Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

О важнейшей задаче российской пилотируемой космонавтики в XXI веке

О важнейшей задаче российской пилотируемой космонавтики в XXI веке В данной записке у меня нет намерения терять время на сокрушения о том, что российская орбитальная станция «МИР» затоплена. Вопрос решен.

О. Ю. Казанцев , Генеральный директор НПО «Лептон», заместитель заведующего кафедрой МФТИ, к.ф.-.м.н

В данной записке у меня нет намерения терять время на сокрушения о том, что российская орбитальная станция «МИР» затоплена. Вопрос решен.

Более важным представляется вопрос: «А что дальше?» МКС? А зачем?

МКС - это исследовательская станция, в строительство которой Россия вкладывает значительную долю средств, а получает сомнительную возможность частично эксплуатировать ее в своих интересах. Да и что за великие задачи будут решены на МКС в интересах России? Зачем вообще нужно России участие в строительстве очередной исследовательской орбитальной станции? Что исследовать?

Во-первых, строить МКС - это еще дороже, чем содержать «МИР».

Обеспечение функционирования станции «МИР» обходилось в 50-60 млн.$ в год, хотя запрашивалось 150-200 млн.$. При заключении же соглашения о совместном строительстве МКС затраты на создание российского сегмента были оценены в 2-3млрд.$. Потом цифры стали расти («неожиданно» выяснилось, что российские модули надо еще вывести на орбиту, ввести в эксплуатацию и т.д. и т.п.) и вот 15 декабря 2000 года на заседании Госдумы Ю. Коптев (ген. директор «Росавиакосмоса») назвал уже сумму 6.7 млрд.$. Ну-ка разделим эту сумму на 8 лет строительства станции. Получается почти 830 млн.$ в год!

Примечание: Тут вообще что-то не вяжется.

Первое: В феврале 2001 года после утверждения бюджета РФ Ю. Коптев заявил, что на космос выделено всего 1.4 млрд. рублей, это примерно 50 млн.$. Если на строительство МКС нужно тратить по 830 млн.$ в год, откуда деньги?!

Второе: 15 декабря 2000г, на заседании Госдумы РФ по ратификации соглашения по строительству МКС, Ю.Коптев заявил, что стоимость проекта МКС составляет 100 млрд.$. Россия, вкладывая всего 6.7 млрд.$, получает 33% ресурса. (Или американцы дураки, что вызывает огромные сомнения, или с понятием ресурс что-то не так).

Третье: Откуда цифра 100 млрд.$? Еще в 1995 году Конгресс США утвердил проект МКС (тогда еще МКС «Альфа») с выделением на строительство станции 13.1 млрд.$, примерно до 2.1 млрд.$ в год, рассчитывая на 7 лет. ЕКА 1.98 млрд.$, Канада и Япония еще меньше. Итого, на зарубежные страны в сумме приходится примерно 16 млрд.$.

Четвертое: США строит 8 из 16 модулей станции, заказывая ГКНПЦ им. Хруничева основную часть конструкции большинства модулей по 200 млн.$ за штуку. Конечно, не все их модули строятся в России, но для простоты, помножив на 8 получаем 1,6 млрд.$. Кроме того, насколько мне известно, в сумму 200 млн.$ за модуль входит и стоимость его выведения на орбиту (это примерно по 80 млн.$), хотя я в этом не уверен (хорошо бы проверить), и, даже если это не так, пусть еще по 80 млн.$ на каждый модуль. Итого, затраты США на основную часть конструкции 2,24 млрд.$. Наверное, оставшиеся 10.86 млрд.$ уйдут на дополнительное оборудование, научную аппаратуру, летно-конструкторские испытания, обслуживание в процессе строительства и т.д. Похоже на правду, но тогда, что такое 100 млрд.$?

Во-вторых. Пусть дорого, но было бы за что. А ведь подавляющее большинство экспериментальных задач по исследованию Земли, атмосферы, ближнего и дальнего космоса, экологические, картографические и др. могут быть не только дешевле, но гораздо более успешно решены (да сейчас обычно так и делается) с помощью беспилотных космических аппаратов. Работу научной аппаратуры чаще всего на таких аппаратах строить гораздо удобнее, чем на пилотируемой станции, тем более такой громоздкой и неуклюжей как МКС. На МКС множество служебных модулей и солнечных батарей, обеспечивающих жизнь экипажа, будут мешать работе научной аппаратуры. Будут постоянные проблемы с ориентацией, в связи с противоречивыми требованиями по ориентации разных научных задач, систем связи и жизнеобеспечения. И, наконец, наличие загрязненности вокруг пилотируемой станции, неизбежно связанной с обитанием и жизнедеятельностью экипажа, часто мешает решению большинства исследовательских задач. Биологические же эксперименты, связанные с исследованием долговременной работы человека в космосе - это что-то из парадоксов. На станции исследуется возможность обеспечения долговременного пребывания человека в космосе, чтобы космонавты могли долго жить на той же станции?! Исключение, пожалуй, составляют лишь эксперименты по использованию фактора невесомости для разделения фаз плазмы крови и создания новых лекарственных веществ, но для этих экспериментов вовсе не нужна такая громоздкая станция как МКС.

