Важной проблемой космических перелетов является необходимость постоянно затрачивать топливо для изменения скорости движения. Современные космические аппараты используют два типа двигательных систем. Классические химические реактивные двигатели позволяют быстро ускоряться, но требуют большого количества топлива и этим сильно ограничивают максимальную скорость. Поэтому двигатели включаются только для коррекции курса, а для значительного ускорения аппаратов, отправляющихся к планетам гигантам, приходится использовать уловки вроде гравитационных маневров у планет. Второй вариант - электрореактивные двигатели. Они могут быть ионными либо плазменными, однако суть одна. Такие двигатели имеют очень маленькую тягу и большое энергопотребление, однако используют относительно небольшое количество топлива. Ионные двигатели уже устанавливались на некоторых научно-исследовательских автоматических станциях, таких как Deep Space 1 или Dawn.
Электрореактивные двигатели удобны для дальних экспедиций тем, что позволяют увеличивать скорость в течение всего полета. Однако из-за малой тяги для существенного приращения скорости тяжелого аппарата потребуется установить на него много двигателей, а много двигателей потребуют много, очень много электроэнергии. Так и родилась идея транспортно-энергетического модуля - специального буксира, который мог бы стыковаться с полезным грузом и перемещать его в пространстве. Такой модуль можно использовать для транзита спутников с низкой орбиты на геостационарную, для доставки тяжелых исследовательских станций к планетам-гигантам и, наконец, для отправки пилотируемых экспедиций в дальний космос.
Есть две концепции электрореактивного буксира. НАСА до конца 2014 года планирует определиться с архитектурой Solar Electric Propulsion (SEP). Согласно «дорожной карте» (уточненные планы) американского космического агентства, подобный модуль, использующий гигантские солнечные батареи, будет иметь мощность 50 кВт на первом этапе в начале 2020-х годов. SEP планируется использовать в качестве транспортного модуля автоматической миссии ARM по захвату и доставке на орбиту Луны астероида. Ее запуск запланирован на декабрь 2019 года. К концу 2020 должен появиться гибридный электрореактивно-химический буксир первого этапа. Его электрическая мощность составит 190 кВт (150 кВт на двигательную систему). Химические двигатели будут использоваться для торможения. Наконец, в ходе экспедиции к Марсу в 2030-х годах планируется использовать гибридный буксир второго этапа с мощностью солнечных батарей от 250 до 400 кВт и с уровнем энергоснабжения электрореактивной двигательной установки от 150 до 200 кВт. В качестве топлива ЭРДУ будут использоваться 16 тонн ксенона. Очевидным недостатком модуля на солнечных батареях является невозможность использовать его у планет-гигантов, поскольку уже на орбите Юпитера энергия солнечного излучения падает почти в 30 раз. По всей видимости, на SEP будут установлены рекордно мощные ионные двигатели наподобие NEXT. В декабре 2009 года завершились испытанния таких двигателей, в ходе которых они непрерывно работали в течение 5,5 лет.
Описание
В России с 2011 года ведется работа над ядерной электрореактивной двигательной установкой. В качестве источника энергии ЯРДУ будет использован реактор разработки Исследовательского центра им. Келдыша.
По неофициальным свидетельствам, проблемы возникли в процессе разработки «космической» части проекта и были связаны в первую очередь с отсутствием необходимой компонентной базы. Созданием двигательной системы, в которой должны быть использованы ионные двигатели ИД-ВМ с тягой 725 мН и удельным импульсом 7000 с, изначально занималась РКК «Энергия». Она же была головным разработчиком проекта на первом этапе его развития. Позднее, уже в ГКНПЦ им. Хруничева, буксир уже претерпел существенные изменения. Мощность энергоустановки была уменьшена с 1 МВт до 500 кВт (за вычетом питания собственно борта). Сам буксир уменьшился в размерах и по массе. Разработчики отказались от планов вывести его в космос отдельными пуском.
Из Центра им. Хруничева проект передали санкт-петербургскому машиностроительному заводу «Арсенал», который не имеет опыта работы с турбомашинным преобразованием энергии в реакторе. Инженеры «Арсенала» заменили турбину на термоионный преобразователь, в результате чего значительно снизилась выдаваемая полезная электрическая мощность. Фактически, сейчас аппарат не представляет интереса в качестве транспортного буксира. В таком виде он в новую Федеральную космическую программу и не попал. Теперь предполагается отрабатывать ядерный реактор в качестве источника питания для космических аппаратов на высокой орбите Земли.
Сейчас он должен выводиться в космос вместе со спутником. Аппарат будет отвечать за доставку спутника на рабочую орбиту и снабжение его энергией. И даже после такого упрощения в проекте российского транспортно-энергетического модуля осталось множество нерешенных технических проблем. Стоит отметить, что объективным недостатком ядерного буксира является маленький срок эксплуатации. Для российского буксира он, согласно техническому заданию, составляет 10 лет, однако ситуация с ресурсом ЯРДУ .
Замечание
В нынешнем виде российский ТЭМ выродился в одноразовый энергетический космический аппарат прикладного назначения. Использовать его в пилотируемых полетах или для отправки межпланетных станций в многолетние миссии не представляется возможным.
Новости
Макет ядерного буксира был представлен на выставке МАКС-2013 (фото). Планируется, что наземные испытания прототипа реактора начнутся в 2018 году.
В конце июня 2014 года на конференции по случаю 60-летнего юбилея пуска Обнинской АЭС глава Научно-исследовательского и конструкторского института электротехники им. Доллежаля (НИКИЭТ) Юрий Драгунов рассказал, что его предприятие проводит испытания системы управления реактором ядерной энергодвигательной установки. По его словам, работа идет по графику. На данный момент полностью испытан регулирующий орган реактора, продолжаются испытания тепловыделяющих элементов. Ядерная электродвигательная установка должна быть готова в 2018 году.
На круглом столе «Освоение ближайших планет Солнечной системы на примере поверхности Луны» в ИТАР-ТАСС 10 октября 2014 года подтвердилось, что проектная мощность буксира снижена до 550 кВт при кампании 1 год. В первом же образце будет использоваться машинное преобразование энергии, а не термоэмиссионное.
На октябрьской (2014) конференции в НИКИЭТ им. Доллежаля было объявлено, что планируемая маневренность мощности буксира составляет 1% в секунду в диапазоне 10-100%. В 2016 году возможен запуск опытного блока на стенде.
24 апреля 2015 года некоторые информационные агентства, имеющие возможность изучить новый проект Федеральной космической программы, сообщили, что Роскосмос намерен прекратить финансирование разработки ядерной электрореактивной двигательной установки. Эти заявление были опровергнуты представителем Роскосмоса. В действительности финансирование соответствующих опытно-конструкторских работ в ФКП 2016-2025 продолжится, хотя и будет сокращено. До конца 2025 года возможен запуск испытательных образцов ядерной двигательной установки и электрореактивной двигательной системы, но ядерный транспортный буксир, каким он должен был стать по первоначальной задумке, в ближайшей перспективе не появится.
👁 612
Что же за транспортно-энергетический модуль (ТЭМ), курсирующий между планетами и спутниками, готовят российские предприятия? Ранее мы обсуждали политику внутри космической отрасли России, но перейдём к технической составляющей этого неоднозначного проекта. Вокруг которого теперь обращается вся отрасль.
Когда за проект взялись, масштабы обещаний были не меньше, чем у Маска с его полётом пилотируемой экспедиции к в 2025-ом году. К 2018-ому, «Роскосмос» пообещал окончить разработку ТЭМ с капельными холодильниками-излучателями (КХИ) и 16-ью ионными двигателями рекордной мощности около 60 кВт.
