Projekt TEM: reaktor jądrowy i napęd elektryczny dla kosmosu
Jeden z najśmielszych projektów ostatnich lat w dziedzinie technologii kosmicznej rozwija się i są powody do dobrego Aktualności. Niedawno dowiedziała się o zakończeniu prac nad projektem „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego na bazie megawatowej elektrowni jądrowej”. Teraz naukowcy muszą przeprowadzić szereg kolejnych prac, a efektem końcowym będzie pojawienie się pełnoprawnego modułu nadającego się do eksploatacji.
Jedna z opcji układu modułu transportowego i energetycznego
Pod koniec lipca Roskosmos zatwierdził raport za 2018 rok, wskazując główne działania i sukcesy organizacji. Raport wspomina m.in. o projekcie „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego opartego na megawatowej elektrowni jądrowej”, opracowanym w ramach Państwowego Programu „Kosmiczne Działania Rosji na lata 2013-2020”.
Według raportu projekt ten został ukończony w zeszłym roku. W ramach tych prac wykonano dokumentację projektową, wyprodukowano i przetestowano poszczególne wyroby. Na razie mówimy o elementach przyszłego układu prototypu naziemnego modułu transportowo-energetycznego (TEM).
Na tym prace nad stworzeniem TEM nie kończą się. Wszystkie dalsze działania będą prowadzone w ramach istniejącego federalnego programu kosmicznego. Niestety raport Roskosmosu nie podaje szczegółów technicznych projektu TEM w jego obecnej formie, ani nie wskazuje ram czasowych prac. Dane te są jednak znane z innych źródeł.
Według raportu Roskosmos prace nad tematem TEM trwają i wkrótce powinny wejść w nowy etap. Oznacza to, że plany stworzenia całkowicie nowej technologii rakietowej i kosmicznej, zatwierdzone prawie 10 lat temu, zostaną zrealizowane w dającej się przewidzieć przyszłości.
Pomysł modułu transportowo-energetycznego opartego na elektrowni jądrowej (NPP) w obecnej formie został zaproponowany w 2009 roku. Rozwój tego produktu miały realizować przedsiębiorstwa Roscosmos i Rosatom. Wiodącą rolę w projekcie odgrywają Energia Rocket and Space Corporation oraz Federalne Przedsiębiorstwo Państwowe Keldysh Center.
W 2010 roku ruszył projekt, rozpoczęły się pierwsze prace badawczo-projektowe. Twierdzono wówczas, że główne elementy elektrowni jądrowej i TEM będą gotowe do końca dekady. Wstępny projekt TEM został przygotowany w 2013 roku. W 2014 roku rozpoczęto testy podzespołów elektrowni jądrowej i silnika jonowego ID-500. W przyszłości wielokrotnie pojawiały się doniesienia o różnych pracach i sukcesach. Zbudowano i przetestowano różne elementy elektrowni jądrowej i TEM oraz prowadzono poszukiwania obszarów zastosowania nowych technologii.
W miarę rozwoju projektu TEM obrazy przedstawiające przybliżony wygląd tego produktu były regularnie publikowane w otwartych źródłach. Ostatni raz takie materiały pojawiły się w listopadzie ubiegłego roku. Ciekawe, że ta wersja wyglądu wyraźnie różniła się od poprzednich, chociaż miała pewne podobieństwa w podstawowych funkcjach.
Moduł transportowo-energetyczny jest uważany za wielofunkcyjne narzędzie do pracy w kosmosie, zarówno na orbitach Ziemi, jak i na innych trajektoriach. Z jego pomocą w przyszłości planowane jest wystrzelenie ładunku na orbity lub wysłanie go do innych ciał niebieskich. TEM może być również używany do obsługi statków kosmicznych lub w walce z kosmicznym śmieciem.
TEM otrzyma przesuwne kratownice nośne, dzięki czemu zapewnione zostaną niezbędne wymiary. Na farmach proponuje się montaż bloku energetycznego z elektrownią reaktora, zespołem oprzyrządowania i montażu, dokami, panelami słonecznymi itp. W części ogonowej modułu będą zlokalizowane maszerujące i manewrowe silniki rakietowe. Ładunek będzie transportowany za pomocą urządzeń dokujących.
Głównym elementem TEM jest elektrownia jądrowa o mocy megawatów, która rozwijana jest od 2009 roku. Reaktor instalacyjny musi być szczególnie odporny na obciążenia temperaturowe, co wiąże się ze specjalnymi trybami jego pracy. Jako chłodziwo wybrano mieszaninę helowo-ksenonową. Moc cieplna elektrowni osiągnie 3,8 MW, a moc elektryczna 1 MW. Aby odprowadzić nadmiar ciepła, proponuje się zastosować chłodnicę-emiter kroplowy.