Что касается США, это понятно. Американцы осваивают строительство и эксплуатацию долговременных орбитальных объектов, тренируясь на исследовательской станции, приобретая опыт с нашей помощью и за наши же деньги.

Нам-то это зачем? У нас уже есть такой опыт благодаря ДОС «МИР».

А кстати, зачем американцам-то опыт создания долговременных орбитальных станций? Да и китайцы тоже собрались строить свою, зачем?

Если рассматривать задачи современной пилотируемой космонавтики шире, чем исследовательские, то все становится совершенно понятно.

Энергия. Точнее экологически чистая энергетика ближайшего будущего.

Экологически чистая энергетика будущего теснейшим образом связана с пилотируемой космонавтикой. Та страна, которая опередит всех в пилотируемой космонавтике, практически станет владельцем мировой экологически чистой энергетики.

Откуда связь космонавтики с энергетикой?

Очень просто. Обратимся к статье двух известных ученых - Е. П. Велихова и С. В. Путвинского, которая называется «Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной преспективе.». В ней приведена такая таблица:

Ядерные реакции, представляющие интерес для управляемого термоядерного синтеза

Реакция Энергетический

выход, q, (МэВ)

1 D + T = He4 + n 17.6

2 D + D = He3 + n 3.27

3 D + D = T + p 4.03

4 D + He3 = He4 + p 18.4

5 p + B11 = 3He4 8.7

6 Li6 + n = He4 + T 4.8

7 Li7 + n = He4 + Т + n -2.47

Прошу обратить внимание на реакции 1 и 4. Обе дают больше всех остальных энергетический выход.

Первая хорошо известна всем - это Дейтерий + Тритий, основная реакция, применяемая в водородных бомбах.

Четвертая - это Дейтерий + Гелий-3.

Гелий-3 - это изотоп гелия, в ядре которого 2 протона и один нейтрон, в отличие от обычного Гелия (или точнее Гелия-4), в ядре которого 2 протона и 2 нейтрона.

Еще обратите внимание на продукты реакции (правая часть равенства).

В первой реакции мы видим, что выделяется Гелий-4, точнее сначала (сразу после реакции, пока продукты находятся еще в состоянии неостывшей плазмы) это ядро Гелия-4 - положительно заряженная a частица и нейтрон. Причем только 20% (3.52МэВ) энергии приходится на заряженную a частицу, а 80% энергии - на нейтральный нейтрон, который невозможно использовать для производства электроэнергии в связи с отсутствием заряда. К тому же, выделение нейтронов в большом количестве, да еще отнимающих львиную долю энергии, делает эту реакцию экологически «грязной». Да еще проблема с производством Трития, да и сам Тритий тоже очень радиоактивен (проблема хранения).

В четвертой же реакции оба продукта (и a-частица и протон) положительно заряжены и, соответственно, оба могут быть использованы для производства электроэнергии, превращаясь после охлаждения плазмы в обычный Гелий и обычный водород - совершенно экологически чистые вещества. Энергоотдача в этой реакции получается 100%, то есть все 18.4 МэВ, что в 5.22 раза больше, чем в первой реакции.

Еще одна цитата из вышеназванной статьи:

«…термоядерная энергетика по-видимому начнет использовать DT-цикл, а затем перейдет к другим перспективным топливам таким как DD, DHe3 или рВ. Каждое из этих перспективных топлив имеет свои преимущества по отношению к DT-реакции.

Основные преимущества DD-реакции заключаются в наличии огромных природных ресурсов дейтерия на Земле и отсутствии необходимости воспроизводства трития. Хотя в DD - реакции меньшая доля энергии выносится в виде нейтронов, тем не менее в DD-реакторе также, как и в DT - реакторе будет происходить активация первой стенки.

Еще меньше нейтронов производит D-He3 смесь, в которой нейтроны рождаются в результате DD-реакций. Оптимизация состава смеси и ее температуры позволяет уменьшить нейтронный поток на порядок величины по сравнению с DT-реакцией, что существенно снижает требования к стойкости материалов первой стенки. D-He3- реакция имеет относительно высокое сечение, но в то же время требует больших температур смеси. Недостатком этой реакции является практическое отсутствие Не3 на Земле, что делает освоение этой реакции в Земных условиях практически безнадежным делом. В то же время этого изотопа много на поверхности Луны, и некоторые проекты, пользуясь тем, что потребление не велико, предлагают добывать это топливо на Луне и доставлять его на Землю. Этот цикл можно замкнуть энергетически даже с учетом энергии затрачиваемой на доставку топлива, хотя сомнительно, что эта схема будет осуществлена в ближайшем обозримом будущем».

