«Нужно планировать будущее
для наших внуков»

Академик Николай Пономарев-Степной недавно отпраздновал 90-летний юбилей. Он по-прежнему полон энергии и мыслит глобально. Николай Николаевич рассказал нам о самых ярких эпизодах своей жизни и доходчиво объяснил, почему развитие водородной энергетики — залог мирового лидерства в ближайшем будущем.

Беседовала Надежда ФЕТИСОВА
Фото: Атомный эксперт

Биография
Николай Николаевич Пономарев-Степной — советский и российский физик-ядерщик, лауреат Государственной (1980) и Ленинской (1985) премий.

Работая в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова, стал кандидатом (1959), а затем доктором (1974) технических наук, профессором по специальности «Ядерные энергетические установки» (1979).

В 1984 году Н.Н. Пономарев-Степной был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1987 году стал ее действительным членом — академиком по специальности «Энергетика, в том числе атомная».

В 1991—1992 годах Н.Н. Пономарев-Степной был президентом отечественного Ядерного общества, активно способствовал сохранению атомного ведомства и образованию в 1992 году Минатома России.

С 2012 года Н.Н. Пономарев-Степной работает научным консультантом генерального директора АО «Концерн Росэнергоатом».

В 2018 году Президиум РАН наградил академика РАН Н.Н. Пономарева-Степного золотой медалью им. А. П. Александрова за выдающиеся работы, внесшие большой вклад в исследования и разработки в области двухкомпонентной атомной энергетики и атомно-водородной энергетики, а также за многолетнюю плодотворную деятельность.
Николай Николаевич, расскажите, пожалуйста, о вашем детстве: где вы росли, как учились?

Мои родители — профессиональные артисты, гастролировавшие по стране, поэтому за время своей школьной жизни я сменил около десятка городов. Это отразилось на моем характере: все время ты приходишь в класс как новичок, на тебя обращено все внимание, и ты выбираешь, как себя вести.

Последний год я учился в городе Камышине. Перед выпускными экзаменами родители уехали, поэтому я сдавал экзамены один, еще и приболел. Налепил много ошибок, но все обошлось. Аттестаты нам выдавали в областном центре — Сталинграде, он лежал весь в руинах. После этого мои одноклассники сели на пароход и поплыли обратно в Камышин. А я сел на поезд и поехал к брату, который служил тогда на Украине. Погостил у него и твердо решил ехать в Москву — поступать в институт. Пришли мы с братом на вокзал, а билетов нет. Оставался один вариант — ехать на крыше…
Ломоносов пришел в Москву пешком, а академик Пономарев-Степной приехал на крыше поезда?

Почти что так. Я взял свой солдатский рюкзачок с пожитками, залез на вагон, обнял выхлопную трубу и поехал. Сначала было непривычно, потом освоился. На каждой станции приходилось спрыгивать, чтобы милиция не поймала. Так я добрался до Харькова, там приобрел билет на «пятьсот веселый» — это товарные вагоны, которые возили пассажиров. Они были забиты людьми, но как-то я влез. Так и добрался до Москвы.
Как вы выбирали будущую специальность?

Выбрал, можно сказать, случайно. Представьте: я вышел на вокзале в Москве, у меня тут никого — ни родственников, ни знакомых. В какой институт поступать? Самоуверенности мне было не занимать, и для начала я отправился пешком в ГИТИС, на Садово-Каретную улицу. Пришел, вижу: здание какое-то неказистое, еще и прогорклыми щами во дворе пахнет. Не нравится!

Тогда я решил податься в МГИМО, но там с меня запросили дополнительные документы помимо аттестата — и я уехал.

Добрался до Московского авиационного института, стал узнавать условия обучения; там не гарантировали предоставления общежития, такой вариант мне не подходил.

Поехал в Московский энергетический институт, и мне приглянулся теплоэнергетический факультет: стипендию там обещали большую, и общежитие студентам полагалось. Туда я и поступил. Лекторы были впечатляющие, особенно запомнился академик Борис Владимирович Шабат. Идет лекция, огромная аудитория — человек двести, много фронтовиков. Кто-то кричит лектору: «Мы ничего не понимаем!» Борис Владимирович не растерялся: «Не переживайте: высшую математику никто сразу не понимает. Потерпите немножко…»

И вот в конце первого семестра приходят к нам молодые ребята в черных костюмах и спрашивают: «Открывается новый факультет, там будет больше математики и больше физики. Есть желающие перевестись?» Я спрашиваю: «А стипендия?» — "Стипендия повышенная".— «Тогда я перевожусь!»