Справка: до этого капельное охлаждение в космосе считалось невозможным из-за солнечного излучения и испарения жидкости. Поэтому во всех разработках присутствовали панельные холодильники. Их главный минус – это масса, которая возрастала в разы при увеличении электрической мощности. Ионные двигатели же к объявлению о начале проекта имели мощности в десятеро меньшие.
Сам ТЭМ должен был раскладываться из состояния для обтекателя ракеты, как на изображении выше, в функционирующую форму на том же рисунке. А для того, чтобы полностью покорить сердца всех мечтателей, объявили о том, что буксир будет иметь ядерный реактор мощностью до 3,5 МВт с инновационным карбонитридом урана в качестве топлива.
В 2009-ом году вся эта конструкция выглядела фантастичной. К тому же вместо разрабатываемых предприятиями «Роскосмоса» реакторов с термоэмиссионными преобразователям, которые имели большое будущее, благодаря идее КХИ взялись за турбомашинное преобразование энергии. Что означало разработку с нуля. И президент России, Дмитрий Медведев, подписал все документы на начало разработки ядерного космического модуля.
Дело доверили трём основным ведущим предприятиям. «НИКИЭТ им. Н. Доллежаля» - предприятие «Росатома», взялось за создание реактора. РКК «Энергия» обязалась создать сам космический аппарат, на который будет это установлено. Система преобразования энергии и ионные двигатели легли на плечи ИЦ им. Келдыша.
Ионные двигатели
В XXI веке назрела огромная необходимость в полётах к . Но делать это на химических двигателях абсурдно. Огромное количество дорогостоящего топлива тратится при каждом полёте. Чтобы уменьшить количество трат топлива, необходимо пропорционально увеличить скорость истечения вещества из двигателя. И единственным существующим решением на данный момент являются ионные двигатели.
Справка: ионные двигатели работают благодаря созданию реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Современные химические двигатели достигают возможностей истечения газа из сопла около 2-4 км/с. Но это практически предел. Электродвигатели на ионизированном газе расширяют данные возможности до 50-70 км/с. Что позволяет в 20-25 раз сократить траты топлива.
И тут возникает ещё одна проблема. Для большой скорости струи в электродвигателях необходимо много электроэнергии. Поэтому до сих пор ионные двигатели ставились только на небольшие аппараты и спутники, а солнечные панели покрывали нужные расходы энергии для корректировки орбиты. Но ТЭМ будет весить около 20-25 тонн, а такое “солнечники” не потянут. Тогда и было решено для работы целой группы двигателей на буксире разработать компактный ядерный реактор.
В изначальные планы входили 16 двигателей с мощностью около 60кВт каждый. Таким образом вместе они давали бы рекордные 900-1000 кВт на весь модуль. Но совершить революцию не получилось и ресурс двигателей оказался вдвое ниже. Сейчас заявляется о мощности в 32-35 кВт на двигатель, а их количество на буксире выросло до 24. Но общие возможности падают до 800 кВт всё равно.
Разработанный ИД-ВМ не оказался устроен на принципиально новых принципах, однако даже такой уровень, превышающий современные аналоги в 4-5 раз – выдающаяся заслуга.
Реактор
Несмотря на огромное количество новых разработок для ТЭМ именно ядерный реактор удостоен наибольшего внимания к своей персоне. Отчасти незаслуженно, ведь он оказался одной из самых лёгких частей во всём проекте.
Создатели наземных реакторов на быстрых нейтронах для Белоярской АЭС взялись за этот проект с воодушевлением. Но обещание использовать в качестве топлива карбонитрид урана быстро испарилось. Причины – малоизученность, которая может привести к непредсказуемым последствиям и разрушению ТЭМ в космосе. Взяться решили за оксид урана UO2.
Это не стало огромным разочарованием. Замена произошла на всё ещё эффективное топливо, а множество изначальных идей так или иначе должно было ужаться до реальных возможностей. И карбонитрид урана списывать со счетов не стоит – после всех испытаний и подтверждения эффективности наверняка его используют в будущих версиях реактора.
Год от года НИКИЭТ имени Доллежаля начала рапортовать об успехах. В 2013-ом началось рабочее проектирование ядерной энергоустановки. В 2014-ом были испытаны системы управления реактором, а также первый ТВЭЛ. В 2015-ом закончены технические испытания корпуса ядерной установки. Было заявлено, что “уникальный конструкционный материал корпуса способен обеспечить работу реактора на протяжении более чем 100 тысяч часов” – около 11-12 лет. К 2016-ому году начались испытания полномасштабного имитатора ядра реактора. И к августу 2017-го было объявлено, что проект готов. В 18-ом году разработчики собираются провести испытания наземного образца ядерной энергоустановки, а через год полноценный образец будет сдан.
Капельные холодильники
Не менее важной частью буксира должны стать капельные холодильники-излучатели нового типа. Долгое время даже сами разработчики не верили в то, что смогут разработать такую технологию. Поэтому параллельно шли работы над панельными холодильниками для ТЭМ. На макетах даже показывали рисунки двух разных буксиров, с обоими типами охлаждения.
Здесь и кроется главная проблема всего проекта. В ограничениях и слишком завышенных ожиданиях. Чтобы создать такой аппарат, необходимы долгие испытания, отработка систем, крупные финансовые вливания и отказ от “Ангары”. Как я рассказывал в прошлой статье «Хроники “космических транспортных систем” России», S7 Space взяла на себя обязательства к осени этого года подготовить план по ускорению создания ТЭМ. Скорее всего компания и профинансирует часть работ РКК “Энергии”, а запуск буксира осуществится только к 2030-ому году, когда будет создана новая сверхтяжёлая ракета. Велика вероятность, что к тому моменту в центре Келдыша модифицируют свои ионные двигатели, а “Росатом” уже перейдёт к новому топливу. И в космос будет запущен полноценный ТЭМ, о котором и заявляли изначально, а не урезанная во многих аспектах версия, которую могли бы запустить в теории и в ближайшие 5 лет.
January 19th, 2014
В ходе МАКС –2013 кооперация отечественных фирм из структур Роскосмоса и Росатома представила обновленный макет транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с космической ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ) мегаваттного класса (НК № 10, 2013, с. 4). Данный проект был представлен публично ровно четыре года назад, в октябре 2009 г. (НК № 12, 2009, с. 40). Что изменилось за это время?
Напомним, что цель проекта – создание энергодвигательной базы и на ее основе новых космических средств высокой энерговооруженности для осуществления амбициозных программ изучения и освоения космического пространства. Данные средства дают возможность реализации экспедиций в дальний космос, более чем 20-кратный рост экономической эффективности космических транспортных операций и более чем 10-кратное увеличение электрической мощности на борту КА.
В основу ЯЭДУ положен ядерный реактор с турбомашинным преобразователем большой долговечности. Разработка ТЭМ проводится по распоряжению президента России от 22 июня 2010 г. № 419-рп. Его создание предусмотрено и госпрограммой «Космическая деятельность России на 2013 – 2020 годы», и Президентской программой по модернизации экономики. Работы по контракту финансируются из федерального бюджета в рамках спецпрограммы «Реализация проектов Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России»*.
Для реализации этого передового проекта в период с 2010 по 2018 год выделяется более 17 млрд руб.
Точное распределение средств выглядит следующим образом: 7.245 млрд руб предназначаются госкорпорации Росатом на разработку реактора, 3.955 млрд руб – Исследовательскому центру имени М.В.Келдыша на создание ЯЭДУ, и около 5.8 млрд руб – РКК «Энергия» на изготовление ТЭМ. Головной организацией, отвечающей за разработку собственно ядерного реактора, является Научно-исследовательский и конструкторский институт энергетических технологий (НИКИЭТ), входящий в систему Росатома. В кооперацию также включены Подольский научно-исследовательский технологический институт, РНЦ «Курчатовский институт», Физико-энергетический институт в Обнинске, НИИ НПО «Луч», НИИ атомных реакторов (НИИАР) и ряд других предприятий и организаций. По контуру циркуляции рабочего тела многое сделали Центр Келдыша, КБ химического машиностроения и КБ химической автоматики. К разработке генератора подключен Институт электромеханики.
