Обращение к сайту «История Росатома» подразумевает согласие с правилами использования материалов сайта.
Пожалуйста, ознакомьтесь с приведёнными правилами до начала работы

Новая версия сайта «История Росатома» работает в тестовом режиме.
Если вы нашли опечатку или ошибку, пожалуйста, сообщите об этом через форму обратной связи

Участники атомного проекта /

Зродников Анатолий Васильевич

Руко­во­ди­тель ВНИИАЭС по науч­ному раз­ви­тию, член кол­ле­гии ста­рейшин при пре­зи­ди­уме НТС «Роса­тома». В 1996-2010 г.г. - дирек­тор ФЭИ. Доктор физико-мате­ма­ти­че­ских наук. В прошлом - участ­ник совет­ской косми­че­ской ядерной про­граммы.
Зродников Анатолий Васильевич

Я окончил Москов­ский энер­гети­че­ский инсти­тут. По резуль­та­там сдачи экза­ме­нов и защиты диплома попал в первую пятерку, которой пред­ла­гался полный пере­чень мест, куда тре­бо­вались молодые спе­ци­али­сты, и право выбора любого из этих мест. Вос­поль­зо­вав­шись этим правом, я и выбрал ФЭИ. А там меня ждал подарок судьбы: я был зачи­с­лен в под­раз­де­ле­ние напра­в­ле­ния АН-7 «Косми­че­ская ядерная энер­гетика», которой я и посвятил более полу­века своей научной дея­тель­но­сти.

В годы холод­ной войны и гонки воо­ру­же­ний США пытались реали­зо­вать в космосе свою стра­те­ги­че­скую обо­рон­ную ини­ци­а­тиву, а Совет­ский Союз стремился ​урав­но­ве­сить ситу­а­цию. В то время про­блема ком­пак­т­ных и емких бор­то­вых энер­го­и­с­точ­ни­ков для решения серьезных задач в космосе встала во весь рост. Морской раз­ведке нужны были четкие изо­б­ра­же­ния из космоса. Раз­ре­ше­ние ради­оло­ка­ци­он­ного изо­б­ра­же­ния обратно про­пор­ци­о­нально ква­д­рату рас­сто­я­ния до объекта — ​чем больше рас­сто­я­ние, тем хуже кар­тинка. Нужное раз­ре­ше­ние дости­га­лось аппа­ра­турно, за счет элек­тро­ники. С ней были слож­но­сти. Космос — ​крайне непри­ят­ная среда для дели­кат­ной элек­тро­ники со сверх­чи­стыми мате­ри­а­лами. Высо­ко­энер­гети­че­ские частицы, косми­че­ская ради­а­ция повре­ждали и быстро выво­дили приборы из строя. Частично ком­пен­си­ро­вать недо­статки изо­б­ра­же­ния можно было за счет более мощного источ­ника питания для радара. Ученые пред­ло­жили сверх­ком­пак­т­ный, надеж­ный и, что осо­бенно важно, самый энер­го­ем­кий и самый мощный из извест­ных сегодня — ​ядер­ный реактор деления, спе­ци­ально спро­ек­ти­ро­ван­ный для работы в усло­виях глу­бо­кого косми­че­ского вакуума и микро­гравита­ции.

Ядерный космос начался с аме­ри­кан­цев. 3 апреля 1965 года они запу­стили SNAP‑10A. Это первый косми­че­ский реактор, а также первая — ​и един­ствен­ная — ​аме­ри­кан­ская ядерная энер­гети­че­ская уста­новка, побы­вав­шая в космосе. Она имела мощ­ность 500 Вт при массе около 500 кг и про­ра­бо­тала на около­зем­ной орбите 43 дня. В даль­нейшем косми­че­ская про­грамма США была пол­но­стью пере­о­ри­ен­ти­ро­вана на РИТЭГи — ​ра­ди­о­и­зо­топ­ные тер­мо­элек­три­че­ские гене­ра­торы. Действие этих устройств осно­вано на исполь­зо­ва­нии энергии от спон­тан­ного распада тяжелых ядер. А мы в том же году запу­стили свой корабль. Борт без ядерной энер­го­у­ста­новки, с хими­че­ским источ­ни­ком тока. Мы вели наземную отра­ботку эле­мен­тов ЯЭУ и сначала стреми­лись испы­тать в космосе основ­ную систему, то есть бор­то­вой ком­плекс с радаром, спо­соб­ным глобально кон­тро­ли­ро­вать аква­то­рию Миро­вого океана. Отла­жи­ва­лась часть, которая назы­ва­лась «полезный груз».

