Kosmiczny holownik jądrowy. TEM na MAKS-2019
W naszym kraju trwa rozwój modułu transportowo-energetycznego TEM z megawatową elektrownią jądrową (EJ). Pojawienie się takiego modelu, nadającego się do eksploatacji, będzie miało poważny wpływ na dalszy rozwój krajowej i światowej kosmonautyki. W międzyczasie TEM jest na etapie prac projektowych, a ostatnio ponownie pokazano publiczności makietę takiego produktu w obecnej formie.
W ostatnich latach wielokrotnie publikowano różne materiały dotyczące TEM i elektrowni jądrowych. Twórcy pokazali między innymi rysunki z możliwym wyglądem takiej próbki. Pod koniec sierpnia w ramach salonu MAKS-2019 odbył się pierwszy pokaz nowej makiety TEM, odzwierciedlającej aktualne poglądy na ten projekt. Makieta była obecna w pawilonie Roskosmos na stoisku KB Arsenal.
Obecna wersja wyglądu TEM wyraźnie różni się od poprzednio demonstrowanych wersji, ale zachowuje pewne ich cechy. W szczególności zachowano ogólne przepisy dotyczące rozmieszczenia jednostek i podejścia do projektowania. Istnieje jednak szereg charakterystycznych różnic.
Największym elementem modułu płytki stykowej jest teleskopowa czterosekcyjna kratownica o przekroju kołowym, stanowiąca podstawę do montażu jednostek. Jego głowa wyposażona jest w stożkową kratownicę i zamykaną komorę. Po bokach farmy zamocowanych jest sześć paneli układu chłodzenia. Sekcja ogonowa TEM wykonana jest w formie zamkniętego prostokątnego korpusu. Główna farma jest przymocowana do niej z przodu, panele słoneczne są po bokach. W obudowie umieszczono nowy typ silnika rakietowego i inne jednostki.
Wcześniej w publikacjach na temat TEM i elektrowni jądrowych pojawiały się obrazy z techniką o innym wyglądzie. Według jednej z późniejszych wersji projektu moduł transportowo-energetyczny powinien opierać się na podłużnej kratownicy przesuwnej o przekroju kwadratowym i dużej rozciągliwości, co ułatwia wystrzelenie produktu na orbitę. W części czołowej znajduje się komora z reaktorem, w części ogonowej - elektryczny silnik rakietowy i inne systemy umieszczone na rozkładanych wspornikach. Wzdłuż kratownicy nośnej zaplanowano umieszczenie urządzeń chłodzących.
Layout z KB "Arsenał" posiada szereg charakterystycznych cech i różni się od starszych grafik. Przede wszystkim wyróżnia się projektem głównej farmy i układem jednostek. Nowa wersja TEM charakteryzuje się masywniejszą kratownicą nośną o innej konstrukcji. Stracił również wysięgniki w kształcie litery X, które otwierają się w locie i niosą niektóre instrumenty.
Projekt układu pozwala na założenie zmiany układu. Możliwe, że teraz duży ogon może pomieścić nie tylko elektryczny silnik rakietowy, ale także reaktor jądrowy z powiązanymi systemami. W takim przypadku mniejsza obudowa głowicy może być wykorzystana do umieszczenia systemów sterowania lub innego sprzętu.
Wcześniej różne schematy zawierały różne konfiguracje systemów chłodzenia. To samo dotyczy nowego układu. Tym razem, aby wypromieniować nadmiar ciepła w przestrzeń, proponuje się zastosowanie sześciu paneli emiterowych zainstalowanych wzdłuż kratownicy w postaci trzech równoległych „płaszczyzn”. Wcześniej proponowano inne chłodniejsze konfiguracje, m.in. agregaty o większej powierzchni, zajmujące prawie całą długość kratownicy nośnej.
W listopadzie ubiegłego roku studio telewizyjne Roskosmos opublikowało film pokazujący możliwy pojawienie się przyszłego TEM z elektrowniami jądrowymi. Ta wersja modułu znacznie różniła się od przedstawionych wcześniej. Zachowując liniową architekturę opartą na przesuwnej kratownicy, taki TEM powinien mieć jednostki ogonowe wykonane w formie otwartego cylindra. W tej formie elektrownia, chłodzenie itp. powinny być ukończone.
Wczesna wersja układu TEM. Rysunek RSC Energia / kosmolenta.com
Łatwo zauważyć, że obecny układ TEM również różni się od „zeszłorocznej” wersji wyglądu. Jednocześnie swoim wyglądem i designem jest znacznie bliższa wcześniejszym wersjom projektu.
Projekt TEM wyróżnia się najwyższą złożonością techniczną, a do jego pomyślnej realizacji konieczne jest rozwiązanie wielu zadań specjalnych. Aby stworzyć taki moduł, potrzebne są nowe projekty jednostek i zespołów, nowe technologie i materiały o specjalnych właściwościach. Konieczność rozwiązania wszystkich tych problemów doprowadziła do tego, że rozwój elektrowni jądrowych i TEM jest realizowany przez szereg przedsiębiorstw z Roskosmosu i Rosatomu.
