Почему Россия до сих пор не реализовала идею ядерного буксира? В чем сложность? А будет ли в будущем?

С космосом в нашей стране все уже давно неблагополучно. Но множество любителей космоса все еще питают надежды на то, что российский космический буксир сможет вывести нашу космонавтику к новым высотам. И для того, чтобы понять, какие у него реальные перспективы, надо узнать, откуда растут ноги у концепции ядерного буксира, почему он называется буксиром, а не кораблем, и отчего буксиры не плавают на большие расстояния.

Откуда «растут ноги»?

Транспортное средство с ядерным источником энергии и электрореактивными двигателями — из которого вырос так называемый ядерный буксир — начали разрабатывать по приказу Королева в 1958 году. Да, дата верная. Да, уже в ту далекую пору он выделил в своем КБ больше четырехсот человек на это направление. Да, в уже в 1970-х его людям (плюс современный «Курчатник») удалось создать первый и самый лучший на данный момент в истории магнитоплазмодинамический двигатель мощностью в 550 киловатт. Напомним, что это на 10 процентов больше, чем общая электрическая мощность нынешнего российского «бумажного» ядерного буксира.

Повторим еще раз, потому что с одного раза это трудно и осознать, и принять: у нас в 2025 году ядерные двигатели для космоса — только на бумаге. А у бывшего КБ Королева полвека назад — в первой половине 1970-х — двигатель для него уже работал в металле, на вполне реальном литиевом топливе. Причем работал полтысячи часов. С отличным для таких движков КПД в 55 процентов. С невероятным и по современным ракетным меркам удельным импульсом в 55 километров в секунду (это на порядок выше, скажем, Starship). Удельный импульс, напомним, решает, насколько может ускориться корабль, выбрасывая за собой килограмм топлива.

Но и это еще не все. Современные электроракетные двигатели, включая российские, при габаритах того, полувековой давности, имеют мощность в 12-15 раз ниже. Это нужно помнить, чтобы понять масштаб технологического скачка, сделанного королёвцами в ту далекую эпоху.

Почему же у нас до сих пор нет ядерного буксира?

Проблема в том, что разработка времен Королева имела смысл только в рамках строго определенной задачи. Ведь магнитоплазмодинамические двигатели имеют сколько-нибудь приличные параметры, только если они очень большой мощности. Те 550 киловатт были минимумом, при котором их имело смысл строить.

Такая большая мощность была нужна Королеву, потому что он рвался к Марсу. Рвался с конца 1950-х: как мы уже писали в отдельном тексте, для Марса же (а вовсе не для Луны) он тогда задумал и Н-1. Ракеты на жидком топливе могли проложить дорогу на четвертую планету и доставить туда первую экспедицию. Но регулярные и более дешевые полеты туда в ту пору требовали ядерных решений. По замыслу Королева Н-1 должна была выводить на орбиту элементы ядерного корабля, общей электромощностью на 15 мегаватт, а дальше тот уже тащил пятисоттонный корабль к Марсу.

Такое не нужно, если у вас в планах один-два-три полета к Марсу: НИОКР на атомный транспорт никак не отбить на малом числе полетов. Но это очень полезно, если вы планируете десятки и сотни полетов: массовое использование окупит атомоход очень быстро.

Разумеется, это были планы уже не на 1970-е, в 70-х Королев предполагал первую высадку на Марс и только на химических двигателях. Кстати, это единственный момент, где последователь Королева Маск с ним пока расходится: он не ищет ядерной фазы в период регулярных полетов к Марсу. Что, впрочем, неудивительно: Маску заниматься ядерными двигателями его государство просто не позволит.

А теперь вернемся в наши дни. У России нашей эпохи нет шансов воспользоваться до сих пор передовыми магнитоплазмодинамическими двигателями, разработку которых запустил Королев. Потому что они имеют смысл только и исключительно для большой космонавтики — дальних космических миссий больших кораблей к четвертой планете. Шансов этих нет потому, что сегодня руководство и страны, и космической отрасли — в отличие от Циолковского, Королева или Маска — не видит необходимости в полете на четвертую планету. А для полетов более редких и к более близким телам создать разумный ядерный буксир не получится — по чисто техническим причинам. Что мы имеем в виду?

Сборка микроскопа кувалдой

Во-первых, магнитоплазмодинамический двигатель для буксира малой мощности имеет слишком малый КПД: чем ниже его мощность, тем хуже он работает. Во-вторых, без магнитоплазмодинамического двигателя и удельный импульс уже не тот, и общая тяга системы мала, буквально пара десятков ньютонов при мощности в 500 киловатт. Мала эта тяга настолько, что в открытых данных о современном российском ядерном буксире стоит доставка 10 тонн полезной нагрузки на окололунную орбиту за время не более 4800 часов. То есть более полугода.

