 11 апреля 1984 года, в СССР встречали очередной экипаж, вернувшийся с орбитальной станции «Салют». Тогда такое случалось чаще нынешнего, только успевай запоминать новые фамилии. В тот раз...

AirCar совершил дебютный полет с пассажиром

Илья Щербаков, ведущий рубрики
Труд
AirCar во время 35-минутного перелета из аэропорта Нитры в аэропорт Братиславы 28 июня 2021 г. Фото: © Cover Images, globallookpress.com

Среди всех майских праздников не забудьте и про этот: 3 мая отмечается Международный день Солнца. Он появился в календаре 20 лет назад для привлечения внимания общественности к солнечной энергии —...

Сегодня у каждого второго в ушах наушники, но многие слушают именно то, что раньше читали: книги

Максим Башкеев, спецкор «Труда»
Труд
Отечественный рынок аудиокниг бьет рекорды. Фото: Константин Кокошкин, globallookpress.com

Вы заметили, как много вокруг людей в наушниках? Такое ощущение, что все больше тех, кто хочет отключиться, остаться наедине с самим собой. Впрочем, ничего нового в этом нет. В былые времена в метро и трамваях...

Наука и технологии 00:08 / 12 Апреля 2024 5163
Технопарк

Стартует ежегодная общероссийская акция в защиту окружающей среды

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

15 апреля отмечается День экологических знаний, учрежденный ООН. Вот и в нашей стране в этот день стартует ежегодная общероссийская акция в защиту окружающей среды. Дело нужное и очень интересное, поскольку ученые...

Именно к этой фразе сводится большинство дискуссий об искусственном интеллекте

Сергей Беднов
Труд
Задавать вопрос, почему Екатерина Андреева не стареет, рановато. Пока. Фото: пресс-служба компании «Лукойл». globallookpress.com

По мнению одних, сначала тот лишит миллионы трудящихся работы. А позже придет к выводу, что люди ему только мешают, и нажмет на пресловутую «красную кнопку». Другие же полагают: нейросети —...

В свое время его создание стало поводом для возбуждения уголовного дела о распиле бюджета

Фото из открытых источников

Военнослужащие Вооруженных сил России нашли под землей пропавшую несколько лет назад скандально известную бронемашину «Азовец» украинского националистического вооруженного формирования «Азов» (запрещено в России как террористическая...

«Гробница действительно была «проклята», но биологическими методами, а не сверхъестественным образом», - выяснили исследователи 

Фото: www.en.wikipedia.org

Археологи и участники экспедиции, вскрывшие в 1922 году гробницу египетского фараона Тутанхамона, погибли в результате воздействия радиации. К такому выводу пришел ученый Росс Феллоуз, передает британское издание Daily Mail. «Гробница...

С высоких трибун уже не раз и не два звучали обещания создать достойную замену легендарному «кукурузнику»

Анатолий Журин
Труд
И покой самолету-трудяге только снится. Фото: Елена Майорова, globallookpress.com

На днях Юрий Трутнев, только что переназначенный на должность вице-премьера, сообщил депутатам, что производство легкомоторных многоцелевых самолетов «Байкал» начнется к концу 2025 года. И все бы ничего,...

17 мая отмечается Всемирный день электросвязи и информационного общества - профессиональный праздник «айтишников»

Илья Щербаков, ведущий рубрики
Труд
Фото: Bernhard Kreutzer/imagebroker.com, globallookpress.com

17 мая отмечается Всемирный день электросвязи и информационного общества — профессиональный праздник программистов, сисадминов, редакторов интернет-изданий и вообще всех работников IT-отрасли. Приурочен день к событиям...

Крупнейшая выставка авиатехники в Восточной Европе в последний раз проводилась в 2021-м; тогда за шесть дней были подписаны контракты на 265 млрд рублей 

Фото: © АГН Москва, globallookpress.com

Международный авиационно-космический салон (МАКС), который, согласно более ранним сообщениям, должен был пройти с 23 по 28 июля текущего года в традиционном для этого мероприятия месте – подмосковном городе Жуковский, – в этом году...

Дмитрий Песков оценил нецензурную подделку под его комментарий об интервью Дурова Такеру Карлсону 

Фото: http://kremlin.ru

Бороться с дипфейками в настоящее время полностью невозможно; сталкиваться с подобными проявлениями, так или иначе, придется всем. Поэтому все должны быть начеку. Об этом в среду, 8 мая заявил официальный представитель Кремля Дмитрий Песков,...

Немецкий танк был захвачен на Авдеевском направлении после того, как подорвался на мине

Кадр видео: страница Министерства обороны РФ в социальной сети «ВКонтакте»

Министерство обороны России опубликовало видеозапись, на которой запечатлены транспортировка и ремонт трофейного немецкого танка Leopard, который был захвачен российскими военнослужащими в ходе специальной военной операции. Об этом сообщается...

Накануне с российского космодрома «Восточный» состоялся дебютный запуск тяжелой ракеты-носителя «Ангара-А5» 

Фото: https://roscosmos.ru

Около 600 миллиардов рублей будет выделено из федерального бюджета РФ на создание отечественной сверхтяжелой ракеты для полетов на Луну и Марс. Об этом в День космонавтики, 12 апреля, журналистам сообщил вице-премьер, глава Министерства...

«В отсутствие ракет средней и большой дальности Украина полностью переходит на беспилотную войну», - отмечают немецкие обозреватели 

Фото: www.mil.gov.ua

Вооруженные силы Украины уже в этом году получат в свое распоряжение беспилотные летательные аппараты, способные наносить удары по целям, расположенным более чем в двух тысячах километров от места запуска. Об этом в пятницу, 5 апреля сообщает...

55 лет назад межпланетная станция «Венера-6» опустилась на Венеру

Труд
Фото: Автоматическая станция «Венера-6». НПО Лавочкина

1606 Восстание в Москве против поляков. На девятый день после венчания с Мариной Мнишек Лжедмитрий I убит и сожжен, его прах развеян выстрелом Царь-пушки. Марина Мнишек арестована. 1736 Российский сенат издал указ...

«Ситуацию на поле боя не может изменить одна система», - констатировал глава альянса 

Йенс Столтенберг. Фото: © Thierry Monasse, globallookpress.com

Американские истребители F-16 не способны стать для Украины «серебряной пулей» против российской армии. Об этом в интервью немецкому изданию Bild заявил генеральный секретарь НАТО Йенс Столтенберг. «Ситуацию...





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?