В проекте впервые реализуются инновационные технологии, во многом не имеющие мировых аналогов:
высокоэффективная схема преобразования;
высокотемпературный компактный реактор на быстрых нейтронах с системами газового охлаждения, обеспечения ядерной и радиационной безопасности на всех этапах эксплуатации;
тепловыделяющие элементы на основе высокоплотного топлива;
маршевая двигательная установка на основе блока мощных высокоэффективных электроракетных двигателей (ЭРД);
высокотемпературные турбины и компактные теплообменные аппараты с десятилетним расчетным ресурсом;
высокооборотные электрические генераторы-преобразователи большой мощности;
развертывание крупногабаритных конструкций в космосе и др.
В предложенной схеме ядерный реактор вырабатывает электричество: газовый теплоноситель, прогоняемый через активную зону, крутит турбину, та вращает электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Вещество из реактора не выходит в окружающую среду, то есть радиоактивное заражение исключено. Электроэнергия расходуется на работу ЭРД, который по расходу рабочего тела в 20 с лишним раз экономичнее химических аналогов. Масса и габариты базовых элементов ЯЭДУ должны обеспечивать их размещение в космических головных частях существующих и перспективных российских РН «Протон» и «Ангара».
Хроника проекта показывает его быстрое по нынешним временам развитие. 30 апреля 2010 г. заместитель генерального директора госкорпорации Росатом, директор Дирекции по ядерному оружейному комплексу И. М. Каменских утвердил техническое задание на разработку реакторной установки и ТЭМ в рамках проекта «Создание траспортно-энергетического модуля на основе ЯЭДУ мегаваттного класса». Документ был согласован и утвержден Роскосмосом. 22 июня 2010 г. президент России Д. А. Медведев подписал Распоряжение об определении единственных исполнителей работ по реализации проекта.
9 февраля 2011 г. в Москве на базе Центра Келдыша прошла видеоконференция предприятий – разработчиков ТЭМ. В ней участвовали руководитель Роскосмоса А. Н. Перминов, президент и генеральный конструктор (РКК) «Энергия» В. А. Лопота, директор Центра Келдыша А. С. Коротеев, директор – генеральный конструктор НИКИЭТ** Ю. Г. Драгунов и главный конструктор космических энергетических установок НИКИЭТ В. П. Сметанников. Особое внимание было обращено на необходимость создания стенда «Ресурс» для отработки реакторной установки с блоком преобразования энергии.
Справка:
По этой теме в Союзе работали выпускники 2-го факультета МАИ. Потом эту тему закрыли. и вот только в 2010г. Росатом выдал ТЗ на проект и финансирование соответственно.
Разработка ядерной энергодвигательной установки большой мощности для межорбитального буксира, многофункциональной платформы на геостационарной орбите и межпланетных космических аппаратов.
Шифр: ОКР «ЯЭРДУ».
Начальная (максимальная) цена контракта: 805 000 000,0 руб.
Сроки выполнения контракта: 2011 г. — 2015 г.
Место выполнения работ: по адресу Исполнителя.
Область применения таких двигателей
1. буксировка груза доставленного керосиновыми РН на низкую орбиту на боле высокие рабочие орбиты.Сейчас пользуются небольшими разгонными блоками которые нужно постоянно выводить на орбиту, А с ЯДУ его можно постоянно держать на орбите и использовать по мере необходимости.Отпадает необходимость в разгонном блоке,соответственно снижаются затраты и увеличивается полезная нагрузка керосиновых РН.
2.Для межпланетных экспедиций. Он буксирует посадочные модули к планете и обратно
3. Для отведения,буксировки угрожающих Земле астероидов.
… рассматриваются и капельный, и панельный теплообменники, и пока выбор не сделан. На демонстрируемом макете и плакатах был представлен вариант с капельным холодильником-излучателем, которому отдается предпочтение.
25 апреля 2011 г. Роскосмос объявил открытый конкурс на выполнение опытно-конструкторских работ в рамках создания ЯЭДУ, многофункциональной платформы на геостационарной орбите и межпланетных КА. По итогам конкурса (победителем которого 25 мая того же года стал НИКИЭТ) был заключен государственный контракт сроком действия до 2015 г. стоимостью 805 млн руб на создание стендового образца установки.
Контракт предусматривает разработку: технического предложения по созданию стендового (с тепловым имитатором ядерного реактора) образца ЯЭДУ; его эскизного проекта; конструкторской и технологической документации на опытные образцы составных частей стендового изделия и базовых элементов ЯЭДУ; технологических процессов, а также подготовку производства для изготовления опытных образцов составных частей стендового изделия и базовых элементов установки; изготовление стендового образца и проведение его экспериментальной отработки.
В состав стендового образца ЯЭДУ должны входить базовые элементы штатной установки, призванные обеспечить в последующем создание установок различной мощности на основе модульного принципа. Стендовый образец должен генерировать заданную мощность – тепловую и электрическую, а также создавать импульсы тяги, характерные для всех этапов функционирования ЯЭДУ в составе КА. Для проекта был выбран высокотемпературный газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах тепловой мощностью до 4 МВт.
23 августа 2012 г. состоялось совещание представителей Росатома и Роскосмоса, посвященное организации работ по созданию испытательного комплекса для ресурсных испытаний, необходимых при реализации проекта ТЭМ. Оно проходило в Научно-исследовательском технологическом институте имени А. П. Александрова в Сосновом Бору под Санкт-Петербургом, где и планируется создавать указанный комплекс.
Эскизное проектирование ТЭМ завершилось в марте текущего года. Полученные результаты позволили перейти в 2013 г. к этапу рабочего проектирования и изготовления оборудования и образцов для автономных испытаний. Испытания и отработка технологий теплоносителя начались в текущем году на исследовательском реакторе МИР в НИИАР (г. Димитровград), где установлена петля для испытаний гелий-ксенонового теплоносителя при температурах свыше 1000°С.
Наземный прототип реакторной установки планируется создать к 2015 г., и уже к 2018 г. должна быть изготовлена реакторная установка для комплектации ЯЭРДУ и начаты ее испытания в Сосновом Бору. Первый ТЭМ для летных испытаний может появиться к 2020 г.
Очередное совещание по проекту состоялось 10 сентября 2013 г. в госкорпорации Росатом. Информацию о состоянии работ и основных проблемах при реализации программы представил руководитель НИКИЭТ Ю. Г. Драгунов. Он подчеркнул, что в настоящее время специалисты института разработали документацию технического проекта ЯЭДУ, определили основные конструкторские решения и выполняют работы в соответствии с «дорожной картой» проекта. По итогам совещания глава корпорации «Росатом» С. В. Кириенко поручил НИКИЭТ подготовить предложения по оптимизации «дорожной карты».
Некоторые подробности конструкции и особенности проекта ЯЭДУ удалось выяснить в ходе беседы с представителями Центра Келдыша на авиасалоне МАКС – 2013. В частности, разработчики сообщили, что установка будет делаться сразу в полноразмерном варианте, без изготовления уменьшенного прототипа.
ЯЭДУ имеет исключительно высокие (для своего типа) характеристики: при тепловой мощности реактора 4 МВт электрическая мощность на генераторе составит 1 МВт, то есть КПД достигнет 25 %, что считается очень хорошим показателем.
Турбомашинный преобразователь – двухконтурный. В первом контуре используются пластинчатый теплообменный аппарат – рекуператор и трубчатый теплообменник-холодильник. Последний разделяет основной (первый) контур теплосъема и второй контур теплосброса.
