На ядерном «Зевсе» к Юпитеру:
полетит ли Россия в дальний космос

В 2021 году Роскосмос заключил госконтракт с КБ «Арсенал» на разработку аванпроекта по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем (ТЭМ) на основе ядерной энергетической установки, получившим название «Зевс» («Нуклон-АП»). В нём применяются ионные двигатели, которые способны добавить кораблю на порядок более высокий импульс, чем современные химические ракетные двигатели. Обычно у них очень слабая тяга, но в «Зевсе» мощным источником энергии для них станет ядерная энергетическая установка.

О первой миссии космического буксира с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ) мегаваттного класса, планируемой на 2030 г. (50 месяцев), рассказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин на 72 международном астронавтическом конгрессе в Дубае (Pro Космос писал об IAC2021): «Если мы говорим об освоении дальних уголков Солнечной системы, то использование возможностей традиционных химических ракетных двигателей бессмысленно. Можно говорить только о ядерной энергетике в космосе…Первая экспедиция «Зевса» к ледяным лунам Юпитера планируется уже в 2030 г. По пути туда космический комплекс на его основе совершит гравитационные манёвры у Луны и Венеры, отделив там серию научных КА».

Если проект ТЭМ «Зевс» удастся реализовать, это станет настоящим прорывом в развитии мировой космонавтики. Речь идет не столько о межорбитальном буксире, сколько об основе для создания универсальной платформы с ядерной электростанцией на борту и возможностью модульной полезной нагрузки для возвращения на Луну, освоения Марса и начала реального исследования внешних планет Солнечной системы и дальнего космоса в целом. На основе ТЭМ также возможно создание космической станции, межпланетного ретранслятора, КА военного/разведывательного назначения. Использование связки ЯЭУ-ионные двигатели дает возможность преодолеть порог скорости химических ракетных двигателей и на порядок снизить массу требуемого топлива (удельный импульс химических ракетных двигателей составляет 3-4,5 км/с, в то время как ЭРД для межпланетных задач на порядок выше, 40-60 км/с). Они медленно разгоняются, но чем дальше расстояния, тем они предпочтительнее. К Марсу он долетит за 1,5 месяца против 6-8 месяцев с текущими возможностями ракетных двигателей.

Высокая энерговооруженность ТЭМ (470 кВт, для сравнения, у всей МКС это 80 кВт, у марсианского ретранслятора MRO или «Экзомарса» - по 2 кВт), позволит провести зондирование самых интересных спутников Юпитера, на которых в подледных океанах может существовать жизнь (если на Марсе толщина полярной шапки была около 3-4 км, то на Европе толщина льда уже до 30 км).

На готовность «Роскосмоса» сделать ТЭМ в «железе» к 2030 г. указывает госконтракт на аванпроект с КБ «Арсенал», факт начала сборки функционального прототипа КА, анонс первой миссии на основе ТЭМ к лунам Юпитера. Основная часть работ была проведена на этапе НИОКР в 2010-2018 гг. (по реактору, турбомашинной установке и самому КА), а неразрешенные тогда трудности вылились в понижение технических требований до реально достижимых. Это 2-кратное снижение мощности из-за необходимости использования радиаторов с твердой излучающей поверхностью, снижение САС с 10 до 2,5 лет из-за реальных возможностей турбомеханического преобразователя, а также использование ионных двигателей ИД-500, прошедших огневые стендовые испытания.

Основная сложность проекта связана с его революционностью, слишком много новых технических решений требуется испытать в составе комплекса и подтвердить возможность безотказной работы в условиях вакуума и радиации в течение многих лет. Но в случае успеха ТЭМ может стать железным аргументом при переговорах об участии России во всех международных космических программах от возвращения на Луну и освоения Марса до изучения внешних планет и дальнего космоса.

Читайте подробный материал о проекте ТЭМ «Зевс» с раскрытием его возможностей и описанием технических проблем, которые ещё предстоит решить.

ТОП-3 новостей дайджеста: производство Raptor у Маска, сотрудничество с Индией, залежи льда на Марсе

Из-за горячего и очень активного декабря, когда нам нужно подбивать итоги всего года и, одновременно, заканчивать работу над вечно висящими материалами больших форматов, мы уже не успеваем подробно написать по вашим голосованиям в дайджестах. Поэтому одним постом кратко расскажем о сути происходящего трёх новостей, тем более что по ним писали уже и мы, и много информации на русском. А в пятницу мы отдельно расскажем о самой интересной, на наш взгляд, новости последних дайджестов, которая прошла практически незамеченной. О частной (и бюджетной) микромиссии к Венере MIT и RocketLab: 1 кг научной аппаратуры на 20 кг атмосферном зонде, запуск платформой RocketLab Photon уже в 2023 г. Stay tuned!

Начнём в хронологическом порядке. Перед Днём Благодарения 26 ноября Илон Маск разослал нервное письмо сотрудникам SpaceX о кризисе в производстве двигателей Raptor и потенциальном банкротстве компании. Наш коллега, Михаил Котов, уже подробно разобрал ситуацию, поэтому подчеркнём лишь несколько ключевых моментов. Ни о каком банкротстве SpaceX речи не идёт, но на массовое производство двигателей Raptor действительно «завязано» будущее всего бизнеса компании. На каждом Starship и Super Heavy их будет по 6 и 29 (а потом и 33) соответственно. Поэтому их потребуется много (летом предполагалось, что новая площадка в McGregor сможет производить от 2 до 4 двигателей в день). Очевидно, что пока проблемы с масштабированием производства есть. И увольнение Уилла Хелтсли (Will Heltsley), вице-президента по двигателям, на это явно указывает. Между тем, в недавнем твитте Маск написал, что проблема решается.

