Глава НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук побеседовал с советником президента НИЦ КИ Николаем Кухаркиным об истории атомной отрасли, применении ядерной энергии в авиации и космосе и защите человека от вредных излучений.
Михаил Ковальчук: Курчатовский институт, решая проблему создания советского атомного оружия, стал родоначальником множества направлений. В 1954 году родилась атомная энергетика: Курчатов запустил первую АЭС в Обнинске. В 1958-м была спущена на воду первая советская атомная подводная лодка «Ленинский комсомол», а первый в мире ледокол с ядерной силовой установкой — он назывался «Ленин» — появился в 1959-м. После первого этапа разработки подводной лодки и ледокола настала пора задуматься о применении ядерных технологий в авиации и космосе. Курчатовский институт заложил тогда основы и этого направления.
Президент Владимир Путин в послании Федеральному собранию показал несколько новых видов вооружений нашей страны, в том числе крылатую ракету с атомным двигателем. Это совершенно новая разработка, к ней причастны множество предприятий. Но возможной она стала только потому, что на протяжении многих десятилетий в стенах Курчатовского института и многих других советских НИИ проводились фундаментальные исследования в области ядерных технологий, атомной науки и техники. Создавались прототипы, которые послужили базой для такого рывка вперед сегодня.
Николай Кухаркин: Как только Курчатов доказал возможность цепной реакции и запустил в 1946 году на территории нашего института первый атомный реактор Ф-1, ученые тут же занялись поиском применений для этой технологии. Не только же оружейный плутоний производить: возможности атомной энергии неизмеримо шире. В выступлениях тех лет Курчатова, его коллег звучит мысль, что нужно думать о мирном использовании атомной энергии и, конечно, о создании двигателей. Оборонные задачи в тот момент имели большое значение, поэтому у Курчатова и Александрова первые идеи таких двигателей были связаны с лодками, самолетами и т.д. Были разговоры и о баллистических ракетах, но тогда это еще казалось неблизкой перспективой.
Начать решили с авиационных разработок — пилотируемых самолетов и крылатых ракет. Успехи были и в том, и в другом: Туполев создал самолет Ту-95, Мясищев — стратегический бомбардировщик М-3. Были основания полагать, что на их основе можно построить и атомный самолет. В то же время в КБ Лавочкина развивалось и направление высоко- и низколетящих крылатых ракет.
Для нас очень сложной оказалась проблема излучений. Самолет пилотируемый, экипаж надо защищать от излучений реактора как можно лучше. Некоторые вещи фундаментального плана не были понятны. Понятно было, как защититься от прямого потока излучений, рассчитать его, исходя из конструкции реактора. Но радиация рассеивается воздухом и попадает в кабину пилота со всех сторон. Вклад отраженного от воздуха излучения достаточно большой, поэтому нужно было со всех сторон защищать или реактор, или кабину, или и то и другое. И таких фундаментальных вопросов было множество.
В Курчатовском институте шли теоретические разработки, расчеты. Мы опирались на теорию, но необходимы были и эксперименты: надо было поднимать реактор повыше над землей, создавать летающую лабораторию. И тут к Игорю Васильевичу поступила информация, что в США такую систему уже создали...
М. К.: Мы шли тогда с американцами ноздря в ноздрю.
Н. К.: Именно так. Мы узнали, что у них летает такая лаборатория, но конкретных сведений, что там за реактор и как все устроено, не было. Знали только, какой самолет. По грузоподъемности он был похож на Ту-95. Игорь Васильевич сразу обратился к Туполеву, и тот поддержал.
Была создана летающая атомная лаборатория в специально переоборудованном туполевском самолете. Поставили туда реактор, разработанный и изготовленный в КБ Кузнецова в Куйбышеве, и начались экспериментальные работы.
Помимо решения основной задачи — изучения рассеянного излучения, особенно хочу отметить фундаментальные медико-биологические исследования того периода. В тот момент было не очень понятно влияние на живой организм гамма-излучения, нейтронов различных энергий. Нужно было все досконально изучить, измерить. Для разработки дозиметрических приборов был создан Специализированный научно-исследовательский институт приборостроения — СНИИП. Институт биофизики тоже делал для нас такое оборудование и проводил медико-биологические исследования. Интересно, что уже тогда для исследований на летающей лаборатории с помощью представителей Семипалатинского полигона был организован виварий.
М. К.: И это еще в 1950-е годы!
Н. К.: Я ездил к командиру полигона. Нам выделили собак и крыс. Условия, конечно, были не такие, как сейчас в Курчатовском институте, но тем не менее начало было положено.
Хотелось измерить взаимное влияние излучений и вибрации, которая неизбежна на самолете, и атмосферы, которой дышал экипаж, поэтому проводили и такие опыты.
М. К.: Мы и сегодня в институте ведем масштабные исследования воздействия радиации на живое, начиная с уровня стволовой клетки, генома, структуры белка, когнитивных функций. Сегодня одно из важнейших направлений — изучение влияния малых доз радиации, потому что с этим связано пребывание на Луне, на Марсе и полеты в дальний космос.