По поводу одного из самых интересных решений, разрабатываемых в рамках проекта (выбор типа холодильников-излучателей второго контура), был дан ответ, что рассматриваются и капельный, и панельный теплообменники, и пока выбор не сделан. На демонстрируемом макете и плакатах был представлен вариант с капельным холодильником-излучателем, которому отдается предпочтение. Параллельно идут работы и по панельному теплообменнику. Отметим, что вся конструкция ТЭМ – трансформируемая: при запуске модуль умещается под головным обтекателем РН, а на орбите «расправляет крылья» – раздвигаются штанги, разносящие на большое расстояние реактор, двигатели и полезный груз.
На ТЭМ будет использована целая связка усовершенствованных исключительно мощных ЭРД – четыре «лепестка» по шесть маршевых двигателей диаметром 500 мм, плюс еще восемь двигателей поменьше – для управления по крену и корректировки курса. На салоне МАКС – 2013 был показан рабочий двигатель, уже проходящий испытание (пока на неполной тяге, при электрической мощности до 5 кВт). ЭРД работают на ксеноне. Это самое лучшее, но и самое дорогое рабочее тело. Рассматривались и другие варианты: в частности, металлы – литий и натрий. Однако двигатели на таком рабочем теле менее экономичны, и проводить наземные испытания на таких ЭРД очень сложно.
Расчетный ресурс ЯЭДУ, заложенный в проект, составляет десять лет. Ресурсные испытания предполагается выполнить непосредственно на комплектной установке, а агрегаты отработать автономно на стендовой базе предприятий кооперации. В частности, турбокомпрессор, разработанный в КБХМ, уже изготовлен и тестируется в вакуумной камере Центре Келдыша. Сделан также тепловой имитатор реактора на 1 МВт электрической мощности.
Кстати, про вопрос захоронения таких аппаратов:
Существует для спутников с ЯЭУ специальная орбита захоронения .Она расположена на 200км выше ГСО(примерно 35 786 км над уровнем моря).Низкоорбитальные(от 160 км до 2000 км над поверхностью Земли) военные спутники с ядерными реакторами на борту имеют высоту орбиты захоронения порядка 1000 км, куда переводится активная зона ядерного реактора после окончания ее работы. Срок жизни на этих орбитах составляет порядка 2 тыс. лет.
Вот еще дополнение об экспериментальном термальном ядерном ракетном двигателе:
вот и еще по этой теме …
Ведь еще еще в начале 1960-х годов конструкторы рассматривали ядерные ракетные двигатели как единственную реальную альтернативу для путешествия к другим планетам Солнечной системы.
Соревнование между СССР и США, в том числе и в космосе, шло в это время полным ходом, инженеры и ученые вступили в гонку по созданию ЯРД, военные тоже поддержали вначале проект ядерного ракетного двигателя. Поначалу задача казалась очень простой - нужно только сделать реактор, рассчитанный на охлаждение водородом, а не водой, пристроить к нему сопло, и - вперед, к Марсу! Американцы собирались на Марс лет через десять после Луны и не могли даже помыслить о том, что астронавты когда-нибудь его достигнут без ядерных двигателей.
Американцы очень быстро построили первый реактор-прототип и уже в июле 1959 года провели его испытания (они назывались KIWI-A). Эти испытания всего лишь показали, что реактор можно использовать для нагрева водорода. Конструкция реактора - с незащищенным топливом из оксида урана - не годилась для высоких температур, и водород нагревался всего до полутора тысяч градусов.
По мере накопления опыта конструкция реакторов для ядерного ракетного двигателя - ЯРД - усложнялась. Оксид урана был заменен на более термостойкий карбид, вдобавок его стали покрывать карбидом ниобия, но при попытках достигнуть проектной температуры реактор начинал разрушаться. Больше того, даже при отсутствии макроскопических разрушений происходила диффузия уранового топлива в охлаждающий водород, и потеря массы достигала 20% за пять часов работы реактора. Так и не был найден материал, способный работать при 2700-3000 0 С и противостоять разрушению горячим водородом.
Поэтому американцы приняли решение пожертвовать эффективностью и в проект летного двигателя заложили удельный импульс (тяга в килограммах силы, достигаемая при ежесекундном выбросе одного килограмма массы рабочего тела; единица измерений - секунда). 860 секунд. Это вдвое превышало соответствующий показатель кислород-водородных двигателей того времени. Но когда у американцев сталочто-то получаться, интерес к пилотируемым полетам уже упал, программа «Аполлон» была свернута, а в 1973 году окончательно закрыли проект «NERVA» (так назвали двигатель для пилотируемой экспедиции на Марс). Выиграв лунную гонку, американцы не захотели устраивать марсианскую.
Но уроки, извлеченные из десятка построенных реакторов и нескольких десятков проведенных испытаний, состояли в том, что американские инженеры слишком увлеклись натурными ядерными испытаниями, вместо того чтобы отрабатывать ключевые элементы без вовлечения ядерной технологии там, где этого можно избежать. А где нельзя - использовать стенды меньшего размера. Американцы почти все реакторы «гоняли» на полной мощности, но не смогли добраться до проектной температуры водорода - реактор начинал разрушаться раньше. Всего с 1955 по 1972 годы на программу ядерных ракетных двигателей было потрачено $1,4 млрд. - примерно 5% стоимости лунной программы.
Также в США был придуман проект «Орион», соединявший в себе оба варианта ЯРД (реактивный и импульсный). Сделано это было следующим образом: из хвостовой части корабля выбрасывались небольшие ядерные заряды мощностью около 100 тонн в тротиловом эквиваленте. Вслед за ними отстреливались металлические диски. На расстоянии от корабля производился подрыв заряда, диск испарялся, и вещество разлеталось в разные стороны. Часть его попадала в усиленную хвостовую часть корабля и двигала его вперед. Небольшую прибавку к тяге должно было давать испарение плиты, принимающей на себя удары. Удельная стоимость такого полета должна была быть всего 150 тогдашних долларов на килограмм полезной нагрузки.
Дошло даже до испытаний: опыт показал, что движение при помощи последовательных импульсов возможно, как и создание кормовой плиты достаточной прочности. Но проект «Орион» был закрыт в 1965 году как неперспективный. Тем не менее, это пока единственная существующая концепция, которая может позволить осуществлять экспедиции хотя бы по Солнечной системе.
В первой половине 1960-х годов советские инженеры рассматривали экспедицию на Марс как логичное продолжение разворачиваемой в то время программы полета человека на Луну. На волне воодушевления, вызванного приоритетом СССР в космосе, даже такие чрезвычайно сложные проблемы оценивались с повышенным оптимизмом.
Одной из самых главных проблем была (и остается по сей день) проблема энергодвигательного обеспечения. Было ясно, что ЖРД, даже перспективные кислородно-водородные, если и могут в принципе обеспечить пилотируемый полет на Марс, то только при огромных стартовых массах межпланетного комплекса, с большим количеством стыковок отдельных блоков на монтажной околоземной орбите.
В поисках оптимальных решений ученые и инженеры обратились к ядерной энергии, постепенно присматриваясь к этой проблеме.
В СССР исследования по проблемам использования энергии ядра в ракетно-космической технике начались во второй половине 50-х годов, еще до запуска первых ИСЗ. В нескольких научно-исследовательских институтах возникли небольшие группы энтузиастов, поставивших целью создание ракетных и космических ядерных двигателей и энергоустановок.
Конструкторы ОКБ-11 С.П.Королева совместно со специалистами НИИ-12 под руководством В.Я.Лихушина рассматривали несколько вариантов космических и боевых (!) ракет, оснащенных ядерными ракетными двигателями (ЯРД). В качестве рабочего тела оценивались вода и сжиженные газы – водород, аммиак и метан.