Первым совет­ским спут­ни­ком с тер­мо­элек­три­че­ской ЯЭУ был УС-А системы морской косми­че­ской раз­ведки и целе­у­ка­за­ния, выве­ден­ный на около­земную орбиту в октябре 1970-го. Ядерная энер­го­у­ста­новка назы­ва­лась БЭС‑5 БУК. Она содер­жала реактор на быстрых нейтро­нах теп­ло­вой мощ­но­стью 80 кВт и двух­сек­ци­он­ный тер­мо­элек­тро­ге­не­ра­тор сум­мар­ной элек­три­че­ской мощ­но­стью около 5 кВт. Масса всей уста­новки вместе с теневой защитой при­бор­ного отсека — ​около 1 т, габа­риты — ​4,5 м в длину, 1,2 м в диа­метре. Раз­ме­ща­лась она в носовой части корабля. Свыше 30 запусков косми­че­ских аппа­ра­тов серии УС-А были осу­ще­ст­в­лены с 1970 по 1987 год. Сегодня Россия — прак­ти­че­ски един­ствен­ная в мире страна, имеющая серьезный опыт соз­да­ния и экс­плу­а­та­ции косми­че­ских ЯЭУ.

Есть два основ­ных типа косми­че­ских ЯЭУ: ядерные элек­тро­энер­гети­че­ские и ядерные энер­годви­га­тель­ные. Рас­скажу о первом типе. Наи­бо­лее извест­ная косми­че­ская ЯЭУ БУК содер­жит ком­пак­т­ный мало­га­ба­рит­ный реактор, в актив­ной зоне кото­рого под­дер­жи­ва­ется цепная реакция деления ядер урана. Осколки деления, раз­лета­ясь в стороны, тор­мо­зятся в среде, при этом их кинети­че­ская энергия пре­об­ра­зу­ется в теп­ло­вую энергию нагретой актив­ной зоны реак­тора. Теп­ло­вая энергия с помощью теп­ло­но­си­теля отво­дится от актив­ной зоны и доста­в­ля­ется в пре­об­ра­зо­ва­тель, где пере­хо­дит в элек­три­че­скую с помощью тер­мо­элек­тро­ге­не­ра­тора. В двух кон­ту­рах уста­новки, реак­тор­ном и излу­ча­тель­ном, между кото­рыми рас­по­ла­га­ются батареи тер­мо­элек­три­че­ского гене­ра­тора, цир­ку­ли­рует жид­ко­метал­ли­че­ский натрий-кали­е­вый теп­ло­но­си­тель, про­ка­чи­ва­е­мый по кон­ту­рам сдво­ен­ным элек­тро­маг­нит­ным насосом. Цир­ку­ля­ция теп­ло­но­си­теля орга­ни­зо­вана таким образом, что горячий теп­ло­но­си­тель реак­тор­ного контура омывает горячие спаи батарей, а холод­ный теп­ло­но­си­тель излу­ча­тель­ного контура — ​холод­ные спаи батарей, и теп­ло­вой поток через тер­мо­элек­три­че­ский гене­ра­тор напра­в­лен от горячих спаев к холод­ным. Гене­ра­тор обес­пе­чи­вает прямое пре­об­ра­зо­ва­ние теп­ло­вой энергии в элек­три­че­скую. При раз­но­сти тем­пе­ра­туры на спаях воз­ни­кает элек­тро­дви­жу­щая сила, при замы­ка­нии на нагрузку в цепи про­те­кает элек­три­че­ский ток.

Как обес­пе­чи­ва­лась безо­пас­ность ЯЭУ? Конечно, такая уста­новка может при­ме­няться только на нео­бита­е­мом аппа­рате: нет кру­го­вой бетон­ной защиты, как на ста­ци­о­нар­ных ядерных реак­то­рах, т.к. бетон просто не поднять на орбиту. Но она там и не нужна, потому что в космосе нет атмо­сферы, а это озна­чает, что нейтроны, которые вылетают из реак­тора в вакуум, не тор­мо­зятся и не рас­се­и­ва­ются. Доста­точно так назы­ва­е­мой теневой защиты.