W różnych okresach w publikowanych materiałach występowały różne wersje TEM, a przyczyną tego może być ogólna złożoność projektu. Powodzenie w znalezieniu rozwiązań niektórych problemów doprowadziło do odpowiednich zmian w ogólnym wyglądzie modułu. W związku z tym najnowszy layout TEM firmy KB Arsenal pokazuje aktualne widoki projektu.
Zgodnie ze znanymi danymi, jako podstawę elektrowni jądrowej wybrano chłodzony gazem reaktor jądrowy z neutronami prędkimi. Mieszanina helowo-ksenonowa zostanie zastosowana w pierwszym obwodzie układu chłodzenia. W rdzeniu zostanie umieszczone paliwo o wysokim stopniu wzbogacenia. Temperatura rdzenia osiągnie 1500°K. Planuje się zapewnienie najwyższych zasobów projektowych, co pozwoli TEM działać przez 10-12 lat.
Tego rodzaju elektrownie jądrowe o takich cechach nie zostały jeszcze stworzone i eksploatowane. Do budowy takiej konstrukcji potrzebne są materiały o wysokiej odporności na naprężenia termiczne i mechaniczne. Konieczne jest również opracowanie samego projektu, aby przy wymaganej mocy miał akceptowalne wymiary i wagę.
Występują trudności w dziedzinie systemów chłodzenia. Elektrownia jądrowa o mocy megawatowej powinna rozpraszać w kosmosie porównywalne ilości energii cieplnej. Nowoczesne grzejniki dla techniki kosmicznej nie mogą się jeszcze pochwalić takimi cechami. Tak więc system chłodzenia ISS zrzuca około. 70 kW energii cieplnej to kilkakrotnie mniej niż potrzeba elektrowni jądrowych i TEM.
Opracowywane są różne warianty chłodnic dla TEM, co znajduje odzwierciedlenie na rysunkach i przy montażu makiet. Najwyraźniej zestaw grzejników płaskich na układzie z Arsenalu jest obecnie uważany za najkorzystniejszą konstrukcję o optymalnej wydajności. Jest jednak całkiem możliwe, że ten system nie będzie wersją ostateczną.
Przy wszystkich trudnościach w ramach projektu TEM osiągnięto zauważalny sukces. Tak więc kilka lat temu rozpoczęto testy elektrycznego silnika rakietowego ID-500, zaprojektowanego specjalnie dla przyszłej elektrowni jądrowej. W 2017 roku taki produkt pracował na stoisku przez 300 godzin, wykazując moc 35 kW.
Próbka TEM 2018. Kadr z wideo studia telewizyjnego „Roskosmos”
Regularnie wykonywany jest montaż i testowanie poszczególnych elementów elektrowni jądrowej i TEM. Na przykład w zeszłym roku przetestowano próbkę makiety systemu chłodzenia kroplowego. Testowane są inne elementy reaktora, systemy pomocnicze oraz moduł transportowo-energetyczny jako całość.
Celem obecnych projektów elektrowni jądrowej i TEM jest stworzenie obiecującego kompleksu zdolnego do rozwiązywania nowych problemów w przestrzeni kosmicznej. Moduł transportowo-energetyczny z reaktorem i elektrycznym silnikiem napędowym będzie miał istotną przewagę nad tradycyjnymi systemami rakietowymi i pozwoli z powodzeniem organizować nowe misje.
Loty do innych ciał niebieskich są uważane za główny obszar zastosowania TEM. Elektrownia jądrowa wykazuje najwyższą wydajność paliwową i posiada unikalny impuls właściwy, który ułatwia loty na Księżyc lub Marsa. Istnieje również możliwość zwiększenia ładowności w porównaniu z obecnymi systemami rakietowymi i kosmicznymi. Ważną cechą TEM jest możliwość zasilania obciążenia za pomocą standardowych środków modułu.
Jednak uzyskanie takich wyników jest możliwe dopiero w odległej przyszłości. Według aktualnych planów testy w locie w pełni wyposażonego TEM-a rozpoczną się nie wcześniej niż pod koniec lat dwudziestych. Rozpoczęcie eksploatacji i zaangażowanie modułu w rzeczywistą pracę możliwe jest dopiero na początku lat trzydziestych.
Prace nad TEM potrwają jeszcze kilka lat iw tym czasie projekt może ulec zauważalnym zmianom. W związku z tym można przypuszczać, że układ modułu do MAKS-2019 wkrótce przestanie odzwierciedlać rzeczywisty wygląd tworzonego produktu. Jednak zmieniające się poglądy na projekt i jego elementy doprowadzą do pojawienia się nowych materiałów demonstracyjnych – już na kolejnych wystawach.
Wystawa MAKS-2019
W ostatnich latach wielokrotnie publikowano różne materiały dotyczące TEM i elektrowni jądrowych. Twórcy pokazali między innymi rysunki z możliwym wyglądem takiej próbki. Pod koniec sierpnia w ramach salonu MAKS-2019 odbył się pierwszy pokaz nowej makiety TEM, odzwierciedlającej aktualne poglądy na ten projekt. Makieta była obecna w pawilonie Roskosmos na stoisku KB Arsenal.