Перспектива была многообещающей; постепенно работы нашли понимание и финансовое обеспечение в правительстве СССР.
Уже самый первый анализ показал, что среди множества возможных схем космических ядерных энергодвигательных установок (ЯЭДУ) наибольшие перспективы имеют три:
- с твердофазным ядерным реактором;
- с газофазным ядерным реактором;
- электроядерные ракетные ЭДУ.
Схемы отличались принципиально; по каждой из них наметили несколько вариантов для развертывания теоретических и экспериментальных работ.
Наиболее близким к реализации представлялся твердофазный ЯРД. Стимулом к развертыванию работ в этом направлении послужили аналогичные разработки, проводившиеся в США с 1955 г. по программе ROVER, а также перспективы (как тогда казалось) создания отечественного межконтинентального пилотируемого самолета-бомбардировщика с ЯЭДУ.
Твердофазный ЯРД работает как прямоточный двигатель. Жидкий водород поступает в сопловую часть, охлаждает корпус реактора, тепловыделяющие сборки (ТВС), замедлитель, а далее разворачивается и попадает внутрь ТВС, где нагревается до 3000 К и выбрасывается в сопло, ускоряясь до высоких скоростей.
Принципы работы ЯРД не вызывали сомнений. Однако конструктивное выполнение (и характеристики) его во многом зависели от «сердца» двигателя – ядерного реактора и определялись, прежде всего, его «начинкой» – активной зоной.
Разработчики первых американских (и советских) ЯРД стояли за гомогенный реактор с графитовой активной зоной. Несколько особняком шли работы поисковой группы по новым видам высокотемпературного топлива, созданной в 1958 г. в лаборатории №21 (руководитель – Г.А.Меерсон) НИИ-93 (директор – А.А.Бочвар). Под влиянием развернутых в то время работ по реактору для самолета (соты из оксида бериллия) в группе предприняли попытки (опять же поисковые) получить материалы на основе карбида кремния и циркония, стойкие к окислению.
По воспоминаниям Р.Б. Котельникова, сотрудника НИИ-9, весной 1958 г. у руководителя лаборатории №21 состоялась встреча с представителем НИИ-1 В.Н.Богиным. Он рассказал, что в качестве основного материала для тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора в их институте (кстати, в то время головном в ракетной отрасли; начальник института В.Я.Лихушин, научный руководитель М.В.Келдыш, начальник лаборатории В.М.Иевлев) применяют графит. В частности, уже научились наносить на образцы покрытия для защиты от водорода. Со стороны НИИ-9 было предложено рассмотреть возможность применения карбидов UC-ZrC как основы твэлов.
Спустя короткое время появился еще один заказчик на твэлы – ОКБ М.М.Бондарюка, которое идейно конкурировало с НИИ-1. Если последний стоял за многоканальную цельноблочную конструкцию, то ОКБ М.М.Бондарюка взяло курс на разборный пластинчатый вариант, ориентируясь на легкость механообработки графита и не смущаясь сложностью деталей – пластин миллиметровой толщины с такими же ребрышками. Карбиды обрабатываются гораздо сложнее; в то время из них невозможно было изготовить такие детали, как многоканальные блоки и пластины. Стала ясна необходимость создания какой-то иной конструкции, соответствующей специфике карбидов.
В конце 1959 г. – начале 1960 г. было найдено решающее условие для твэлов ЯРД – стержневой тип сердечника, удовлетворяющий заказчиков – НИИ Лихушина и ОКБ Бондарюка. Как основную для них обосновали схему гетерогенного реактора на тепловых нейтронах; ее основные достоинства (по сравнению с альтернативным гомогенным графитовым реактором) таковы:
- возможно использовать низкотемпературный водородосодержащий замедлитель, что позволяет создать ЯРД с высоким массовым совершенством;
- возможно разработать малоразмерный прототип ЯРД тягой порядка 30…50 кН с высокой степенью преемственности для двигателей и ЯЭДУ следующего поколения;
- возможно широко применять в твэлах и других деталях конструкции реактора тугоплавкие карбиды, что позволяет максимально увеличить температуру нагрева рабочего тела и обеспечить повышенный удельный импульс;
- возможно поэлементно автономно отработать основные узлы и системы ЯРД (ЯЭДУ), такие как тепловыделяющие сборки, замедлитель, отражатель, турбонасосный агрегат (ТНА), систему управления, сопло и др.; это позволяет проводить отработку параллельно, сокращая объем дорогостоящих комплексных испытаний энергоустановки в целом.
Примерно в 1962–1963 гг. работы по проблеме ЯРД возглавил НИИ-1, имеющий мощную экспериментальную базу и прекрасные кадры. Им не хватало только технологии по урану, а также ядерщиков. С привлечением НИИ-9, а потом и ФЭИ сложилась кооперация, которая взяла за идеологию создание минимального по тяге (около 3.6 тс), но «настоящего» летнего двигателя с «прямоточным» реактором ИР-100 (испытательный или исследовательский, мощностью 100 МВт, главный конструктор – Ю.А.Трескин). Поддержанный постановлениями правительства, НИИ-1 строил электродуговые стенды, неизменно поражавшие воображение – десятки баллонов по 6–8 м высоты, громадные горизонтальные камеры мощностью свыше 80 кВт, броневые стекла в боксах. Участников совещаний вдохновляли красочные плакаты со схемами полетов к Луне, Марсу и т.д. Предполагалось, что в процессе создания и испытаний ЯРД будут решены вопросы конструкторского, технологического, физического плана.
По мнению Р.Котельникова, дело, к сожалению, осложнялось не очень ясной позицией ракетчиков. Министерство общего машиностроения (МОМ) с большими трудностями финансировало программу испытаний и строительство стендовой базы. Казалось, что МОМ не имеет желания или возможностей продвигать программу ЯРД.
К концу 1960-х годов поддержка конкурентов НИИ-1 – ИАЭ, ПНИТИ и НИИ-8 – была значительно серьезнее. Министерство среднего машиностроения («атомщики») активно поддерживало их разработку; «петлевой» реактор ИВГ (с активной зоной и сборками центрального канала стержневого типа разработки НИИ-9) в итоге к началу 70-х годов вышел на первый план; в нем начались испытания ТВС.
Сейчас, спустя 30 лет, представляется, что линия ИАЭ была более правильной: сначала – надежная «земная» петля – отработка твэлов и сборок, а потом создание летного ЯРД нужной мощности. Но тогда казалось, что можно очень быстро сделать настоящий двигатель, пусть маленький… Однако, поскольку жизнь показала, что объективной (или даже субъективной) потребности в таком двигателе не было (к этому можно еще прибавить, что серьезность негативных моментов этого направления, например международных соглашений о ядерных устройствах в космосе, поначалу сильно недооценивалась), то соответственно более правильной и продуктивной оказалась фундаментальная программа, цели которой не были узкими и конкретными.
1 июля 1965 г. был рассмотрен эскизный проект реактора ИР-20-100. Кульминацией стал выпуск техпроекта тепловыделяющих сборок ИР-100 (1967 г.), состоящих из 100 стержней (UC-ZrC-NbC и UC-ZrC-C для входных секций и UC-ZrC-NbC для выходной). НИИ-9 был готов к выпуску крупной партии стержневых элементов будущей активной зоны ИР-100. Проект был весьма прогрессивен: спустя примерно 10 лет практически без существенных изменений он был использован в зоне аппарата 11Б91, и даже сейчас все основные решения сохраняются в сборках подобных реакторов другого назначения, уже совсем с другой степенью расчетного и экспериментального обоснования.