Это был 1946 год, начинали образовываться ведомства по изучению атомной энергии и разработке ядерной бомбы, и на высшем уровне было принято решение о создании специальных факультетов в ведущих вузах страны, где готовились бы новые кадры.
Вы тогда понимали, что это такое — атомная энергетика?

Конечно нет, это же было суперсекретно. Наш новый факультет назывался «физико-энергетический». Потом, после его объединения с другими спецфакультетами, образовался МИФИ. Все лекции были закрытыми, преподаватели запомнились на всю жизнь: Иван Иванович Новиков, Савелий Моисеевич Фейнберг и многие другие. Это были не просто ученые-теоретики — это были люди, которые работали в этой сфере, так что знания мы получали из первых уст.

В 1951 году я был направлен писать дипломный проект в Курчатовский институт, который тогда назывался «почтовым ящиком», в шестой сектор. Этот сектор был изначально ориентирован на разработку атомной бомбы. Позже для этих целей был образован Арзамас, а шестой сектор переключился на создание первого промышленного реактора. Руководил сектором очень интересный, своеобразный человек — Владимир Иосифович Меркин.

К 1951 году промышленный реактор, вырабатывавший плутоний, был уже запущен. И вот мы, четвертый выпуск МИФИ, стали думать: чем нам заняться? Промышленные, энергетические, морские реакторы уже разрабатываются, поэтому мы занялись самолетами. Я взял проект с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Задача была — нагреть в этом реакторе воздух до 1500 °С. Теплофизику приходилось проходить самостоятельно. Проект был осуществлен.
Это была разработка для военных самолетов?

Сейчас объясню. В 1949 году прошли испытания первой атомной бомбы. После этого «три К» — Королев, Курчатов, Келдыш — собрались в Курчатовском институте, чтобы обсудить вопрос: каким транспортом эту бомбу перемещать? Самолетом, ракетой или подводной лодкой? Самолету на обычном топливе не хватило бы заправки для возвращения, а самолет с ядерным реактором имеет неограниченную дальность полета. Фактически решению этой проблемы были посвящены наши дипломные проекты.

Однажды поздно вечером к нам зашел Меркин и говорит: «Прошла информация, что в Америке создан самолет с атомным реактором. Мне звонил Курчатов, он сейчас в театре. Когда он выйдет со спектакля, я должен предоставить ему наш анализ — что это за самолет?» Мы изложили свои соображения. А на следующий день Игорь Васильевич обратился к Туполеву с предложением о создании самолета с атомным реактором.

Этот эксперимент позволил развивать авиапромышленность и проверить на практике многие теории. Мы разработали сверхдальний бомбардировщик Ту‑95ЛАЛ. Он был сконструирован Туполевым, а за реакторную часть отвечало куйбышевское КБ. Турели были заменены детекторами излучения, в бомбовом отсеке находился ядерный реактор. Необходимо было провести испытательные полеты. Я вошел в команду летчиков-испытателей и принял участие в этих полетах.

Параллельно велась разработка двигателей с атомным реактором — прямоточного и турбореактивного двигателей. Мы работали и с Туполевым, и с Мясищевым, и с Лавочкиным. С тех пор я очень уважительно отношусь к авиационной отрасли: там работали люди, которые помогли стране выиграть войну. Я близко узнал потрясающе талантливого человека — Архипа Михайловича Люльку, он разработал турбореактивный двигатель.

Позднее программы разработки самолетов с двигателями, работающими от ядерных реакторов, были свернуты. В качестве постоянной авиационной компоненты такой самолет существовать не может — всегда сохраняется опасность аварии, а возможности обеспечить полную герметизацию самолета в случае его падения нет. (С ледоколами в этом смысле проще — они не падают, а тонут, поэтому можно предотвратить катастрофическое загрязнение.)

Я рад, что разработка атомолетов была свернута. Но в процессе ее мы получили большой опыт и знания, оказавшие влияние на развитие других направлений атомной энергетики.

