Некоторые итоги научного года 2022

Успехи в термоядерном синтезе и освоении космоса

Термояд

В декабре в США взорвалась бомба, информационно-водородная. Буквально. На сайте Министерства энергетики появилось сообщение о положительном энергетическом балансе термоядерной реакции, достигнутом в стенах Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса. «Лаборатория» звучит скромно, но в ней действительно создали в свое время водородную бомбу, есть даже химический элемент в ее честь – ливерморий (Livermorium). Причем сообщение появилось даже не в научной прессе, что, учитывая уровень Лаборатории, как бы не солидно. Всё просто: статья проходит рецензирование в строгом научном журнале, а тут конец года, Рождество – поэтому о великом событии так и сообщили, просто народу, обойдя установленный порядок.

А вот насколько событие великое? Положительный энергетический баланс – это когда в реакции получают больше энергии, чем ее вводят. Но это не вечный двигатель, хотя, если такая реакция будет доведена до промышленных масштабов, человечество будет-таки обеспечено энергией навечно. Энергией слияния (синтеза) изотопов водорода

Над проблемой управляемой термоядерной реакции бьются уже 60 лет, бьются весьма успешно, но... безрезультатно. Точнее, получено очень много полезных промежуточных результатов, но нет ни одного, даже самого маленького, модельного, лабораторного термоядерного реактора. Задача эта неимоверной сложности. В основе «термояда» лежит синтез более тяжелых элементов из более легких, а именно изотопов водорода дейтерия и трития, а в перспективе и изотопа гелий-3. Проблема в том, что для протекания устойчивой реакции необходимо стабильно поддерживать температуру в сотни миллионов градусов, а это пока не решено.

С водородной бомбой, где тоже сливаются ядра легких изотопов, проще: там высокая температура для инициирования реакции нужна лишь на какой-то миг, и роль детонатора выполняет атомная бомба.

Перспективный термоядерный реактор будет, кроме всего прочего, выгоден экологически, менее опасен в сравнении с теперешними атомными реакторами, не будет вырабатывать продуктов, идущих на создание ядерного оружия.

Во всем мире идет гонка физиков за освоение термояда, в ней участвуют все развитые государства. Конкурируют несколько схем термоядерных реакторов, наиболее перспективной считается «Токамак» – кольцевой реактор, в котором магнитным полем удерживается высокотемпературная плазма. Крупнейший такой реактор, ITER, уже много лет строится во Франции рядом европейских стран. В Германии запущен в 2014 году в городе Greifswald крупнейший в мире стеллалатор Wendelstein 7-X, это тоже реактор типа токамак, но иной конструкции.

Ведущими в исследовании управляемого термояда являются США, Китай, Англия, Франция, Германия. Швейцария, Япония, Россия... Идет гонка…

Установка в Ливерморской лаборатории использует лазерный нагрев, в эксперименте было излучено 2,05 мегаджоулей, а получено 3,15, энергетический выигрыш около 50%. Лазерный луч облучает капсулу с изотопами, при этом достигается температура более 100 млн градусов и давление до 500 млрд бар, в итоге запускается термоядерная реакция с образованием стабильных элементов (гелий) и выделяется энергия.

Разумеется, не надо обольщаться, до коммерческого внедрения управляемого термояда впереди десятилетия напряженной работы, сейчас произошел лишь маленький, хотя и очень важный шаг. Никто вообще не знает, найдет ли в будущем термоядерная энергия применение, ведь совсем рядом с землей уже находится вполне исправный термоядерный реактор и будет находиться не менее миллиарда лет – наше Солнце. Однако уже создаются фирмы-стартапы, готовые заняться промышленным внедрением термояда в недалеком будущем. Оживились и потенциальные инвесторы – это ведь новый бизнес, который потенциально способен перекроить всю мировую энергетику.

В мире над проблемами термоядерного синтеза работают 33 частных фирмы, из них 21 – в США. По миру в прошлом году инвестиции в эти фирмы составили почти 5 млрд долларов.

Космос

Год был очень богатым на космические события, несмотря на войну. В начале Рогозин, как заведено, наобещал американцам кучу проблем на совместной станции МКС, вплоть до остановки работы. Однако ничего не произошло, война-войной, а космос остался пока общим. А Рогозина выгнали из Роскосмоса и направили смотрящим по Донбассу. Там он и заработал осколок, правда не в бою, а в ресторане, в общем, снова отличился.

Решено совершать перекрестные полеты на МКС: американцы на «Союзах» и наоборот. И даже уже полетали таким образом: россиянка Анна Кикина на Grew Dragon и от NASA американец Франсиско Рубио на «Союзе МС-22».

Но тут возникла проблема, и немалая: на «Союзе» случилась утечка охлаждающей жидкости наружу. И корабль стал аварийным, возвращаться на нем не будут. Возможных причин пробоины названо три: попадание микрометеорита (наиболее вероятная), столкновение с космическим мусором и производственный брак. Программу работы на борту МКС срочно корректируют, кто на чем вернется – пока не ясно, у американцев есть свободное место на Dragon’e, Россия готовит новый «Союз».