«Ракетная» часть первого отечественного ядерного РД-0410 была разработана в воронежском Конструкторском бюро химической автоматики (КБХА), «реакторная» (нейтронный реактор и вопросы радиационной безопасности) – Институтом физики и энергии (Обнинск) и Курчатовским институтом атомной энергии.
КБХА известно своими работами в области ЖРД для баллистических ракет, КА и РН. Здесь было разработано около 60 образцов, 30 из которых доведено до серийного производства. В КБХА к 1986 г. был создан и самый мощный в стране однокамерный кислородно-водородный двигатель РД-0120 тягой 200 тс, использованный в качестве маршевого на второй ступени комплекса «Энергия-Буран». Ядерный РД-0410 создавался совместно со многими оборонными предприятиями, КБ и НИИ.
Согласно принятой концепции, жидкие водород и гексан (ингибирующая присадка, снижающая наводораживание карбидов и увеличивающая ресурс твэлов) подавались с помощью ТНА в гетерогенный реактор на тепловых нейтронах с ТВС, окруженными замедлителем из гидрида циркония. Их оболочки охлаждались водородом. Отражатель имел приводы для поворота поглотительных элементов (цилиндров из карбида бора). ТНА включал трехступенчатый центробежный насос и одноступенчатую осевую турбину.
За пять лет, с 1966 по 1971 гг., были созданы основы технологии реакторов-двигателей, а еще через несколько лет была введена в действие мощная экспериментальная база под названием «экспедиция №10», впоследствии опытная экспедиция НПО «Луч» на Семипалатинском ядерном полигоне.
Особые трудности встретились при испытаниях. Обычные стенды для запуска полномасштабного ЯРД использовать было невозможно из-за радиации. Испытания реактора решили проводить на атомном полигоне в Семипалатинске, а «ракетной части» – в НИИхиммаш (Загорск, ныне Сергиев Посад).
Для изучения внутрикамерных процессов было выполнено более 250 испытаний на 30 «холодных двигателях» (без реактора). В качестве модельного нагревательного элемента использовалась камера сгорания кислородно-водородного ЖРД 11Д56 разработки КБхиммаш (главный конструктор – А.М.Исаев). Максимальное время наработки составило 13 тыс сек при объявленном ресурсе в 3600 сек.
Для испытаний реактора на Семипалатинском полигоне были построены две специальные шахты с подземными служебными помещениями. Одна из шахт соединялась с подземным резервуаром для сжатого газообразного водорода. От использования жидкого водорода отказались из финансовых соображений.
В 1976 г. был проведен первый энергетический пуск реактора ИВГ-1. Параллельно в ОЭ создавался стенд для испытания «двигательного» варианта реактора ИР-100, и через несколько лет были проведены его испытания на разной мощности (один из ИР-100 впоследствии был переоборудован в материаловедческий исследовательский реактор малой мощности, который работает до сих пор).
Перед экспериментальным запуском реактор опускался в шахту с помощью установленного на поверхности козлового крана. После запуска реактора водород поступал снизу в «котел», раскалялся до 3000 К и огненной струей вырывался из шахты наружу. Несмотря на незначительную радиоактивность истекающих газов, в течение суток находиться снаружи в радиусе полутора километров от места испытаний не разрешалось. К самой же шахте нельзя было подходить в течение месяца. Полуторакилометровый подземный тоннель вел из безопасной зоны сначала к одному бункеру, а из него – к другому, находящемуся возле шахт. По этим своеобразным «коридорам» и передвигались специалисты.
Иевлев Виталий Михайлович
Результаты экспериментов, проведенных с реактором в 1978– 1981 гг., подтвердили правильность конструктивных решений. В принципе ЯРД был создан. Оставалось соединить две части и провести комплексные испытания.
Примерно в 1985 году РД-0410 (по другой системе обозначений 11Б91) мог бы совершить своей первый космический полет. Но для этого нужно было разработать разгонный блок на его основе. К сожалению, эта работа не была заказана ни одному космическому КБ, и тому есть множество причин. Главная из них - так называемая Перестройка. Необдуманные шаги привели к тому, что вся космическая отрасль мгновенно оказалась «в опале» и в 1988 году работы по ЯРД в СССР (тогда еще существовал СССР) были прекращены. Произошло это не из-за технических проблем, а по сиюминутным идеологическим соображениям.А в 1990-м году умер идейный вдохновитель программ ЯРД в СССР Виталий Михайлович Иевлев…
Каких же основных успехов достигли разработчики, создавая ЯРД схемы «А»?
Проведено более полутора десятков натурных испытаний на реакторе ИВГ-1, и получены следующие результаты: максимальная температура водорода – 3100 К, удельный импульс – 925 сек, удельное тепловыделение до 10 МВт/л, общий ресурс более 4000 сек при последовательных 10 включениях реактора. Эти итоги значительно превосходят американские достижения на графитовых зонах.
Следует заметить, что за все время испытаний ЯРД, несмотря на открытый выхлоп, выход радиоактивных осколков деления не превышал допустимых норм ни на полигоне, ни за его пределами и не был зарегистрирован на территории сопредельных государств.
Важнейшим результатом работы явилось создание отечественной технологии таких реакторов, получение новых тугоплавких материалов, а факт создания реактора-двигателя породил ряд новых проектов и идей.
Хотя дальнейшее развитие таких ЯРД было приостановлено, полученные достижения являются уникальными не только в нашей стране, но и в мире. Это неоднократно подтверждено в последние годы на международных симпозиумах по космической энергетике, а также на встречах отечественных и американских специалистов (на последних было признано, что реактор-стенд ИВГ – единственный на сегодня в мире работоспособный испытательный аппарат, который может сыграть важную роль в экспериментальной отработке ТВС и атомных ЭДУ).
Напомню вам еще про , а так же про и то. Ну и конечно же Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -Мечта Сергея Королева, Вернера фон Брауна и их предшественников - получить мощную энергетику для космических полетов и длительной работы на орбите - в скором времени может осуществиться.
По словам главы Роскосмоса Владимира Поповкина, опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для межпланетных миссий, появится в России в 2017 году. А уже через год в Сосновом Бору под Петербургом могут начаться стендовые испытания ядерного реактора для этих целей.
Напомним короткую предысторию вопроса (о более длинной - речь в конце). Два года назад, в июне 2010-го, вышло распоряжение президента России Дмитрия Медведева в поддержку проекта космического транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной энергетической установки мегаваттного класса.
Для реализации задуманного в период с 2010 по 2018 год было обещано 17 млрд рублей. Из этих средств 7,245 млрд рублей предназначались госкорпорации "Росатом" на создание самого реактора. Другие 3,955 млрд - ФГУП "Центр Келдыша" на создание ядерной - энергодвигательной установки. Еще 5,8 млрд рублей - для РКК "Энергия", где в те же сроки предстоит сформировать рабочий облик всего транспортно-энергетического модуля.
По заявлениям первых лиц "Росатома" и космической отрасли, проект развивается успешно. А как оценивают текущее положение дел его непосредственные участники? Тем более сейчас, когда только и разговоров - про неудачи и сбои, преследующие Роскосмос?
За ответом на этот вопрос корреспондент "РГ" отправился в "Центр Келдыша" и встретился с генеральным директором академиком РАН Анатолием Коротеевым.
В его лице функции формального и неформального лидера "проекта ТЭМ" органичным образом совпали: академик Коротеев является научным руководителем этого направления, и он же возглавляет межведомственную рабочую группу.
В одной упряжке
Анатолий Сазонович, давайте для начала уточним, кто и за что конкретно отвечает в этом амбициозном проекте?
Анатолий Коротеев: Головная организация, отвечающая за разработку собственно ядерного реактора, - Научно-исследовательский и конструкторский институт энергетических технологий (НИКИЭТ), входящий в систему "Росатома". "Центр Келдыша", которым я руковожу, назначен головным по ядерной энергодвигательной установке. А за транспортный модуль отвечает Ракетно-космическая корпорация "Энергия".