На стар­то­вой позиции и в про­цессе вывода косми­че­ского аппа­рата на около­земную орбиту реактор ядерной уста­новки нахо­дился в глу­бо­ко­под­кри­ти­че­ском состо­я­нии, то есть ни при каких обсто­я­тель­ствах, даже если корабль ава­рийно упадет на землю или в воду, реактор не может запу­ститься, само­под­дер­жи­ва­ю­ща­яся цепная реакция не может воз­ник­нуть. Только после выхода спут­ника на ста­ци­о­нар­ную рабочую орбиту по команде с Земли реактор выво­дился на номи­наль­ную мощ­ность систе­мой авто­ма­ти­че­ского упра­в­ле­ния. Далее уста­новка рабо­тает в пол­но­стью авто­ном­ном режиме до окон­ча­ния срока службы. Ради­а­ци­он­ная безо­пас­ность обес­пе­чи­ва­ется двумя систе­мами: основ­ной —для увода ЯЭУ на орбиту дли­тель­ного суще­ство­ва­ния и дубли­ру­ю­щей — осно­ван­ной на аэро­ди­на­ми­че­ском дис­пер­ги­ро­ва­нии топ­лив­ной ком­по­зи­ции с про­дук­тами деления и других мате­ри­а­лов с наве­ден­ной актив­но­стью в верхних слоях атмо­сферы Земли в случае отказа основ­ной системы.

После БУКа был ТОПАЗ. Каждый теп­ло­вы­де­ля­ю­щий элемент актив­ной зоны этого реак­тора одно­вре­менно был и элек­тро­ге­не­ри­ру­ю­щим эле­мен­том встро­ен­ного в него тер­мо­эмис­си­он­ного пре­об­ра­зо­ва­теля теп­ло­вой энергии в элек­три­че­скую. В этой уста­новке уже один контур основ­ной, а второй — ​от­кры­тый. Принцип действия тер­мо­эмис­си­он­ного пре­об­ра­зо­ва­теля подобен устройству для элек­трон­ной лампы-диода в гене­ра­тор­ном режиме: катод из молиб­дена с воль­ф­ра­мо­вым покры­тием, нагретый до высокой тем­пе­ра­туры, испа­ряет элек­троны, которые, пре­о­до­ле­вая запол­нен­ный цези­е­вой плазмой под низким дав­ле­нием межэлек­трод­ный про­ме­жу­ток, кон­ден­си­ру­ются на аноде. Элек­три­че­ская цепь замы­ка­ется через нагрузку. В космосе были испы­таны два ТОПАЗа на борту аппа­рата «Плазма-А». Все прошло успешно, но это уже было как раз перед запретом при­ме­не­ния ядерной энергии на низких орбитах. Также был раз­ра­бо­тан реактор-пре­об­ра­зо­ва­тель «Енисей», в актив­ной зоне кото­рого нахо­ди­лись не теп­ло­вы­де­ля­ю­щие эле­менты, а инте­граль­ные элек­тро­ге­не­ри­ру­ю­щие каналы. Он пред­на­зна­чался для работы в составе спут­ника непо­сред­ствен­ного теле­ви­зи­он­ного вещания «Экран-АМ», но в космосе не побывал, и проект был закрыт.

На сего­д­няш­ний день в США издан указ о про­дви­же­нии малых модуль­ных реак­то­ров для наци­о­наль­ной обороны и осво­е­ния космоса. В нем, в част­но­сти, гово­рится о том, что ядерные источ­ники энергии необ­хо­димы для иссле­до­ва­ния даль­него космоса, где сол­неч­ная энергия непрак­тична. Для изу­че­ния Луны, Марса и других планет США пла­ни­руют раз­ра­ботку модуль­ных реак­то­ров, НАСА будет изучать воз­мож­но­сти исполь­зо­ва­ния ядерных энер­гети­че­ских систем для иссле­до­ва­тель­ских миссий ​людей и роботов. Если гово­рить об обес­пе­че­нии энер­гос­наб­же­ния баз на Луне в случае начала ее осво­е­ния, то физи­че­ские условия на поверх­но­сти Луны зна­чи­тельно ближе к косми­че­ским, чем к земным. Атмо­сфера прак­ти­че­ски отсут­ствует. При­тя­же­ние в шесть раз меньше, чем на Земле. Лунные день и ночь равны двум нашим неделям. Небо даже днем черное. Тени резкие. Мелкие мете­о­риты посто­янно падают на Луну, сгла­жи­вая рельеф поверх­но­сти: обра­зу­ю­ща­яся при этом пыль быстро спе­ка­ется в пори­стый шла­ко­по­доб­ный слой. Тем­пе­ра­тура на поверх­но­сти коле­б­лется от — 170 до + 120 °C. С учетом этих условий ядерную энер­гети­че­скую систему лунной базы, по-види­мому, лучше всего раз­ме­щать в недрах Луны, осно­вы­ва­ясь на опыте соз­да­ния и назем­ной, и косми­че­ской ядерной энер­гетики. Кстати, губер­на­тор Калуж­ской области Вла­ди­слав Шапша несколько раз при­гла­шал Илона Маска в Калугу, в Музей истории кос­мо­нав­тики. Маск обещал при­е­хать на откры­тие второй очереди музея, как напи­сали недавно газеты. Может, там ему и придет в голову концепт ядер­ного реак­тора для Луны.