У китайцев уже полностью укомплектована их станции Tiangong (Небесный дворец), она состоит из трех модулей, предназначенных для биологических, микрогравитационных, материаловедческих и гидрофизических исследований. На станции уже начаты плановые исследовательские работы, доставляются сменные экипажи и полезная нагрузка. В недалеком будущем будет пристыкован еще один модуль, кроме того, в состав станции войдет космический телескоп, который будет находиться поблизости на орбите, время от времени пристыковываясь к станции для обслуживания.

Китай наступает в космосе на всех направлениях, одна из главных его целей – Луна. Проведенные в последние годы полеты вывели китайцев в лидеры по приборному изучению Луны, теперь они нацеливаются на лунную экспедицию. Недавно успешно испытан двигатель для перспективной сверхтяжелой ракеты для лунных экспедиций.

Если в 60-70-е годы прошлого века космическая гонка происходила между СССР и США, причем американцы до высадки на Луне были в роли догоняющих, то сегодня складывается похожая ситуация, только не с Россией, а с Китаем.

В прошедшем году США произвели 78 космических запусков (60 из них приходится на компанию SpaceX Илона Маска), Китай – 64, Россия – 21.

Китай не просто повторил почти всё, чего добились другие космические державы, он реально обошел уже сейчас Россию, ЕС и частично США. Например, Китай запустил многоразовый челнок, видимо, аналогичный американскому легкому челноку X-37B, причем если американцы не разглашают подробности своей программы, то китайцы даже названия аппарата не сообщают.

Об успехах и проектах Илона Маска уже столько писано, но он всё время дает повод для общественного интереса. Взять хоть Starlink, систему спутникового интернета. В конце года полетели Старлинки 2-го поколения, их предусматривается три вида: мини (300 кг), миди (800 кг) и большие (2000 кг). Пока было запущено 3.556 спутников из 20 тысяч заявленных. В этом году в полной мере проявилось новое качество этой системы – обеспечение воюющей армии устойчивой космической связью.

К концу года всеобщее внимание приковал давно планируемый первый запуск по лунной программе Artemis (Артемида). Самая тяжелая в мире ракета, SLS, направила космический корабль Orion на орбиту спутника Луны, с которой он благополучно вернулся и опустился в океан. Корабль рассчитан на четырех астронавтов, летело три ... манекена. Это была часть проекта, через два года тот же маршрут совершат люди, а потом... Может показаться странным, но за три года до предполагаемой посадки на Луну так и не ясно, как это будет происходить, какая техника будет задействована. Даже во время первой лунной гонки за три года до высадки были и в США, и в СССР разработаны посадочные модули. Тут их делают вроде бы сразу два, но ясности нет.

А Маск продолжает готовить свой Starship, гигантскую многоразовую двухступенчатую ракету. Если всё пойдет по плану, то еще до лета он окажется на темной орбите и вернется назад. В случае успеха именно Старшип должен выполнить роль лунного корабля, совершающего полет с лунной орбиты (Orion, позже станция Lunar Gataway) на Луну и обратно. Ванга по этому поводу сказала, что ничего такого в эти сроки у них не выйдет.

Вкратце:

• Среди 140 спутников, запущенных в рамках программы Transporter (SpaceX), был и украинский сельскохозяйственный микроспутник. За ним последуют и другие для создания целой сети аграрного мониторинга
• Пути Роскосмоса и OneWeb окончательно разошлись, теперь интернет-спутники будет запускать... его конкурент, SpaceX
• Инфракрасный космический телескоп James Webb, запущенный в этом году, подтвердил существование экзопланеты, она примерно тех же размеров, что и наша Земля. Но у телескопа возникла проблема: в его огромное зеркало попадают микрометеориты, уже насчитано их более 20.
• Успехом завершилась миссия DART – космический аппарат «протаранил» двойной астероид Дидим-Диморфос и слегка изменил его траекторию движения – это важнейший эксперимент по отработке защиты Земли от космических тел
• Из-за войны отменена совместная европейско-росссийская марсианская миссия ExoMars-2022
• Находящийся на Марсе ровер Perseverance собирает, помимо прочего, образцы марсианского грунта. Первый контейнер с грунтом уже оставлен на поверхности, за ним последуют еще девять. А затем на Марс опустится специальный аппарат, который эти контейнеры доставит на землю
• Принято решение о строительстве первого европейского космодрома в Швеции за Полярным кругом
• Глава NASA выразил озабоченность по поводу возможной лунной экспансии Китая и призвал не отдавать китайцам Луну (в советской истории сохранилась такая же фраза Хрущева, тогда не хотели отдавать Луну американцам, но отдали).

С. Мучник (Дортмунд)

Читайте также:

1.    Ядерная энергетика – списывать рано!Журнал «Партнёр», № 7 / 2014. Автор С. Мучник

2.    Возвращение на Луну? Журнал «Партнёр», № 4 / 2017. Автор С. Мучник

3.    Глобальный космический интернет. Журнал «Партнёр», № 10 / 2019. Автор С. Мучник

4.    Космический батут. Журнал «Партнёр», № 7 / 2020. Автор С. Мучник

5.    Космическое обозрение – 2022. Журнал «Партнёр», № 2 / 2022. Автор С. Мучник