Как я понимаю, это три "коренника". А кого еще привлекли или собираетесь привлечь?
Анатолий Коротеев: В основе - кооперация предприятий "Росатома", которые должны делать реактор, и Роскосмоса, где изготовят турбокомпрессоры, генераторы и сами двигатели. Надо иметь в виду, что мы ведь не в чистом поле начали этот проект. В нем использован задел, созданный в предыдущие годы.
Например, по реактору в кооперации в НИКИЭТ состоят и предлагают свои наработки Подольский научно-исследовательский технологический институт, Курчатовский центр, Обнинский физико-энергетический институт. По замкнутому контуру многое сделали "Центр Келдыша", КБ химического машиностроения и воронежское КБ химической автоматики. По генератору подключаем Институт электромеханики.
Вы возглавляете межведомственную рабочую группу. Как часто и для каких целей она собирается?
Анатолий Коротеев: Собираемся по мере необходимости, один-два раза в месяц, бывает и чаще. Возникающие друг к другу вопросы стараемся не накапливать.
В июле на рабочей группе обсуждали плюсы и минусы различных вариантов конструкции холодильников-излучателей для отвода тепла от реакторной установки в условиях невесомости и безвоздушного пространства. В августе совещание состоялось в Сосновом Бору под Петербургом, где решено проводить натурные испытания такого реактора.
По замкнутой схеме
Не секрет, что работы по созданию ядерных ракетных двигателей были начаты в США и в СССР еще в 60-х годах прошлого века. Как далеко они продвинулись? И с какими проблемами пришлось столкнуться на этом пути?
Анатолий Коротеев: Действительно, работы по использованию ядерной энергии в космосе были начаты и активно велись у нас и в США в 1960-70-е годы.
Первоначально была поставлена задача создать ракетные двигатели, которые вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя использовали бы нагрев водорода до температуры около 3000 градусов. Но оказалось, что такой прямой путь все-таки неэффективен. Мы на короткое время получаем большие тяги, но при этом выбрасываем струю, которая в случае нештатной работы реактора может оказаться радиоактивно зараженной.
Определенный опыт был накоплен, но ни нам, ни американцам не удалось тогда создать надежных двигателей. Они работали, но мало, потому что нагреть водород до 3000 градусов в ядерном реакторе - серьезная задача. А кроме того, возникали проблемы экологического свойства во время наземных испытаний таких двигателей, поскольку радиоактивные струи выбрасывались в атмосферу. Уже не секрет, что подобные работы проводились на специально подготовленном для ядерных испытаний Семипалатинском полигоне, который остался в Казахстане.
То есть критичными оказались два параметра - запредельная температура и выбросы радиации?
Анатолий Коротеев: В общем, да. В силу этих и некоторых других причин работы у нас и в США были прекращены или приостановлены - оценивать можно по-разному. И возобновить их таким, я бы сказал, лобовым образом, чтобы сделать ядерный двигатель со всеми уже названными недостатками, нам показалось неразумным. Мы предложили совершенно иной подход. От старого он отличается тем же, чем отличается гибридный автомобиль от обычного. В обычном авто двигатель крутит колеса, а в гибридных - от двигателя вырабатывается электроэнергия, и уже это электричество крутит колеса. То есть создается некая промежуточная электростанция.
Вот и мы предложили схему, в которой космический реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество. Горячий газ от реактора крутит турбину, турбина крутит электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Генератор же вырабатывает электричество для плазменного двигателя с удельной тягой в 20 раз выше, чем у химических аналогов.
Мудреная схема. По существу, это мини-АЭС в космосе. И в чем ее преимущества перед прямоточным ядерным двигателем?
Анатолий Коротеев: Главное - выходящая из нового двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое содержится в замкнутом контуре.
Кроме того, нам не надо при этой схеме нагревать до запредельных значений водород: в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 1500 градусов. Мы серьезно упрощаем себе задачу. И в итоге поднимем удельную тягу не в два раза, а в 20 раз по сравнению с химическими двигателями.
Немаловажно и другое: отпадает потребность в сложных натурных испытаниях, для которых нужна инфраструктура бывшего Семипалатинского полигона, в частности, та стендовая база, что осталась в городе Курчатове.
В нашем случае все необходимые испытания можно провести на территории России, не втягиваясь в длинные международные переговоры об использовании ядерной энергии за пределами своего государства.
За место на орбите
Чтобы проект осуществился в заявленный срок, требуются ли сейчас какие-то дополнительные меры организационного или финансового характера со стороны Роскосмоса и правительства РФ?
Анатолий Коротеев: На весь проект по 2018 год включительно обещано 17 млрд рублей. Декларированная сумма меньше чем хотелось бы, но, думаю, на ближайшие годы этого достаточно.
Ведутся ли сейчас подобные работы в других странах?
Анатолий Коротеев: У меня была встреча с заместителем руководителя НАСА, мы обсуждали вопросы, связанные с возвращением к работам по ядерной энергии в космосе, и он заявил, что американцы проявляют к этому большой интерес.
Вполне возможно, что и Китай может ответить активными действиями со своей стороны, поэтому работать надо быстро. И не только ради того, чтобы опередить кого-то на полшага.
Работать надо быстро в первую очередь для того, чтобы в формирующейся международной кооперации, а де-факто она формируется, мы выглядели достойно.
Я не исключаю, что уже в ближайшей перспективе может быть инициирована международная программа по ядерной космической энергоустановке
наподобие реализуемой сейчас программы по управляемому термоядерному синтезу.
взгляд со стороны
Комплимент от Кроули и НАСА
Член специальной комиссии НАСА по пилотируемым полетам Эдвард Кроули (Edward Crawley, он же президент - основатель Сколковского института науки и технологий) считает, что главным технологическим вкладом России в международную экспедицию к Марсу могут быть ядерные двигатели, а также методы адаптации и сохранения здоровья космонавтов. По его мнению, ни одна страна не может в одиночку осуществить пилотируемый полет к Марсу. В этом проекте, по словам Кроули, должны соединиться интеллектуальные, технологические и финансовые возможности США, России, стран Евросоюза и, возможно, Китая. В частности, может быть востребован российский опыт в сфере разработки ядерных двигателей. "У России, - дал понять Кроули, - есть очень большой опыт как в разработке ракетных двигателей, так и в ядерных технологиях".
Транспортно-энергетический модуль на основе ЯЭДУ мегаваттного класса может обеспечить увеличенный в 30 раз (по сравнению с достигнутым) уровень энергообеспечения космических аппаратов и десятикратную (на единицу веса) экономию топлива маршевой двигательной установки. А технические решения, заложенные в концепцию ТЭМ, позволяют решать весь спектр космических задач XXI века, включая: доставку грузов на геостационарную орбиту; очистку околоземных орбит от неработающих спутников; защиту Земли от астероидной опасности; создание систем энергоснабжения Земли из космоса; программы исследования Луны; исследовательские миссии к дальним планетам.
Реплика скептика:
Это ж охренеть получается! Две сверхдержавы за полвека противостояния не смогли ядреное двигло к ракете прикрутить, а тут Роскосмос - хрясь, и за три года выдает на-гора супер-пупер дорогу к звездам. Короче, бронирую билет на первый рейс к Альфе Шеридана.