Потом началась эпопея с ракетами. У обычных ракетных двигателей на химическом топливе удельная тяга — 400 секунд, двигатель с ядерным реактором может достичь 900. А по формуле Циолковского, полезная нагрузка ракеты увеличивается в зависимости от удельной тяги двигателя.

В 1960-х годах в СССР была разработана конструкция высокотемпературного реактора, который нагревал водород до температуры 3000 °C. Даже по сегодняшним меркам это чрезвычайно высокая температура: обычные реакторы работают с нагревом теплоносителя приблизительно до 300 °C, быстрые — до 500−600 °C.

Американцы тоже двигались в этом направлении. Потом, когда информация была открыта, оказалось, что наши двигатели превосходят американские по удельной тяге: 900 секунд против 800. Это существенное улучшение характеристик космических аппаратов, есть чем гордиться.

Однако тогда в СССР признали, что доставку атомной бомбы лучше всего осуществят подводные лодки, и основное внимание было уделено им.
А как же развитие космической программы?

В 1980-х годах мы размышляли о том, как исследовать Солнечную систему. Я встречался и с Келдышем (он руководил разработкой космических установок), и с Глушко (он занимался двигателями). Мы думали об экспедиции на Марс с участием людей. Планировалось, что ракета выйдет на орбиту Марса, экипаж высадится на планету, пробудет там примерно неделю, вернется на орбиту и оттуда — на Землю. Мы предполагали, что это может произойти в 2018 году.
Что помешало этому проекту осуществиться?

Сначала — Чернобыльская авария, потом — перестройка, развал СССР и изменение структуры нашего учреждения. В 1989 году мы побывали в Америке, на конференции по космической энергетике, и предложили совместную работу по этому направлению. У меня были все разрешительные документы с подписью Горбачева.

Поначалу американцы смотрели на нас как на медведей, вылезших из берлоги, но, услышав доклад, они изумились: «Не может этого быть! Это технологии, которые превосходят наши». Это был завизированный доклад, естественно, без технологических деталей. Нам удалось установить необходимые контакты, было подписано соглашение между Россией и Соединенными Штатами, согласно которому наши основные лаборатории должны были сотрудничать с американскими. Это был очень полезный период, позволивший нам, например, существенно продвинуться в развитии вычислительной техники, выйти на новый уровень безопасности, понимания сложнейших процессов. Сейчас много говорится о цифровизации экономики; атомная энергетика не может существовать без цифровизации, поэтому она первая включила в себя этот необходимый элемент: вычислительные машины, компьютерные коды, программное обеспечение.

Сейчас снова наши контакты с США очень ограниченны. На мой взгляд, в атомной энергетике это неприемлемо. Я уверен, что сотрудничество в области атомной энергетики должно продолжаться, несмотря ни на какие коллизии.

А что касается экспедиции на Марс: даже если американцы отправятся туда раньше нас, я буду удовлетворен. Это великая человеческая мечта, которая рано или поздно осуществится.
Что помешало этому проекту осуществиться?

Сначала — Чернобыльская авария, потом — перестройка, развал СССР и изменение структуры нашего учреждения. В 1989 году мы побывали в Америке, на конференции по космической энергетике, и предложили совместную работу по этому направлению. У меня были все разрешительные документы с подписью Горбачева.

Поначалу американцы смотрели на нас как на медведей, вылезших из берлоги, но, услышав доклад, они изумились: «Не может этого быть! Это технологии, которые превосходят наши». Это был завизированный доклад, естественно, без технологических деталей. Нам удалось установить необходимые контакты, было подписано соглашение между Россией и Соединенными Штатами, согласно которому наши основные лаборатории должны были сотрудничать с американскими. Это был очень полезный период, позволивший нам, например, существенно продвинуться в развитии вычислительной техники, выйти на новый уровень безопасности, понимания сложнейших процессов. Сейчас много говорится о цифровизации экономики; атомная энергетика не может существовать без цифровизации, поэтому она первая включила в себя этот необходимый элемент: вычислительные машины, компьютерные коды, программное обеспечение.

Сейчас снова наши контакты с США очень ограниченны. На мой взгляд, в атомной энергетике это неприемлемо. Я уверен, что сотрудничество в области атомной энергетики должно продолжаться, несмотря ни на какие коллизии.

