Есть ли будущее у космической атомной энергетики?

На пыльных тропинках
Далёких планет
Останутся наши следы.
(из популярной песни начала космической эры)

Для начала — спойлер: да, будущее у атомной энергетики в космосе, безусловно, есть. Но есть и нюансы. Увы, но этих нюансов накопилось уже столько, что дискуссия о мирном атоме за пределами земной стратосферы из сугубо инженерной плоскости давно перешла в разряд острых геополитических и экзистенциальных дилемм. Да, ученые и инженеры обещают нам орбитальные заводы и лунные города с атомным энергоснабжением. Но готовы ли мы смириться с мыслью, что над нами будут летать потенциальные  «мини-чернобыли», пусть даже конструкторы клянутся в их абсолютной надежности? Попробуем разобраться, отделив зерна необходимости технологического прогресса от плевел чрезмерной осторожности.

1. Термоядерный реактор над головой: почему Солнца вдруг стало мало?

Когда мы говорим о космической энергетике, воображение рисует исполинские фермы солнечных батарей, переправляющие мегаватты на Землю. Однако пока эта идея буксует из-за чудовищных потерь при передаче энергии сквозь атмосферу. Поэтому в наши дни гораздо более реалистичной выглядит решение задач локального энергоснабжения космических объектов непосредственно на земной орбите и за ее пределами. Электричество в космосе — это не просто лампочка в модуле МКС. Это кровеносная система любого амбициозного проекта, будь то орбитальный дата-центр, завод по выращиванию сверхчистых кристаллов в невесомости или автоматизированный горно-обогатительный комбинат на каком-нибудь астероиде, напичканном редкоземами. Мечты о промышленном освоении пояса астероидов, еще вчера казавшиеся уделом фантастов, сегодня благодаря робототехнике обретают вполне конкретные бизнес-планы. И любой геолог, даже тот, что привык работать в шахте, а не в открытом космосе, подтвердит: для добычи и обогащения руды нужны гигантские объемы энергии.

На первый взгляд, ответ на энергетический вопрос очевиден и висит прямо у нас над головой. Солнце — это колоссальный термоядерный реактор, гарантийный срок которого исчисляется миллиардами лет. Казалось бы, лови его лучи и преобразуй. Но тут вступает в силу суровая инженерная реальность. Чем масштабнее задача, тем требуются больших размеров солнечные батареи. Для обеспечения энергией небольшого спутника связи хватает пары «крыльев», но для марсианской базы или орбитального комплекса с энергоемким производством потребуются поля фотопанелей размером с футбольный стадион, а то и с небольшой аэродром. В условиях космоса развертывание, ориентация и обслуживание таких громоздких конструкций превращаются в логистический кошмар. Добавьте сюда агрессивную среду: микрочастицы, космический мусор, колоссальные перепады температур — и панели начнут деградировать гораздо быстрее, чем хотелось бы.

Именно здесь на сцену выходит Ее Величество Атомная Энергетика. Компактный ядерный реактор способен выдавать стабильную мощность вне зависимости от того, находитесь ли вы на теневой стороне Луны, где ночь длится две недели, или летите к Юпитеру, где солнечный свет едва теплится. Удельная мощность ядерной установки на единицу массы топлива в десятки тысяч раз превосходит химические батареи и не зависит от капризов небесной механики. Это и есть главный «прикол», заставляющий конструкторов закрывать глаза на многочисленные, порой пугающие, риски. Но, как мы увидим дальше, преимущества эти нередко выпячиваются, а вот о «вагоне и маленькой тележке» недостатков предпочитают говорить вполголоса.

2. Россия — впереди планеты всей? Призраки прошлого и новый ренессанс

Утверждение, что Россия здесь «впереди планеты всей», верно лишь отчасти, и то с большой оговоркой о потерянных десятилетиях. Советский Союз действительно был пионером в создании космических ядерных энергетических установок. Еще в 1960-х годах в недрах советских КБ рождались проекты «Бук» и «Топаз» — первых в мире реакторов, летавших на серийных военных спутниках серии «Космос». Это были настоящие термоэмиссионные чудеса техники, способные выдавать киловатты мощности там, где солнечные батареи были бесполезны. Мы были первыми, кто поставил атом на службу системам орбитальной разведки. Но, как часто бывает с первопроходцами, именно мы первыми и обожглись.

В 1978 году советский спутник «Космос-954» с ядерной энергоустановкой на борту потерял ориентацию и неконтролируемо сошел с орбиты, рассыпавшись радиоактивным дождем над безлюдными просторами северной Канады. Инцидент вызвал грандиозный международный скандал. Москва долго открещивалась от наличия на борту ядерного оружия (это было бы прямым нарушением договора о его неразмещении в космосе), уверяя, что там находилась «абсолютно мирная и безопасная» мини-АЭС. Канадская же сторона настаивала на масштабном заражении. Итогом стали долгие судебные препирательства, выплата солидной компенсации и, что самое главное для нашей темы, фактический мораторий на запуски аппаратов с ядерными реакторами на борту. На несколько десятилетий тема была заморожена. Мы добровольно отказались от лидерства, испугавшись не столько технологических рисков, сколько политических последствий повторения «канадского сценария».

