Назначение космических ядерных реакторов
Ядерный реактор служит ключевым источником энергии для космических аппаратов в ситуациях, когда альтернативные варианты, такие как солнечные батареи или изотопные генераторы, оказываются неприменимыми или недостаточно эффективными. Это решение становится незаменимым для миссий вдали от Солнца или требующих значительной и стабильной мощности.
Пионеры космической ядерной энергетики
История практического применения началась с американского реактора SNAP-10A, который стал первым в мире, прошедшим наземные испытания и успешно запущенным в космос. В апреле 1965 года он был выведен на орбиту на аппарате «Snapshot» массой 440 кг с помощью ракеты-носителя «Атлас». В его конструкции использовался уран-235 в качестве топлива, гидрид циркония в роли замедлителя нейтронов, а тепло отводилось с помощью натрий-калиевого расплава. Термоэлектрический преобразователь генерировал электрическую мощность от 500 до 650 Вт. К сожалению, после 43 дней работы миссию пришлось прервать из-за технических сбоев и потери элементов отражателя.
Советские разработки: «Ромашка»
Параллельно в СССР велись собственные передовые исследования. В августе 1964 года в Институте атомной энергии был осуществлен первый запуск экспериментального реактора «Ромашка». Это был реактор на быстрых нейтронах с тепловой мощностью 40 кВт, аналогичной американскому SNAP-10A. Его особенностью являлся термоэлектрический преобразователь на основе кремний-германиевых полупроводников, который позволял получать электрическую мощность около 800 Вт. Первоначально «Ромашка» создавалась для работы в паре с перспективными импульсными плазменными двигателями, однако после смерти Сергея Павловича Королёва проект был свёрнут, и реактор так и не отправился в космос.
Серийное применение: система «Бук»
Практическое лидерство в этой области захватил Советский Союз, запустив 3 октября 1970 года первый аппарат с полноценной ядерной энергоустановкой на борту. Этой установкой была система «Бук», разработка которой велась с начала 1960-х годов в НПО «Красная Звезда». Её сердцем был реактор на быстрых нейтронах БР-5А тепловой мощностью около 100 кВт. На основе уранового топлива и с использованием полупроводникового термоэлектрического генератора (разработки Сухумского физико-технического института) установка выдавала полезную электрическую мощность примерно 3 кВт. За период с 1970 по 1988 год было запущено 32 космических аппарата, оснащённых реакторами типа «Бук», что сделало эту программу самой масштабной в истории космической ядерной энергетики.
Экологический аспект и наследие
Эксплуатация таких реакторов породила и серьёзную проблему. По завершении работы высокорадиоактивная часть установки (реакторный отсек) отделялась и выводилась на высокую орбиту захоронения. Эти объекты, представляющие долговременную радиационную опасность, стали одними из наиболее проблемных видов техногенного «космического мусора», вопрос утилизации которого остаётся актуальным и по сей день.