А что касается экспедиции на Марс: даже если американцы отправятся туда раньше нас, я буду удовлетворен. Это великая человеческая мечта, которая рано или поздно осуществится.
Расскажите, пожалуйста, о других ваших проектах тех лет.

Мы с коллегами активно занимались космическими ядерными установками. Это важное направление, ведь космические исследования можно использовать для земных нужд: например, изучать состояние атмосферы или ­контролировать газопроводные системы.

Космические задачи требуют различного энергетического обеспечения. Десятки киловатт может обеспечить солнечная энергия. Но когда речь идет о сотнях киловатт, то нужны стабильные источники энергии — компактные ядерные установки. Работа над источниками такого типа параллельно велась у нас и в Америке.

Не так давно американский космический аппарат вышел за пределы Солнечной системы. В качестве источника энергии он использовал 238Pu, причем плутоний наш, российский.

В СССР ядерные установки изначально были разработаны для оборонных целей: чтобы контролировать акваторию мирового океана, отслеживать подводные лодки и так далее. Такие установки были запущены, около 30 до сих пор находятся на орбите.

Интересная задача — создать установку с прямым преобразованием энергии, чтобы избавиться, например, от турбин. Если использовать высокотемпературный источник энергии в термоэлектрических преобразователях, то можно получать электрический ток, как в термопарах. Для этого нужны достаточно высокие температуры — выше 500 °C или даже 1000 °C. Мы такой реактор сделали — "Ромашку", и он доказал свою работоспособность.

Термоэмиссионное преобразование энергии более эффективно, более компактно. В термоэмиссионных преобразователях нужны температуры выше 1500 °C. Мы сконструировали такие установки, они испытывались в космосе.

Энергетика в космосе была освоена достаточно хорошо. Этим я горжусь.
Применимы ли разработки, о которых вы рассказали, в обычной энергетике?

В конце 1960-х годов мы занялись очень интересным направлением — попытались сконструировать так называемые высокотемпературные ядерные реакторы, в которых можно было бы нагревать теплоноситель — гелий — до 1000 °C. Я работал совместно с нашим ОКБМ. Реактор мы так и не сделали, но технология была проверена на стендах, получены уникальные топливные элементы. Очень горько, что эту работу мы не довели до конца, ведь в мире эти реакторы существуют.

С реакторами такого типа можно изготавливать хорошие энергетические блоки. Паротурбинный цикл, который на атомной станции занимает колоссальные здания, можно заменить так называемым прямым газотурбинным циклом, гораздо более компактным. Я уверен, что это направление перспективное.

Но есть и другое. Сейчас мировая общественность озабочена проблемой изменения климата. Как известно, многие страны, и среди них Россия, подписали Парижскую конвенцию, взяв обязательства по сокращению выбросов углекислого газа в атмосферу.

В электроэнергетике можно использовать безуглеродные источники энергии, в том числе атомные. Но электроэнергетика занимает в глобальном энергетическом балансе всего одну треть, остальное дает промышленность.

Как уменьшить эти выбросы? Ядерный реактор на автомобиль не поставишь, поэтому надо переходить или на электричество, или на водород. Считаю, что с помощью высокотемпературных ядерных реакторов нужно производить водород: тогда можно обеспечить энергией всю промышленность, не выбрасывая при этом СО₂.
Вы о тех самых водородных двигателях, о которых уже несколько лет говорите?

Именно. Сейчас в мире наблюдается волна интереса к этой теме: «Тойота», «Мерседес» начали выпускать коммерческие автомобили на водороде; производятся большегрузные машины и автобусы на водороде; в Бельгии разрабатывается «водородный» сухогруз. А Россия стоит на месте, хотя у нас есть отработанная технология создания высокотемпературных ядерных реакторов.

Технология получения водорода из природного газа — это стандартная промышленная технология, она применяется в нефтехимической и химической промышленности. Но там половина газа сжигается (тепло используется для получения водорода), и выхлопные газы попадают в атмосферу. Мы же заменяем эту часть теплом от ядерного реактора и получаем чистый водород.