Однако время не стоит на месте, и прогресс требует своего. Сегодня в России мы наблюдаем отчетливый ренессанс интереса к космическому атому. В первую очередь речь идет о проекте транспортно-энергетического модуля на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса «Зевс» (ранее известного как ТЭМ). Это уже не просто киловатты для питания аппаратуры спутника-шпиона, а принципиально новый класс машин, способных за счет электроракетных двигателей кардинально сократить время полета к дальним планетам. По сути, Россия делает ставку не просто на выработку электричества на орбите, а на создание ядерного буксира — универсального средства для перемещения тяжелых грузов в дальнем космосе. В отличие от 1970-х, сейчас инженеры делают упор на системы пассивной безопасности, капсулирование активной зоны и выведение реактора на такую орбиту захоронения, где время баллистического существования составляет сотни лет, гарантируя распад осколков деления до безопасного уровня. Уроки «Космоса-954», похоже, выучены, но страх перед запуском ракеты с сотнями килограммов урана на борту по-прежнему будоражит умы.

Отдельного комментария заслуживает недавнее заявление главы Росатома о параметрах перспективной лунной АЭС, разрабатываемой совместно с Роскосмосом. Заявленная мощность установки — до 10 кВт при массе 1200 кг. Чтобы оценить масштаб амбиций в привычных земных категориях: это меньше, чем стандартный лимит выделяемой электрической мощности на один частный дом или садовый участок в СНТ (там нормой считается хотя бы 15 кВт). Обеспечить полноценную промышленную базу или даже просто обогрев сколь-нибудь серьезного обитаемого модуля в условиях лунной ночи с таким «генератором» физически невозможно. В самом Росатоме признают, что для добычи редкоземельных металлов или производства топлива из льда нужны мощности на порядки выше.

Однако на фоне регулярно демонстрируемых красочных макетов лунных баз и полигонов возникает стойкое ощущение, что 10 кВт — это технический потолок того, на что сейчас хватает реальных средств, а не амбиций. Дальше презентаций и разговоров о «постоянном присутствии» дело пока не идет. Пожалуй, это тот самый случай, когда стоит перестать рисовать картинки исключительно силами госкорпораций и действительно обратить внимание на частную инициативу. За примерами далеко ходить не нужно: пока государственные структуры обсуждают «перспективные проекты», зарубежные частные компании уже сажают модули на Луну за существенно меньшие деньги и с куда более прагматичными сроками. Возможно, именно передача части задач космическому бизнесу смогла бы превратить лунную энергетику из очередного долгостроя в работающий инструмент.

3. Wild Wild West... и не только. Что у глобальных конкурентов? 

Пока мы с опаской оглядываемся на прошлые ошибки и проектируем атомные буксиры для дальних странствий плюс лунный десяти-киловаттник, наши западные «партнеры» (в больших кавычках разумеется) не сидят сложа руки. Они делают ставку на тактику малых шагов и прагматичный подход к низким орбитам.

В Соединенных Штатах главным драйвером выступает НАСА и Пентагон (куда же без него) в рамках программы DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). В отличие от российского подхода с электрореактивным буксиром, американцы делают упор на ядерный тепловой ракетный двигатель (ЯРД). В этом случае реактор используется не для выработки электричества, а для прямого нагрева рабочего тела (водорода), что дает вдвое большую эффективность по сравнению с лучшими химическими двигателями. Партнером выступает корпорация Lockheed Martin (ведущий военный подрядчик США), а запуск демонстратора на орбиту запланирован уже на 2027 год. Они намерены получить двигатель, способный быстро маневрировать в пространстве между Землей и Луной — идеальное решение для военных операций в окололунном пространстве. Да, военный космос в прямом смысле пока под запретом.  Но как выразился как-то один западный политик, «мы соблюдаем договоры, пока они нам выгодны». И если военным потребуется энергия для боевых лазеров или систем перехвата на орбите, ядерный реактор станет единственным реальным источником питания для новых «гиперболоидов инженера Гарина» уже в космическом исполнении.

Европа в этом забеге выглядит скорее догоняющей, предпочитая финансировать исследования по созданию радиоизотопных источников энергии (РИТЭГов) на основе Америция-241 для лунных ночных миссий. 

А вот на Востоке активность зашкаливает. Китай уже демонстрирует завидную прыть. Поднебесная активно работает над собственной ядерной установкой для энергоснабжения лунной базы, и по некоторым данным, их темпы разработки сопоставимы с российскими. Более того, Китай, не обремененный грузом советских космических катастроф и общественным мнением по поводу радиофобии, может позволить себе более агрессивный график испытаний.

Таким образом, если оценивать рейтинг, то ситуация сложилась парадоксальная. По глубине теоретической проработки и амбициозности замысла (ядерный буксир, мини-АЭС на Луне) Россия, возможно, пока в лидерах. Но по близости к практическим летным испытаниям и по широте охвата программ (и двигатели, и энергоустановки, и лунные реакторы) американцы и китайцы уже на низком старте. Мы рискуем оказаться в ситуации, когда первыми разработали, но вторыми (или даже - третьими) запустили. 

4. Так быть мирному атому в космосе или... пока повременим?

Вопрос, вынесенный в заголовок этой главы, не имеет простого ответа, потому что он балансирует на весах между необходимостью и безопасностью. Представьте себе картину: вы сидите тихим вечером где-нибудь на морском побережье, наслаждаетесь закатом, а где-то там, в черноте космоса, над вами по низкой орбите скользит объект с активной зоной, полной урана или плутония. Создатели вам скажут, что риск аварии при запуске — доли процента, что на случай нештатной ситуации сработает система аварийного спасения, что топливо закапсулировано в керамику, способную пережить падение с орбиты. Но любое «почти сто процентов надежности» в ядерной сфере вызывает закономерный вопрос: «А каков размер этого "почти"?».

Риски очевидны. Авария ракеты-носителя на старте или в плотных слоях атмосферы с ядерной установкой на борту — это локальная, но крайне неприятная экологическая катастрофа, способная вызвать политический резонанс куда более мощный, чем история с «Космосом-954». Космический мусор на низких орбитах, плотность которого растет с каждым годом, создает риск повреждения радиационного контура уже отработавшего реактора, находящегося на орбите ожидания. И если на высоких орбитах захоронения у нас есть сотни лет запаса, то использование ядерных установок на низких орбитах — это игра с огнем, которую мировое сообщество вряд ли одобрит.

С другой стороны, профит от использования атома в дальнем космосе настолько велик, что отказ от него равносилен отказу от самой идеи межпланетной экспансии. Солнечные панели не согреют базу в кратере вечной тени на Луне, где, как предполагается, есть запасы водяного льда. Химические двигатели слишком слабы и прожорливы, чтобы таскать тяжелые модули к Марсу и обратно. Мы стоим перед нелегким выбором, который когда-то сформулировали еще Циолковский и Королёв: либо мы останемся вечно на Земле, рискуя выродиться в цивилизацию потребителей, да еще в условиях истощения земных ресурсов, либо идем на оправданный, но просчитанный риск. Ответ, похоже, уже предрешен. Прогресс в любом случае не остановить. Вопрос лишь в том, будем ли мы управлять этим риском разумно или, гонимые конкуренцией, начнем испытывать судьбу на низких орбитах, рискуя получить не лунную пыль на сапогах, а радиоактивный пепел на голову.

5. Будущее у космической атомной энергетики обязательно будет. Вопрос: где, когда и... у кого?

Будущее неизбежно. И ключевой вопрос, как эксперты верно замечают, заключается не в том «будет ли», а в том «где и когда». И, что еще важнее в контексте нынешней геополитической турбулентности, «у кого». В этом забеге действует старое правило: кто первый встал — того, извините, и тапки. Только на этот раз «тапки» нам предстоит надевать не в уютных домиках на зелёных лужайках, а на пыльных лунных кратерах и в агрессивной среде дальнего космоса.

Сегодняшняя ситуация напоминает гонку, в которой участники стартовали с разных позиций. Мы начали первыми, но потом остановились перекурить, оглядываясь на прошлые риски и ошибки. Американцы, обладая колоссальным финансовым и технологическим ресурсом, наверстывают упущенное семимильными шагами, готовя демонстрационные полеты уже послезавтра. Китай методично, без лишней шумихи, приближается к созданию лунного реактора. И если мы позволим себе затормозить еще раз, нам опять придется глотать пыль бегущих впереди. Только на сей раз не дорожную, а лунную — горькую пыль упущенных возможностей и технологического отставания в области, где мы когда-то были бесспорными лидерами.

Поэтому ответ на вопрос «быть или не быть» звучит так: мирному атому в космосе быть. На низких орбитах — скорее нет, слишком опасна игра с огнем над густонаселенной планетой. В дальнем космосе, на Луне, на Марсе и далее — безусловно да. Это единственный реальный ключ, открывающий дверь к ресурсам Солнечной системы и к будущему человечества как космической цивилизации. Нам нельзя терять преимущества, накопленные еще советскими инженерами, и превращать наши замечательные проекты в череду обсуждений, согласований и в итоге - привычных нам долгостроев. 

Мировая конкуренция сейчас жесткая, и цена промедления — это не просто потеря огромного рынка космических услуг, а потеря места в истории. Когда мы 65 лет назад сумели воплотить мечту человечества о звездах.

Ключ на старт. Начинается последний отсчет. Три... Два... Один... Поехали!