Energia elektryczna z instalacji jądrowej musi być doprowadzona do elektrycznego silnika rakietowego. Obiecujący silnik jonowy ID-500 jest na etapie testów. Przy sprawności do 75% powinien wykazywać moc 35 kW i ciąg do 750 mN. Na testach w 2017 roku produkt ID-500 pracował na stoisku przez 300 godzin przy mocy 35 kW.
Według danych z poprzednich lat TEM w pozycji roboczej będzie miał długość ponad 50-52 m przy średnicy (według otwartych kratownic i elementów na nich) ponad 20 m. Waga - co najmniej 20 ton lub kilka pojazdów nośnych z późniejszym montażem. Następnie ładunek musi do niego zadokować. Szacowana żywotność, ograniczona zasobem reaktora, wynosi 10 lat.
Główną cechą TEM z elektrowniami jądrowymi, która zasadniczo odróżnia go od innych technologii rakietowych i kosmicznych, jest najwyższy impuls właściwy. Zastosowanie specjalnej elektrowni i elektrycznego silnika rakietowego umożliwia uzyskanie wymaganych parametrów ciągu przy minimalnym zużyciu paliwa jądrowego. Tak więc teoretycznie TEM jest w stanie rozwiązać problemy, które są niedostępne dla tradycyjnych systemów rakietowych napędzanych chemikaliami.
Dzięki temu możliwe jest bardziej aktywne wykorzystanie silników podtrzymujących i manewrowych podczas całego lotu. W szczególności umożliwia to wykorzystanie korzystniejszych torów lotu do innych ciał niebieskich. 10-letnia żywotność umożliwia wielokrotne wykorzystanie TEM w różnych misjach, zmniejszając koszty ich organizacji. Ogólnie rzecz biorąc, pojawienie się systemów takich jak TEM z elektrowniami jądrowymi da kosmonautyce nowe możliwości we wszystkich głównych obszarach działalności.
Zwykłe silniki TEM powinny wykorzystywać tylko część energii elektrycznej z systemów wytwórczych. W związku z tym pozostaje duży margines mocy dostępnej do wykorzystania przez sprzęt docelowy.
Istnieją jednak również istotne wady. Przede wszystkim jest to konieczność opracowania szeregu nowych technologii oraz ogólna złożoność projektu. W efekcie stworzenie TEM wymaga dużo czasu i odpowiedniego finansowania. Tak więc projekt Roskosmos jest rozwijany od około 10 lat, ale praktyczne zastosowanie gotowego TEM jest jeszcze w odległej przyszłości. Całkowity koszt projektu szacowany jest na 17 miliardów rubli.
Wariant wyglądu TEM, pokazany jesienią ubiegłego roku
Wykorzystanie elektrowni jądrowej prowadzi do poważnych ograniczeń na różnych etapach. Na przykład testy gotowej elektrowni jądrowej lub TEM jako całości są możliwe tylko na orbicie, co zminimalizuje szkody spowodowane możliwymi sytuacjami awaryjnymi. To samo dotyczy eksploatacji gotowego modułu transportowo-energetycznego.
Zgodnie z najnowszymi doniesieniami, pomyślnie zakończył się rozwój projektu „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego opartego na megawatowej elektrowni jądrowej”. Niektóre makiety potrzebne do testów są już gotowe. W najbliższych latach przedsiębiorstwa z Roskosmosu i Rosatomu będą musiały wykonać szereg ważnych prac z tymi i innymi produktami.
Lot prototypowy TEM ma zostać zbudowany w latach 2022-23. Potem powinny rozpocząć się różne testy, które potrwają kilka lat. Pełne uruchomienie działania TEM spodziewane jest w 2030 roku.
Pod koniec czerwca dowiedział się o przygotowaniu terenu pod działanie TEM. Taki sprzęt zostanie wystrzelony z kosmodromu Wostoczny. Nie tak dawno ogłoszono konkurs na opracowanie i budowę kompleksu obiektów do przygotowania statku kosmicznego oraz modułu transportowo-energetycznego. Dokumentacja projektowa kompleksu technicznego powinna zostać opracowana w latach 2025-26. Rozpoczęcie budowy zaplanowano na 2027 r., a oddanie do użytku w 2030 r. Wartość kontraktu to 13,2 mld rubli.
W związku z tym różne prace na temat zaawansowanej technologii rakietowej i kosmicznej z elektrowniami jądrowymi będą kontynuowane przez następną dekadę. Niektóre organizacje będą musiały zakończyć rozwój i przetestować moduł transportowo-energetyczny, inne zaś przygotują infrastrukturę do jego funkcjonowania. Bazując na wynikach wszystkich tych prac, w 2030 r. rosyjski przemysł kosmiczny będzie miał do dyspozycji całkowicie nową technologię o szerokich możliwościach. Jednak złożoność wszystkich etapów obiecującego programu może prowadzić do zmiany harmonogramu.