атом на орбите: к истории вопроса
Идея использовать ядерные двигатели на космических аппаратах в принципе не нова и уходит корнями в начало 1960-х. Уже тогда академики Мстислав Келдыш, Сергей Королев и Игорь Курчатов - первые лица советской космической программы и советского Атомного проекта - выдвигали такие задачи. Аналогичные разработки с прицелом на создание новых вооружений велись и в США. Но в космос ракетные ядерные двигатели так и не вышли. Хотя известно, что Советский Союз вывел с 1970 по 1988 год на различные орбиты 32 космических аппарата с термоэлектрической ядерной энергоустановкой (принцип ее работы основан на превращении энергии распада атома в электрическую энергию). Такие установки имели сравнительно небольшую мощность и ограниченный во времени срок службы, после чего сходили с орбиты, создавая головную боль, - куда упадут радиоактивные обломки? - для наземных служб слежения.
В конце 1980-х была заключена договоренность не запускать больше спутники с такими энергоустановками. Но сейчас, надеются в Роскосмосе и "Росатоме", в связи с возможной подготовкой международной экспедиции к Луне и Марсу, прежние запреты могут быть пересмотрены. Президент РКК "Энергия" Виталий Лопота при этом замечает, что эксплуатироваться корабли и транспортные модули с такими реакторами должны лишь на орбитах, "с которых не упадут". Он убежден, что уже в ближайшее десятилетие технически реально создать термоэмиссионные энергоустановки мощностью от 150 киловатт до мегаватта. Этого достаточно для орбитальных спутников. А для межпланетных миссий потребуется реакторная энергоустановка мощностью от одного до 6 мегаватт.
Цель проекта - создание принципиально нового транспортного средства в космосе, обладающего возросшим уровнем энергии и позволяющего обеспечить участие России в крупных международных проектах , осваивать передовые технологии, вырастить новых специалистов и позволить осуществлять длительные задания по исследованию Солнечной системы .
Работы по проекту начались в 2009 году ; разработку с 2011 до 2015 года вела РКК Энергия , планировалось, что он будет готов к 2018 году. . Ожидается появление лётного образца модуля в 2022-2023 году.
Отличительная особенность проекта - раздвижные фермы , источник энергии мощностью до 1 мегаватта (благодаря ЯЭДУ мегаваттного класса, модуль получит тридцатикратное увеличение объёмов располагаемой энергии ), капельный холодильник-излучатель .
На 2018 год приблизительная стоимость проекта оценивается в 8 миллиардов 250 миллионов рублей.
ТЭМ создавался как транспортное средство для решения большого спектра задач, в том числе для доставки грузов на орбиту Луны , геостационарную орбиту (ГСО), траектории к планетам Солнечной системы , в том числе к Марсу , а так же для борьбы с мусором на орбите Земли.
Невозможность осуществлять межорбитальные перелёты, осваивать солнечную систему и защитить Землю от метеоритов и астероидов привела к тому, что в 2009 году «Комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России» было принято решении о начале проектных работ над Транспортно-энергетическим модулем на основе ядерной энергодвигательной установки, «Энергии » отвели головную роль в части проектирования модуля, Центр Келдыша возглавил разработку установки, а НИКИЭТ занялся созданием реактора. Инициативой заинтересовались в США, и в 2011 году предложили сотрудничество, однако после 4 заседаний межправительственной комиссии достичь договоренности не удалось. В апреле 2015 пресса растиражировала новость о том, что работы по проекту были свёрнуты, однако информация была опровергнута. К 2018 году были сданы эскизный и технический проекты, двигатели и реактор.
Благодаря многолетним теоретическим и практическим изысканиям, которыми занимались ведущие предприятия России, появилась возможно подготовить теоретическую базу, с результатами которой были ознакомлены члены Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России. Проект создания модуля был частью разработки на базе, при сотрудничестве Роскосмоса и Росатома .
9 февраля состоялась видеоконференция руководителей предприятий-участников проекта, подводились итоги работ по прошлому году и задачи в новом году, особое внимание в ходе встречи было уделено необходимости создания испытательного комплекса Ресурс для отработки реакторной установки.
На совещании 11 октября обсуждались вопросы в области создания радиационно стойкой элементной базы, необходимой для системы управления реактором и транспортно-энергетического модулем в целом. В результате специалисты пришли к выводу, что система управления комплексом может быть создана на российской элементной базе. Был завершен эскизный проект установки.
Сформировать рабочий облик модуля предстояло РКК Энергии, на что с 2010 по 2018 выделялось 5,8 миллиардов рублей. В этом же году был подготовлен технический проект. Завершили первую часть технического проекта установки. В ГНЦ РФ-ФЭИ подготовлены материалы по техническому проекту лётного и наземного вариантов установки по оптимальной системе радиационной защиты. Проведены расчёты для обоснования радиационной безопасности, дополнительной радиационной и биологической защиты.
Эскизное проектирование было завершено в 2013 году. На основе полученных в 2012 году результатов было принято решение перейти к этапу рабочего проектирования и изготовления оборудования и образцов для автономных испытаний. На МАКС -2013 был представлен макет модуля и некоторых важных частей, таких как: ядерная энергодвигательная установка и турбокомпрессор-генератор.
Проводились испытания новых ионных двигателей повышенной мощности ИД-500. Начались испытания ТВЭЛов.
В декабре 2014 были изготовлены трубы из молибденового сплава для рабочих органов системы и защиты реакторной установки.
29 июня на заседании руководителей проекта, были рассмотрены предложения по поэтапности разработки ТЭМ, план-графика поставки комплектов деталей и узлов твэлов РУГК и изготовления комплекта твэлов РУГК, заключенные договора, выполнение работ во втором квартале года. На заседании главных конструкторов проекта от 5 августа разбирались вопросы по организации работ, разработке дполонения к проекту и созданию испытательного комплекса Ресурс. В октябре в ходе заседания совета по проекту, рассматривались вопросы по опытно-конструкторским работам его составных частей, схемы деления ТЭМ, возможные технические средства в составе модуля, обеспечение радиационной безопасности при выводе на орбиту.
Планировалось, что корпорация Энергия создаст модуль к 2018. Однако летом 2016 года стало известно, что Роскосмос заказал Центру имени Келдыша разработку транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса стоимостью в 3,8 миллиарда рублей.
В конце марта на выставке «Госзаказ - ЗА честные закупки 2016» вновь был показан макет ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.
В конце апреля 2017 года генеральный конструктор Роскосмоса Виктор Хартов подтвердил успешный ход работ по ТЭМ, сообщив некоторые технические подробности. Прежде всего о том, что есть готовый реактор, системы преобразовывают вырабатываемую им тепловую энергию в электрическую, которая поступает на ионные двигатели. Двигатели мощностью 30 кВт сейчас испытываются в камере. По его словам уже есть около 10 ключевых технологий, которые сейчас воплощают в жизнь.
В октябре 2017 года стало известно, что, согласно утверждённой программе развития космодромов, планируется создать технический комплекс подготовки космических аппаратов на основе транспортно-энергетических модулей.
В 2017 году весь бюджет подпрограммы «Приоритетные инновационные проекты ракетно-космической промышленности» размером 2,2 миллиарда рублей был расписан на единственный проект - «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса» .
В конце февраля 2018 года проводились работы по изготовлению и наземной отработке ЯЭДУ мегаваттного класса и ТЭМ .
В августе на главной странице официального сайта Исследовательского центра имени М. В. Келдыша в тексте программного меморандума к 85-летию предприятия появилось подтверждение продолжения работ по ЯЭДУ .
В октябре Роскосмос дал поручение специалистам «КБ Арсенал » рассмотреть эскизные предложения, провести расчетно экспериментальные исследования и проработать облик буксира не только с ядерной энергодвигательной установкой, но и с электроракетными двигателями .
28 января выездная комиссия определила места на космодроме «Восточном », где будут строиться стартовая площадка для сверхтяжелых ракет и транспортно-энергетический модуль .
Модуль состоит из энергоблока с реакторной установкой, электроракетной двигательной установки (ЭРД) и приборно-агрегатного комплекса .
Состоящих из раздвижных ферм,