Напомним: столько же полезной нагрузки может доставить на окололунную орбиту два пуска «Протонов», разработка первых версий которых произошла еще в 1960-х годах. Только эти «Протоны» будут стоить вам меньше 200 миллионов долларов. А создать ядерный буксир ни за 200, ни за 400 миллионов долларов не получится: это суперсложные технические изделия, на переднем крае технологических возможностей человечества. Что во времена Королева, что сегодня.

На что же рассчитывают те представители космической отрасли, что продвигают эти проекты сегодня? Их мотив прост: пусть и маломощные, пусть и очень медленные, пусть не на литиевых двигателях с огромным удельным импульсом, но хоть какой-то, урезанный, менее эффективный, маленький, но ядерный буксир им построить очень хочется.

И не только потому, что КБ «Арсенал», которое пытается пролоббировать ядерный буксир сегодня, в советское время делало космические аппараты с ядерным реактором, а после 1991 года во многом изнывает от безделья и невостребованности. Есть и другая причина. Логика их в том, что лучше тренировать конструкторов на производстве суррогатов и эрзацев, чем дать им разлагаться от полной бездеятельности. Это очень здравая мысль, которую нельзя не уважать.

Но это совсем не отменяет того факта, что перед современной российской космической отраслью большие задачи не стоят. А для малых ядерные космические транспортники просто не годятся.

Потому что уменьшенные для наших современных суперскромных космических целей (с низкой околоземной — на низкую окололунную орбиты) ядерные буксиры получаются очень уж малыми и от того слишком медленно разгоняющимися. Они в 30 слабее королёвских по мощности, много слабее по тяге. На таких не могут лететь люди — слишком много запасов им придется взять на супердлинный полет.

Причем даже для такого малого и слабого ядерного буксира все равно нужен реактор, работающий в космосе. А его очень сложно сделать: даже при 500 киловаттах хорошо бы использовать газовую турбину. Но создавать газовую турбину под ранее неопробованный в газотурбинной индустрии газ — это 10-12 лет на НИОКР и, в самом оптимистичном случае, сотни миллионов долларов. Общая разработка всего буксира не может стоить меньше миллиарда. И для чего все это? Чтобы доставлять к земному спутнику по 10 тонн грузов, что можно и современными ракетами, за НИОКР которых уже все заплачено?

Если бы люди хотели возить к Луне грузы непрерывным потоком — да. Это окупилось бы. Но кто это планирует сегодня? Все доступные публичные материалы по лунным базам землян не требуют доставки туда даже тысяч тонн грузов. А без них никакого потока для буксиров на этом маршруте так и не найдется: уже созданные химические ракеты обойдутся дешевле и легче.

Может быть, из малого семени вырастет большое дерево?

В теории разработка ядерного буксира для полета на 400 тысяч километров к Луне упростит последующее создание уже полноценного тяжелого атомного корабля до Марса.

Но на практике надо быть готовым к тому, что если бы вдруг и построили атомный буксир, то при переделке его в тяжелый межпланетный корабль Королева огромную часть работы пришлось бы переделывать заново. То есть тратить деньги дважды.

Так, 500-киловаттный буксир к Луне не может использовать литиевые магнитоплазмодинамические двигатели (см. выше), а для тяжелого межпланетного атомохода это самый эффективный вариант. Для реактора на 500 киловатт самый логичный путь получения электричества термоэмиссионный, а для 15-мегаваттного до Марса — напротив, газовая турбина. Это совсем разные по устройству вещи. И если мы сделаем турбину на малом буксире, он будет дороже, а если сделаем термоэмиссионные средства получения электричества на тяжелом межпланетном корабле, то дороже и неэффективнее будет уже он.

Трудно, очень трудно обмануть законы природы и технику. Обычно те, кто пытаются так сделать, обманывают в итоге сами себя.

Есть ли у ядерного буксира вообще какое-то будущее?

В теории такие проекты можно предложить для совместной реализации китайцам. Но пойдут ли те на его софинансирование? Судя по успешным автоматическим миссиям на Луне, включая ее дальнюю сторону, считать их конструкторы умеют не хуже нас. Вряд ли они не заметят, что обычные ракеты смогут доставить грузы на Селену быстрее нашего буксира, но при этом за куда меньшую цену.

Поэтому единственное возможное будущее для ядерного буксира — потерять слово буксир и снова стать межпланетным тяжелым ядерным кораблем. То есть вернуться в ту нишу, в которой его видел Королев. Но это вряд ли случится — по крайней мере, не в нашей стране и не в обозримом будущем.

Потому что мы пока ни к какому Марсу никакие тяжелые корабли посылать не планируем. Так что пока ядерная кувалда побудет на полке с другими проектами королёвской поры. Говорить о них всерьез можно будет после того, как мы получим современную (то есть полностью многоразовую) ракету на химическом топливе. А на сегодня мы даже примерно не знаем, когда же ее у нас создадут.