Прошу обратить внимание на слова «...этого изотопа много на поверхности Луны...». Причем не просто много, а около миллиона тонн, причем на поверхности, в то время как на Земле его всего примерно 300 кг.

Наличие в поверхностном грунте Луны Гелия-3 было обнаружено при анализе грунта, доставленного на Землю советскими автоматическими станциями и американскими астронавтами. В его образцах, взятых с лунных морей - до 36 г Гелия на тонну грунта, содержание в этом Гелии изотопа Гелий-3 составляет 1 атом He3 на 2500 атомов He4. Это достаточно много!

Те же американцы, еще в 1986 году подсчитали, что стоимость электроэнергии, получаемой от такой реакции, даже с учетом доставки Гелия-3 с Луны, будет в 12 раз ниже стоимости электроэнергии от современных атомных электростанций. (Доклад американских физиков Л. Дж. Витенберга, Дж. Сантариуса и Г. Кальчинского на Международной конференции по инженерным проблемам управляемого термоядерного синтеза в Ялте в 1986 году).

Безусловно, организация доставки Гелия-3 с Луны - сложнейшая техническая задача, которую невозможно решить за год-два, это минимум 10-15 лет, а то и больше. Поэтому уже сейчас целесообразно приступить к ее решению, не дожидаясь запуска в работу первых термоядерных электростанций.

Вот где пилотируемая космонавтика будет просто незаменима.

И, кстати, это гораздо более актуальная и, в то же время, более дешевая космическая задача, чем полет человека к Марсу.

Первым шагом в данном направлении должно быть создание крупной развитой «производственной» орбитальной станции-порта с «цехами», позволяющими производить прием-отправку, а также сборку и ремонт прямо на орбите челночных «лунных» аппаратов, которые будут доставлять на Луну добывающее оборудование и вывозить оттуда Гелий.

Грузопоток же Земля-Луна с помощью ракет, запускаемых прямо с Земли, делает доставку с Луны Гелия-3 уже существенно менее выгодной, возможно даже убыточной, не говоря уже о нарушении экологического баланса такими мощными ракетами, которые потребуются для этой работы.

Для обеспечения работы на «производственной» орбитальной станции без космонавтов не обойтись, и для этого необходимо, чтобы орбитальная станция была достаточно большой, долговременной, технически и энергетически обеспеченной. Такую станцию невозможно создать по технологии стыковки технологически завершенных модулей, как это делается сейчас на МКС. Такая станция и сама должна собираться прямо на орбите из деталей, свариваемых в единую конструкцию. Для этого потребуется такое энергетическое обеспечение, которое не смогут обеспечить солнечные батареи.

В России еще в 80-е годы были созданы и испытаны в космосе 30 (!) бортовых ядерных реакторов, мощность которых во много раз превосходит мощность всех солнечных батарей МКС.

Страшно использовать космический ядерный реактор? Пожалуйста, в центре им. Келдыша разработана бортовая космическая энергетическая установка на основе газотурбинного цикла Брайтона (по-простому - парогенератор), питающаяся, как и солнечные батареи, от энергии Солнца, но в несколько раз превосходящая эти батареи по КПД и, соответственно, по энергоотдаче. С этим генератором тоже можно в космосе производить сварочные работы крупногабаритных деталей.

Таким образом, для того, чтобы приступить к созданию орбитальной «производственной» станции необходимо иметь:

- технологию и опыт создания и эксплуатации долговременных орбитальных станций;

- технологию обеспечения такой станции энергией, достаточной для производственных работ (например, сварки металлических конструкций).

И только Россия обладает на сегодня обеими этими технологиями и практическим опытом (пока)!

Но вот США, втягивая Россию в совместное создание МКС, получает первую составляющую, практически за счет России. Россия же просто повторяет свой опыт, оставаясь на месте, так как МКС по своей сути такая же, как и «МИР», исследовательская, а не производственная станция, хотя и с более новым оборудованием.

Вместо расходов на строительство МКС, Россия могла бы уже сейчас начать строить настоящую производственную, а не исследовательскую станцию, в том числе международную, сохраняя в этом проекте ведущую роль как держатель основных компонентов технологии.

Что же до затопления орбитальной станции «МИР», да бог с ней, отработала она уже свое, да и наклонение ее орбиты не очень-то удобно для старта на Луну. Хотя конечно, послужить еще могла, хотя бы в качестве базовой платформы для испытания новых устройств, блоков и агрегатов, которые потребуются для использования на новой станции. Например, энергетической установки, сварочных аппаратов, манипуляторов и т. д..

Однако, главное не в этом, а в том, будет ли Россия в будущем поставщиком (или хотя бы полноценным участником с соответствующей долей) основного компонента топлива будущей мировой энергетики, или всего лишь его просителем, упустив все свои достижения и утопив в океане собственную пилотируемую космонавтику.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика