Ядерный реактор на космическом аппарате, – решение не новое и достаточно спорное. И накопленный из полвека опыт эксплуатации реакторов космического назначения нельзя назвать обнадёживающим. Вес устройства велик. Как велик и вред, наносимый ввиду отсутствия какой-либо противорадиационной защиты излучениями даже необитаемым станциям… Тем не менее, будущее космонавтики немыслимо без бортовых АЭС.
В настоящий момент большинство атомных энергетических установок космического назначения не используют цепную реакцию, полагаясь лишь на тепло, выделяющееся при естественном распаде Стронция-90 или Плутония-238. Но такое решение уравнивает радиоизотопные источники с солнечными батареями, по крайней мере, в одном отношении: энергия извлекается не по потребности, а по возможности. Если требуется в какие-то моменты резко повышать её расход, например, включая мощный передатчик, нельзя было обойтись без аккумуляторов, подзаряжающихся в периоды относительного покоя. А это – лишний вес. И явный шаг назад. Так как выделившаяся ядерная энергия запасается в куда более «рыхлой» форме энергии химических связей.
Впервые ядерный реактор был выведен на орбиту ещё в 1965 году. Американская установка SNAP-10A смогла проработать 43 дня. Реактор на тепловых нейтронах использовал обогащённый до 10% Уран-235 в качестве горючего, гидрид циркония в качестве замедлителя и натрий-калиевый теплоноситель. Источник энергии мог выполнять возложенные на него задачи (в частности, питание ионного двигателя), но КПД, составлявший всего 1.5%, оставлял желать лучшего. Из 40 кВт выделяющейся энергии лишь 500-600 Вт переводилось в электрическую форму. SNAP-10A остался в истории, как единственный энергетический ядерный реактор, не способный обеспечить работу даже одного электрочайника.
Советский космический реактор «Бук», серийно производившийся с 1970 года, отличался чуть лучшими характеристиками. При тепловой мощности 100 кВт в электрическую форму переводилось 3 кВт. «Бук» предназначался для питания радиолокационной аппаратуры спутников-шпионов и представлял собой миниатюрный реактор на быстрых нейтронах. Соответственно, уран требовалось обогатить до 90%, а замедлитель не использовался, что позволяло снизить массу конструкции. Теплоносителем являлся тот же калий-натриевый сплав. КПД на уровне 3% объяснялся миниатюрностью устройства. Львиная доля энергии вырабатывавшаяся «Буками» и SNAP-ами уносилась продуктами распада за пределы космического аппарата.
В дальнейшем совершенствование реакторов космического назначения проводилось путём включения в конструкцию заимствованного у радиоизотопных источников термоэмиссионного преобразователя (проект «Топаз», 80-е годы), позволяющего повысить КПД до 5 или 6%. Но препятствия на пути широкого внедрения ядерных источников энергии остались весомыми. Масса реактора примерно на порядок больше, чем у радиоизотопной батареи. Надёжность существенно ниже. Например, SNAP-10A вышел из строя в результате сбоя управляющей аппаратуры, уничтоженной излучением самого реактора. И аварии подобного рода в космосе практически неизбежны, так как жесткие требования к минимизации веса не позволяют установить какую-либо противорадиационную защиту. Ионизирующее излучение из активной зоны, которое нельзя ни экранировать, ни, тем более, полностью поглотить и использовать, исключало использование реакторов на обитаемых космических кораблях.
Невелик и срок службы реактора, – всего около года. Ведь, извлечение отработанного горючего и перезаправка на орбите, если и возможны теоретически, – в случае создания специальных дистанционно управляемых автоматов, – то нерентабельны. Предельная же миниатюризация и упрощение конструкции реактора приводят к тому, что цепная реакция прекращается даже при незначительном падении содержания 235 изотопа. Лишь применение газообразного горючего, которое можно автоматически подавать в активную зону, позволит исправить ситуацию.
Но один год – это мало. Миссии космических аппаратов, направляющихся к Юпитеру, Сатурну, Плутону продолжаются куда дольше, и тут реактор не может составить конкуренцию радиоизотопному источнику энергии, способному проработать 30-40 лет, прежде чем генерируемая им мощность упадёт вдвое.
…То есть, проблем много. Как, впрочем, известны давно и их решения. Ведь причина проблем заключается в избыточной миниатюризации. Реактор не подходит для аппаратов, масса которых исчисляется тоннами. Современные проекты ядерных реакторов подразумевают создание энергетических установок массой 60-70 тонн. Они вышеуказанных недостатков иметь уже не будут.