Jedna z opcji układu modułu transportowego i energetycznego
Raport pracy
Pod koniec lipca Roskosmos zatwierdził raport za 2018 rok, wskazując główne działania i sukcesy organizacji. Raport wspomina m.in. o projekcie „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego opartego na megawatowej elektrowni jądrowej”, opracowanym w ramach Państwowego Programu „Kosmiczne Działania Rosji na lata 2013-2020”.
Według raportu projekt ten został ukończony w zeszłym roku. W ramach tych prac wykonano dokumentację projektową, wyprodukowano i przetestowano poszczególne wyroby. Na razie mówimy o elementach przyszłego układu prototypu naziemnego modułu transportowo-energetycznego (TEM).
Na tym prace nad stworzeniem TEM nie kończą się. Wszystkie dalsze działania będą prowadzone w ramach istniejącego federalnego programu kosmicznego. Niestety raport Roskosmosu nie podaje szczegółów technicznych projektu TEM w jego obecnej formie, ani nie wskazuje ram czasowych prac. Dane te są jednak znane z innych źródeł.
Tło
Według raportu Roskosmos prace nad tematem TEM trwają i wkrótce powinny wejść w nowy etap. Oznacza to, że plany stworzenia całkowicie nowej technologii rakietowej i kosmicznej, zatwierdzone prawie 10 lat temu, zostaną zrealizowane w dającej się przewidzieć przyszłości.
Pomysł modułu transportowo-energetycznego opartego na elektrowni jądrowej (NPP) w obecnej formie został zaproponowany w 2009 roku. Rozwój tego produktu miały realizować przedsiębiorstwa Roscosmos i Rosatom. Wiodącą rolę w projekcie odgrywają Energia Rocket and Space Corporation oraz Federalne Przedsiębiorstwo Państwowe Keldysh Center.
W 2010 roku ruszył projekt, rozpoczęły się pierwsze prace badawczo-projektowe. Twierdzono wówczas, że główne elementy elektrowni jądrowej i TEM będą gotowe do końca dekady. Wstępny projekt TEM został przygotowany w 2013 roku. W 2014 roku rozpoczęto testy podzespołów elektrowni jądrowej i silnika jonowego ID-500. W przyszłości wielokrotnie pojawiały się doniesienia o różnych pracach i sukcesach. Zbudowano i przetestowano różne elementy elektrowni jądrowej i TEM oraz prowadzono poszukiwania obszarów zastosowania nowych technologii.
W miarę rozwoju projektu TEM obrazy przedstawiające przybliżony wygląd tego produktu były regularnie publikowane w otwartych źródłach. Ostatni raz takie materiały pojawiły się w listopadzie ubiegłego roku. Ciekawe, że ta wersja wyglądu wyraźnie różniła się od poprzednich, chociaż miała pewne podobieństwa w podstawowych funkcjach.
Funkcje techniczne
Moduł transportowo-energetyczny jest uważany za wielofunkcyjne narzędzie do pracy w kosmosie, zarówno na orbitach Ziemi, jak i na innych trajektoriach. Z jego pomocą w przyszłości planowane jest wystrzelenie ładunku na orbity lub wysłanie go do innych ciał niebieskich. TEM może być również używany do obsługi statków kosmicznych lub w walce z kosmicznym śmieciem.
TEM otrzyma przesuwne kratownice nośne, dzięki czemu zapewnione zostaną niezbędne wymiary. Na farmach proponuje się montaż bloku energetycznego z elektrownią reaktora, zespołem oprzyrządowania i montażu, dokami, panelami słonecznymi itp. W części ogonowej modułu będą zlokalizowane maszerujące i manewrowe silniki rakietowe. Ładunek będzie transportowany za pomocą urządzeń dokujących.
Głównym elementem TEM jest elektrownia jądrowa o mocy megawatów, która rozwijana jest od 2009 roku. Reaktor instalacyjny musi być szczególnie odporny na obciążenia temperaturowe, co wiąże się ze specjalnymi trybami jego pracy. Jako chłodziwo wybrano mieszaninę helowo-ksenonową. Moc cieplna elektrowni osiągnie 3,8 MW, a moc elektryczna 1 MW. Aby odprowadzić nadmiar ciepła, proponuje się zastosować chłodnicę-emiter kroplowy.
Energia elektryczna z instalacji jądrowej musi być doprowadzona do elektrycznego silnika rakietowego. Obiecujący silnik jonowy ID-500 jest na etapie testów. Przy sprawności do 75% powinien wykazywać moc 35 kW i ciąg do 750 mN. Na testach w 2017 roku produkt ID-500 pracował na stoisku przez 300 godzin przy mocy 35 kW.