В России колоссальные объемы природного раза, наша страна обеспечивает 10−15% его мировых поставок. Если бы мы превращали природный газ в водород, то могли бы продавать его как продукт с добавочной стоимостью в три-четыре раза выше. Одновременно повысится и производительность труда. Это может стать национальным проектом, одним из тех, к поиску которых призывает наш президент. Мы могли бы занять серьезную нишу на этом рынке. Одним из перспективных покупателей водорода могла бы стать Япония, которая на правительственном уровне приняла решение отказаться от сжигания природного газа и делает ставку на водородную энергетику.

Другие страны активно развивают это направление. Например, китайцы в этом году планируют запустить два высокотемпературных опытно-промышленных реактора, природный газ покупать у нас.

Направлений для применения такой чистой водородной энергии множество. Например, наш крайний Север, который сейчас буквально задыхается от дизелей. Те же «КамАЗы», которые сейчас перевозят руду от месторождений до Певека (а это 700 км), могут работать на водороде. Представьте себе электрическую ячейку, к которой подводится с одной стороны водород, с другой — кислород, при соединении получается электрический ток, на выходе — вода, настолько чистая, что ее можно пить.

Такие топливные элементы разработаны в Курчатовском институте, а за рубежом сотни фирм их производят.
Справка
В октябре 2018 года в Токио состоялась международная конференция, посвященная водородной энергетике. В ней приняли участие министры и чиновники из 20 стран. Они сделали заявление о необходимости выработки международных норм производства водорода и его использования в качестве топлива. Россия в этом мероприятии не участвовала.

Премьер-министр Японии Синдзо Абэ еще в 2017 году поставил цель отказаться от углеводородной энергетики в пользу экологически чистых водородных батарей. Планировалось, что к 2020 году в стране должно быть около 40 тыс. автомобилей, работающих на водороде, к 2030 году — около 800 тыс. Для этого правительство намерено в четыре раза увеличить количество водородных заправок.
А деревни можно обогревать водородом?

Конечно, можно возить туда баллоны. Я недавно читал, что один университетский городок в Англии решил перейти на водород. Правда, водород они получают с помощью возобновляемых источников энергии. То же самое в Австралии: в одном из городов принято решение в сетевую систему газопроводов природного газа запускать водород.

Более того, существует технология мембранного выделения водорода из природного газа, позволяющая использовать водород в чистом виде.

Конечно, это колоссальная проблема — внедрить такие технологии. Для этого требуется продумать и организовать производство водорода, его хранение, транспортировку, распределение, подачу. Но уже сейчас многие страны соревнуются: у кого больше водородных заправочных станций. Россия, к сожалению, на первом месте с конца, хотя создание таких станций — совсем не сложная вещь. А между тем я предвижу, что скоро начнется импорт водородных автомобилей из-за рубежа, для них потребуются такие заправочные станции. Получается, и водород будет поставляться из-за рубежа? Нельзя допустить, чтобы Россия пошла по этому пути. Водород — одно из немногих направлений, на котором наша страна может стать первой. Но нужно понимать, что результат будет не сразу, а через 10−20 лет активной работы: думаю, что расцвет водородной энергетики придется на 2040−2050-е годы.

Основной недостаток нашего бизнеса — мы живем сегодняшним днем. А нужно планировать на будущее, на завтра и послезавтра, для наших внуков и правнуков. Водород — то самое долгосрочное будущее.
Напоследок не могу не спросить: как вам удается так потрясающе выглядеть, так замечательно мыслить?

Конечно, я стараюсь заниматься своим телом — если этого не делать, то одряхлеешь. Я начал было расползаться, пришлось взять себя в руки. Сейчас встаю в 5.30 утра, делаю небольшую 20-минутную зарядку, в семь выезжаю на работу. Вечером снова зарядка, уже часовая, плаваю в бассейне с противотоком — против течения.

Но главное — у меня есть любимая, интересная работа. Хотя в ней много сучков и задоринок, я вижу перспективу, пусть и отдаленную. То, чем я занимался в молодости, только сейчас начинает претворяться в жизнь — полеты на Марс, например. И водородная энергетика тоже состоится, это вопрос времени. Пусть я не увижу этого своими глазами, но увидят мои внучки — у меня их четыре. И это вторая важная составляющая моей жизни — моя семья, мое окружение.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #2–3_2019