Ядерная энергия для изучения космоса.

Ср, 03/19/2014 - 17:48


Рис. 1. Прототип антенного устройства для зондирующей РЛС разработки ОКБ МЭИ и КБ «Салют» в транспортном и развернутом состоянии

Рис.2. Траектория перелета к Юпитеру

Рис. 3. Конфигурация АМС под обтекателем и после отделения от ракеты-носителя

Рис. 4. Конструкция космического аппарата



Прогресс науки и техники, прежде всего космической, вплотную приблизил человечество к решению фундаментальных научных проблем — происхождения Солнечной системы и жизни в ней.
В 1970-х годах американские автоматические межпланетные станции (АМС) Voyager 1 и Voyager 2 при пролете Юпитера обнаружили ледяной покров на его естественных спутниках — Каллисто, Ганимеде и Европе. Выведенная в 1995 г. на орбиту вокруг Юпитера американская АМС Galileo зафиксировала признаки существования воды под ледяным покровом Европы. По мнению ряда ученых, в этой воде могут находиться живые организмы, характерные для начальной стадии зарождения жизни. Таким образом, изучение подледной воды на Европе может дать разгадку одной из тайн мироздания. И в связи с этим стали разрабатываться проекты детального исследования ледяных лун Юпитера, в первую очередь Европы.

Однако для осуществления такого проекта необходим переход на качественно новый уровень энергодвигательного обеспечения межпланетных полетов. Это связано прежде всего с тем, что, по результатам предварительного анализа, при прогнозируемой толщине ледяного покрова Европы на уровне 70-80 км для обнаружения под ним воды мощность излучения радиолокатора должна составлять несколько десятков киловатт; при этом его масса с обеспечивающими системами будет порядка 1000 кг (для сравнения: масса полезной нагрузки АМС Galileo составляла 118 кг, а максимальная мощность ее системы энергоснабжения на основе радиоизотопных термоэлектрических генераторов во время полета около Юпитера не превышала 0.5 кВт. Необходимый для зондирования Европы уровень энергоснабжения в рассматриваемых условиях может быть обеспечен только энергоустановкой на основе ядерного реактора деления. Такая энергоустановка позволит также увеличить на порядки скорость и объем передаваемой на Землю информации и в результате — выйти на принципиально новый уровень научной эффективности полета межпланетного КА.

Для проведения детального радиолокационного зондирования ледяного покрова Европы требуется также решение новой баллистической задачи — вывод КА на орбиту вокруг этого спутника Юпитера. Как показал анализ, решить эту задачу с доставкой на орбиту вокруг Европы полезной нагрузки массой 1000-1500 кг возможно только при использовании маршевой электроракетной двигательной установки (ЭРДУ), питающейся от ядерной энергоустановки (ЯЭУ) мощностью порядка 100 кВт.

В принятой Правительством РФ в 1998 г. «Концепции развития космической ядерной энергетики в России» предусматривается применение ядерных энергодвигательных установок как для решения ряда актуальных задач в околоземном космосе, так и для выполнения широкого спектра межпланетных полетов. В рамках работ по реализации Концепции в Центре Келдыша, головном предприятии Федерального космического агентства по данному направлению, начиная с 1999 г. ведутся исследования эффективности ядерных энергоустановок для изучения Солнечной системы. В частности, в 2000 г. совместно с НПО имени С.А. Лавочкина был выполнен предварительный анализ полета межпланетного КА к Юпитеру с выходом его на орбиту вокруг Европы. Его результаты показали, что поставленная задача не решается в полном объеме при использовании ракеты-носителя среднего класса типа «Ямал» (грузоподъемность 12 т на опорной орбите высотой 200 км) и ЯЭУ электрической мощностью 50 кВт. Даже при использовании ЭРДУ с удельным импульсом 6000 сек масса полезной нагрузки КА оказалась существенно меньше 1000 кг при потребном ресурсе ЯЭУ и ЭРДУ около 10 лет. Вместе с тем в данной работе была обоснована целесообразность применения маршевой ЭРДУ не только на всех участках межпланетного полета, но и для выхода КА из сферы действия Земли.