Куда важнее информация в письме Маска о планах SpaceX по масштабированию Starlink. Пока на орбите около 1900 КА, а на Земле 140 тыс. пользователей, — с пополнением группировки справляется Falcon 9 (50-60 КА за один запуск). Но Маск написал о необходимости нарастить производство пользовательских терминалов до нескольких млн в год, а мегасозведие Starlink в итоге должно насчитывать 42 000 КА. Второе поколение КА будет тяжелее (850-1250 кг) и производительнее, для их массовых запусков Falcon 9 уже не подойдёт, — нужен сверхтяжёлый Starship (предполагается запускать до 120 КА за раз). Несмотря на то, что он ещё не летал (вероятно, первый квартал 2022 г.), Маск ожидает достижения ритмичности «хотя бы раз в две недели». Эксперты склонны считать, что на такой темп Starship сможет выйти лишь к концу 2022 г., в аккурат к началу коммерческой эксплуатации в 2023 г. Только при такой частоте удастся достичь положительного баланса между расходами и доходами от Starlink. Пока компания теряет деньги на каждом терминале, фактически субсидируя пользователей в угоду роста абонентской базы.

Далее. 6 декабря 2021 года состоялся рабочий визит Владимир Путина в Нью-Дели и встреча с премьер-министром Индии Нарендрой Моди. Одновременно с этим проходил XXI российско-индийского саммита «Россия – Индия: партнёрство во имя мира, прогресса и процветания». В его преддверии Роскосмос и Индийская организация космических исследований (ISRO) от имени правительств России и Индии подписали Соглашение о сотрудничестве в космосе. Оно предусматривает расширение совместной работы по пилотируемым полётам и навигации, а в перспективе и по другим направлениям мирного освоения космоса. Напомним, что Россия готовит четверых космонавтов Индии в ЦПК им. Гагарина к их первому полёту на корабле Gaganyaan разработки ISRO (ожидается в 2023 г.).
«В соглашении прописаны меры по охране технологий в связи с сотрудничеством в области исследования и использования космического пространства в мирных целях, а также в создании и эксплуатации средств выведения и наземной космической инфраструктуры. Указанный документ создает нормативно-правовую основу, необходимую в том числе для перехода к практической реализации российско-индийского сотрудничества в области двигателестроения» — говорится на сайте Роскосмоса.

И, наконец, 15 декабря Российский нейтронный телескоп ФРЕНД орбитера Trace Gas Orbiter совместной российско-европейской миссии ExoMars обнаружил залежи больших объемов водяного льда в каньоне Кандор (Candor Chasma) системы Долина Маринера (Valles Marineris), вблизи экватора Марса. Мы уже об этом писали. Каньон имеет глубину до 7 км, образовался около 3,5 млрд лет назад, и, как предполагается, в ходе эволюции Марса мог эпизодически наполняться водой. Гипотезы о присутствии на дне каньона марсианских ледников высказывались неоднократно, но до настоящего времени предполагалось, что на современном Марсе основная масса воды в виде отложений льда присутствует только в приполярных областях. Поэтому открытие российского прибора ФРЕНД тянет на научный прорыв и точно даст новый импульс исследованиям Марса.

«Согласно данным измерений телескопа ФРЕНД, содержание водорода в веществе района Кандор в пересчете на воду соответствует массовой доле в веществе около 40%. Такая высокая массовая доля воды практически однозначно указывает на присутствие на дне каньона гигантского ледника из замерзшей воды. Площадь покрытой ледником поверхности составляет около 41 000 кв. км. Это более чем в два раза превышает площадь Ладожского озера. Вывод о присутствии на дне каньона воды в виде ледника должен быть проверен в будущих марсианских экспедициях. В любом случае, изучение ледника на дне Долины Маринера в будущем может стать одним из основных направлений марсианских исследований» — говорится на сайте Роскосмоса.

Фото дня
За день до старта: ракета Ariane 5 с телескопом James Webb на стартовом столе

На фото ракеты-носителя Ariane 5 с обсерваторией имени Джеймса Уэбба под обтекателем. Это самая дорогая научная миссия в истории: проект разрабатывался 25 лет и обошёлся в $10 млрд. Но наконец завтра, 25 декабря в 15:20 мск назначен старт с космодрома Куру во Французской Гвиане.

Телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) — самая дорогая научная миссия в истории. Это не только 4 годовых бюджета Роскосмоса и практически годовой бюджет всего ESA, но и несбыточная мечта еще трёх десятков национальных космических агентство поменьше. В первую очередь это надежда астрофизиков всего мира на новые данные, которые существующие приборы просто не могут получить. В общем, миссия дорогая, сложная и прорывная (мы уже писали).

Программа JWST началась в далёком 1996 г. Летом того же года состоялся и первый пуск новейшей на тот момент европейской РН Ariane 5. Жизнь иронична. Сейчас, в декабре 2021 г., когда JWST, наконец, готовится увидеть прошлое Вселенной через своё гигантское зеркало … Он выводится одним из последних пусков уходящей на пенсию Ariane 5. На смену ей с 2022 г. готовится заступить Ariane 6. Пожелаем обоим достопочтенным проектам успеха!