Работы сложные, дорогостоящие и очень долговременные: фактически начались они в 1950-е годы. Но сегодня наши возможности по изучению влияния радиации на организмы — одни из лучших в мире. Есть богатейший опыт и накопленные результаты.
То же касается разработки атомного самолета и крылатой ракеты. Первое техническое задание было утверждено Келдышем, Курчатовым и Александровым.
Н. К.: Первый отчет о возможности создания такой техники — это 1954 год.
М. К.: Как видим, в основе новых изделий, которые появляются сегодня, лежат фундаментальные работы наших ученых, сделанные 60 с лишним лет назад. Кстати, в том, что касается применения ядерной энергии в космосе, мы ведь тоже были фактически первыми?
Н. К.: В 1958 году у нас в институте встретились «три К» — Королев, Келдыш и Курчатов, — есть знаменитая фотография этой встречи. Курчатову, конечно, хотелось что-то сделать для космоса и вообще атомную энергию применить в авиации, в космосе. Но первое, что для этого нужно, — испытать тепловыделяющий элемент высокотемпературного ядерного реактора. Поэтому Курчатов предложил создать в Семипалатинске исследовательский реактор ИГР. Сам он предложил его назвать ДОУД-3 («До третьего удара»). У него было уже два инсульта, он серьезно болел. Тем не менее Игорь Васильевич сумел очень быстро организовать эту работу, экспедицию Курчатовского института вместе с центром Келдыша. Потом привлекли Николая Доллежаля. Реактор построили, быстро разработали тепловыделяющие элементы. То, что создали в те времена, в принципе годится и сегодня. Использование ядерных ракетных двигателей на низких орбитах и во время старта связано с загрязнением, но это не означает, что такие установки не могут использоваться в космосе. Всегда есть место, где они покажут себя с лучшей стороны. Ни в коем случае нельзя это направление закрывать.
М. К.: Если говорить об атомной энергетике в космосе, то здесь есть два направления. Первое — ядерные ракетные двигатели, второе — источники энергии. Как правило, задачи создания двигателя и источника, сопряжены.
В космосе есть важнейшая специфика: там теплоотдача происходит очень сложным образом. Нет конвекции, нет движения воздуха, поэтому механизмы съема тепла принципиально иные. Непреобразованное тепло отводится только излучением. Эффективность теплоотвода зависит от температуры в 4-й степени. Поэтому, оказалось, что выгодно использовать термоэмиссию, либо термоэлектрическое преобразование. Мы шли в этих направлениях, создавая конструкции совершенно разного типа. Была серия установок «Ромашка», был «Енисей», которую потом переименовали в «Топаз».
Н. К.: Другая серьезная проблема работы с ядерной установкой в космосе, — это невозможность что-то исправить. На обычном самолете или в лодке можно подойти и что-то починить, а в космос если уж запустил, то всё. Поэтому необходимо на Земле многими испытаниями доказать надежность системы. В Курчатовском институте для этого построили специальные стенды, на которых были испытаны шесть установок. Только после этого решили, что одну из них можно запускать в космос.
М. К.: СССР первым вывел атомную установку в космос?
Н. К.: Деловую — да. Американцы, испытав маломощную опытную установку, прекратили свои исследования, потому что столкнулись с трудностями. Где-то они нас опережали, но часто побеждали и мы.
М. К.: Символом этих побед стали установки «Бук» и «Топаз», которые работали на орбите.
Н. К.: Американцы признали наше первенство. Мы провели с ними совместные исследования и разработки, но они закрыли эту тематику. Конечно, продолжать ее надо. Нам надо развивать и электрореактивные двигатели, которые тоже в Курчатовском институте зародились. Для них требуется ядерный источник энергии.
М. К.: Успехи, о которых мы сегодня говорим, обеспечивают нашу безопасность и движение вперед. Такие разработки возможны только в том случае, если у страны есть успешная история развития науки, фундаментальных исследований, превращения их в технологии, создания специализированной инфраструктуры. Эта цепочка всегда у нас была развита. Более того, система научного руководства — сопровождения разработки от идеи до промышленной реализации — это тоже залог успеха. Такая система была создана в нашей стране. Надеюсь, что она, эффективно развиваясь и совершенствуясь, позволит нам двигаться вперед очень интенсивно.
Например, колоссальный задел в области создания принципиально новой ядерной установки — с термоэлектрическим прямым преобразованием энергии — дал нам возможность разработать новый вид атомной электростанции — малой мощности. Такие установки оказываются безальтернативными при освоении Арктики. Там нет необходимости поставить мощную станцию, потому что нет потребителей. И электрические сети строить невозможно — вокруг острова и лед. Поэтому нужно много небольших установок, которые бы не нуждались в постоянном обслуживании. Фактически речь идет об «атомной батарейке». Ее на заводе изготовили, привезли, поставили, а через 15–20 лет просто заменили.
И это принципиально новое направление стало возможным только потому, что полвека назад в Курчатовском институте стартовали работы по созданию установок для авиации и космоса. Они были начаты благодаря усилиям таких ученых, как Николай Евгеньевич Кухаркин.