Według danych z poprzednich lat TEM w pozycji roboczej będzie miał długość ponad 50-52 m przy średnicy (według otwartych kratownic i elementów na nich) ponad 20 m. Waga - co najmniej 20 ton lub kilka pojazdów nośnych z późniejszym montażem. Następnie ładunek musi do niego zadokować. Szacowana żywotność, ograniczona zasobem reaktora, wynosi 10 lat.
Świetne perspektywy
Główną cechą TEM z elektrowniami jądrowymi, która zasadniczo odróżnia go od innych technologii rakietowych i kosmicznych, jest najwyższy impuls właściwy. Zastosowanie specjalnej elektrowni i elektrycznego silnika rakietowego umożliwia uzyskanie wymaganych parametrów ciągu przy minimalnym zużyciu paliwa jądrowego. Tak więc teoretycznie TEM jest w stanie rozwiązać problemy, które są niedostępne dla tradycyjnych systemów rakietowych napędzanych chemikaliami.
Dzięki temu możliwe jest bardziej aktywne wykorzystanie silników podtrzymujących i manewrowych podczas całego lotu. W szczególności umożliwia to wykorzystanie korzystniejszych torów lotu do innych ciał niebieskich. 10-letnia żywotność umożliwia wielokrotne wykorzystanie TEM w różnych misjach, zmniejszając koszty ich organizacji. Ogólnie rzecz biorąc, pojawienie się systemów takich jak TEM z elektrowniami jądrowymi da kosmonautyce nowe możliwości we wszystkich głównych obszarach działalności.
Zwykłe silniki TEM powinny wykorzystywać tylko część energii elektrycznej z systemów wytwórczych. W związku z tym pozostaje duży margines mocy dostępnej do wykorzystania przez sprzęt docelowy.
Istnieją jednak również istotne wady. Przede wszystkim jest to konieczność opracowania szeregu nowych technologii oraz ogólna złożoność projektu. W efekcie stworzenie TEM wymaga dużo czasu i odpowiedniego finansowania. Tak więc projekt Roskosmos jest rozwijany od około 10 lat, ale praktyczne zastosowanie gotowego TEM jest jeszcze w odległej przyszłości. Całkowity koszt projektu szacowany jest na 17 miliardów rubli.
Wariant wyglądu TEM, pokazany jesienią ubiegłego roku
Wykorzystanie elektrowni jądrowej prowadzi do poważnych ograniczeń na różnych etapach. Na przykład testy gotowej elektrowni jądrowej lub TEM jako całości są możliwe tylko na orbicie, co zminimalizuje szkody spowodowane możliwymi sytuacjami awaryjnymi. To samo dotyczy eksploatacji gotowego modułu transportowo-energetycznego.
Bliska przyszłość
Zgodnie z najnowszymi doniesieniami, pomyślnie zakończył się rozwój projektu „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego opartego na megawatowej elektrowni jądrowej”. Niektóre makiety potrzebne do testów są już gotowe. W najbliższych latach przedsiębiorstwa z Roskosmosu i Rosatomu będą musiały wykonać szereg ważnych prac z tymi i innymi produktami.
Lot prototypowy TEM ma zostać zbudowany w latach 2022-23. Potem powinny rozpocząć się różne testy, które potrwają kilka lat. Pełne uruchomienie działania TEM spodziewane jest w 2030 roku.
Pod koniec czerwca dowiedział się o przygotowaniu terenu pod działanie TEM. Taki sprzęt zostanie wystrzelony z kosmodromu Wostoczny. Nie tak dawno ogłoszono konkurs na opracowanie i budowę kompleksu obiektów do przygotowania statku kosmicznego oraz modułu transportowo-energetycznego. Dokumentacja projektowa kompleksu technicznego powinna zostać opracowana w latach 2025-26. Rozpoczęcie budowy zaplanowano na 2027 r., a oddanie do użytku w 2030 r. Wartość kontraktu to 13,2 mld rubli.
W związku z tym różne prace na temat zaawansowanej technologii rakietowej i kosmicznej z elektrowniami jądrowymi będą kontynuowane przez następną dekadę. Niektóre organizacje będą musiały zakończyć rozwój i przetestować moduł transportowo-energetyczny, inne zaś przygotują infrastrukturę do jego funkcjonowania. Bazując na wynikach wszystkich tych prac, w 2030 r. rosyjski przemysł kosmiczny będzie miał do dyspozycji całkowicie nową technologię o szerokich możliwościach. Jednak złożoność wszystkich etapów obiecującego programu może prowadzić do zmiany harmonogramu.
informacja