Российский проект базируется на уникальной советской технологической школе космической ядерной энергетики. В частности на опыте реактора «Ромашка», запущенного еще в 1964 году. Современный лунный проект получил название «Селена».
В центре лунной АЭС разместится группа компактных реакторов на быстрых нейтронах, имеющая модульный принцип построения. Вместо традиционного для земных условий водного контура в энергоблоке будет использован жидкометаллический теплоноситель. Он обладает огромным преимуществом для космоса: не кипит и не создает избыточного давления, а его температура даже выше, чем у перегретого водяного пара обычных атомных станций.
Лунная АЭС Росатома спроектирована без турбин и генераторов вращения. Энергия будет вырабатываться по термоэлектрическому принципу – за счет прямого преобразования тепла в электричество. Отсутствие движущихся частей исключает необходимость в регулярном техобслуживании, смазке и ремонте. Такой подход был много раз проверен на околоземных орбитах.
С 1970 по 1988 год СССР было запущено 34 космических аппарата с ядерными реакторами на борту. 32 из них были оснащены реакторами «Бук», которые использовались для питания бортовых радиолокаторов на спутниках морской космической разведки и целеуказания системы «Легенда».
Топливом для «Буков» служил высокообогащенный уран-235, а теплоносителем – жидкий калий-натриевый сплав. Два последних советских аппарата включали в себя усовершенствованный реактор «Топаз», который выдавал больше мощности при значительно меньшем объеме урана.
Зона вечной тьмы
Пока озвучены только основные технические характеристики будущей «Селены». Лунная АЭС создается с расчетом на выдерживание стартовых перегрузок, жесткой космической радиации, вакуума и экстремальных температур. Станция должна сохранять работоспособность во время лунной ночи при температуре до -150 °C, которая длится две земные недели.
Мощность первого энергоблока «Селены» приблизительно вдвое больше, чем у «Топаза», а вот массу планируют максимально снизить, так как для вывода АЭС на окололунную орбиту и обеспечение мягкой посадки станция должна весить не более 1200-1300 кг. Задача вполне реальная, поскольку специфика будущей лунной станции позволяет уйти от создания громоздкой биологической защиты.
Лунная АЭС необходима для энергоснабжения планируемой Международной научной лунной станции (МНЛС), которую Россия строит совместно с Китаем и другими международными партнерами.
Лунные полюса, куда нацелены будущие миссии и где планируют размещение основной площадки МНЛС, страдают от дефицита света, поэтому солнечные батареи там неэффективны. Но атомная станция способна обеспечить непрерывное энергоснабжение в столь экстремальных условиях.
Возникает закономерный вопрос: а что же такого ценного на полюсах нашей Луны?
Там, внутри глубоких кратеров, должны находиться огромные запасы водяного льда, который никогда не подвергался интенсивному воздействию солнечного света. Водяной лед — это и кислород для будущих лунных пилотируемых миссий, и кислород-водородное ракетное топливо, которое можно производить прямо на Луне.
Для прожорливого процесса электролиза воды и необходим ядерный реактор, который стоит располагать максимально близко к запасам льда, в «зоне вечной тени», где солнечные батареи бесполезны.
В Росатоме уже просчитали, что 10 кВт первой очереди лунной АЭС хватит только для работы первичной научной техники, которая займется поисками водяного льда на полюсах, и для энергоснабжения всей научной и сервисной системы базы – антенн связи, компьютеров, роботов, обсерваторий. Поэтому для промышленного освоения водяного льда, который потребует больших объемов энергии для электролиза, параллельно просчитывается проект следующего поколения – лунная АЭС мощностью на порядок выше, 100 кВт и более.
Вкалывают роботы
Запуск и доставка первой АЭС к Луне пройдут полностью без участия человека, так как на начальном этапе миссия будет беспилотной.
Создание опытного головного образца «Селены» запланировано на 2032 год, доставка АЭС на Луну должна осуществиться к 2033-2035 году. Для развертывания энергосистемы на спутник Земли планируется последовательно отправить три аппарата: экспериментальный модуль (2033 год), инфраструктурный (2034-й) и финальный энергетический (2035-й).
Монтаж и пусконаладку лунной АЭС осуществят автоматизированные роботизированные комплексы – новое поколение «любимых лунных тракторов».
По оценкам специалистов Росатома, чистое время возведения станции на поверхности силами таких роботов займет порядка 54 дней. Расчетный срок безаварийной автономной работы станции составляет более 10 лет, после чего ядерные установки могут быть утилизированы, а защитные купола-сооружения использованы повторно.
Тотальная роботизация будущей лунной базы – крайне амбициозная задача. В настоящее время за лунных роботов всерьез взялся Пекин, который совместно с Москвой развивает проект МНЛС. Китай делает заметный акцент на робототехнике для обслуживания будущей инфраструктуры базы, в частности Китайская академия космических технологий (CAST) уже
спроектировала автономных робособак-скаутов для патрулирования лунной станции, добычи водяного льда и помощи космонавтам.
Однако задача монтажа и особенно обслуживания лунной АЭС – это совершенно другой уровень сложности, поскольку роботам придется работать вблизи действующего реактора в условиях ионизирующего и нейтронного излучения.
Новая лунная гонка
Россия – далеко не единственный участник ядерной гонки на Луне. Главные конкуренты разрабатывают зеркальные проекты.
НАСА совместно с Министерством энергетики США финансирует программу Fission Surface Power (FSP). Разработкой концепций компактных лунных реакторов по госзаказу занимаются коммерческие гиганты Lockheed Martin, Westinghouse и IX.
В Америке делают ставку на масштабируемую архитектуру: от компактных реакторов деления урана-235 для начального лагеря Artemis Base Camp до мощных установок на 40-100 кВт для высокотемпературного электролиза воды и промышленной 3D-печати, которую планируют использовать в качестве основной технологии постройки будущей лунной базы США.
Белый дом хочет развернуть первую лунную АЭС к 2030 году, однако эти сроки явно «ползут вправо» в силу неготовности центрального элемента – того самого реактора по программе FSP. Дело в том, что
у США не было столь обширного опыта создания «космических» АЭС, который был у СССР.
Единственным полноценным ядерным реактором, который американцы реально запустили в космос, был SNAP-10A, побывавший на орбите в 1965 году.
Однако после распада СССР США получили возможность не просто изучить, а выкупить у России образцы реакторов «Топаз» для своих исследований. США планировали запустить их на своем экспериментальном спутнике в рамках программы NEPSTP, однако в 1996 году проект закрыли из-за сокращения бюджетов и давления антиядерного движения.
Тем не менее
американские специалисты детально изучили советские технологии термоэмиссионного преобразования энергии.
Впрочем, пока что FSP базируют на другом проекте. В 2010-х годах NASA провело глубокую модернизацию идей советского «Топаза» в проекте Kilopower, в рамках которого в 2018 году был запущен термопрототип KRUSTY.
В KRUSTY инженеры отказались от жидкого металла и применили пассивные натриевые тепловые трубки, передающие тепло уранового ядра на двигатели Стирлинга. Проект доказал жизнеспособность концепта автоматического реактора малой мощности (1-10 кВт). Технология усложняет конструкцию подвижными элементами, но дает прирост КПД до 25-30% (против 4-5% у советских реакторов с термоэлектрическим преобразованием).
В любом случае, новая лунная гонка уже началась. И ее участники уже не просто хотят воткнуть флаг в спутник Земли. Каждая космическая держава имеет свои планы на его постепенное, но комплексное освоение.
Человечество хочет вернуться на Луну всерьез и надолго.