Obecna wersja wyglądu TEM wyraźnie różni się od poprzednio demonstrowanych wersji, ale zachowuje pewne ich cechy. W szczególności zachowano ogólne przepisy dotyczące rozmieszczenia jednostek i podejścia do projektowania. Istnieje jednak szereg charakterystycznych różnic.
Największym elementem modułu płytki stykowej jest teleskopowa czterosekcyjna kratownica o przekroju kołowym, stanowiąca podstawę do montażu jednostek. Jego głowa wyposażona jest w stożkową kratownicę i zamykaną komorę. Po bokach farmy zamocowanych jest sześć paneli układu chłodzenia. Sekcja ogonowa TEM wykonana jest w formie zamkniętego prostokątnego korpusu. Główna farma jest przymocowana do niej z przodu, panele słoneczne są po bokach. W obudowie umieszczono nowy typ silnika rakietowego i inne jednostki.
Nowe i stare
Wcześniej w publikacjach na temat TEM i elektrowni jądrowych pojawiały się obrazy z techniką o innym wyglądzie. Według jednej z późniejszych wersji projektu moduł transportowo-energetyczny powinien opierać się na podłużnej kratownicy przesuwnej o przekroju kwadratowym i dużej rozciągliwości, co ułatwia wystrzelenie produktu na orbitę. W części czołowej znajduje się komora z reaktorem, w części ogonowej - elektryczny silnik rakietowy i inne systemy umieszczone na rozkładanych wspornikach. Wzdłuż kratownicy nośnej zaplanowano umieszczenie urządzeń chłodzących.
Layout z KB "Arsenał" posiada szereg charakterystycznych cech i różni się od starszych grafik. Przede wszystkim wyróżnia się projektem głównej farmy i układem jednostek. Nowa wersja TEM charakteryzuje się masywniejszą kratownicą nośną o innej konstrukcji. Stracił również wysięgniki w kształcie litery X, które otwierają się w locie i niosą niektóre instrumenty.
Projekt układu pozwala na założenie zmiany układu. Możliwe, że teraz duży ogon może pomieścić nie tylko elektryczny silnik rakietowy, ale także reaktor jądrowy z powiązanymi systemami. W takim przypadku mniejsza obudowa głowicy może być wykorzystana do umieszczenia systemów sterowania lub innego sprzętu.
Wcześniej różne schematy zawierały różne konfiguracje systemów chłodzenia. To samo dotyczy nowego układu. Tym razem, aby wypromieniować nadmiar ciepła w przestrzeń, proponuje się zastosowanie sześciu paneli emiterowych zainstalowanych wzdłuż kratownicy w postaci trzech równoległych „płaszczyzn”. Wcześniej proponowano inne chłodniejsze konfiguracje, m.in. agregaty o większej powierzchni, zajmujące prawie całą długość kratownicy nośnej.
W listopadzie ubiegłego roku studio telewizyjne Roskosmos opublikowało film pokazujący możliwy pojawienie się przyszłego TEM z elektrowniami jądrowymi. Ta wersja modułu znacznie różniła się od przedstawionych wcześniej. Zachowując liniową architekturę opartą na przesuwnej kratownicy, taki TEM powinien mieć jednostki ogonowe wykonane w formie otwartego cylindra. W tej formie elektrownia, chłodzenie itp. powinny być ukończone.
Wczesna wersja układu TEM. Rysunek RSC Energia / kosmolenta.com
Łatwo zauważyć, że obecny układ TEM również różni się od „zeszłorocznej” wersji wyglądu. Jednocześnie swoim wyglądem i designem jest znacznie bliższa wcześniejszym wersjom projektu.
Wyzwania techniczne
Projekt TEM wyróżnia się najwyższą złożonością techniczną, a do jego pomyślnej realizacji konieczne jest rozwiązanie wielu zadań specjalnych. Aby stworzyć taki moduł, potrzebne są nowe projekty jednostek i zespołów, nowe technologie i materiały o specjalnych właściwościach. Konieczność rozwiązania wszystkich tych problemów doprowadziła do tego, że rozwój elektrowni jądrowych i TEM jest realizowany przez szereg przedsiębiorstw z Roskosmosu i Rosatomu.
W różnych okresach w publikowanych materiałach występowały różne wersje TEM, a przyczyną tego może być ogólna złożoność projektu. Powodzenie w znalezieniu rozwiązań niektórych problemów doprowadziło do odpowiednich zmian w ogólnym wyglądzie modułu. W związku z tym najnowszy layout TEM firmy KB Arsenal pokazuje aktualne widoki projektu.
Zgodnie ze znanymi danymi, jako podstawę elektrowni jądrowej wybrano chłodzony gazem reaktor jądrowy z neutronami prędkimi. Mieszanina helowo-ksenonowa zostanie zastosowana w pierwszym obwodzie układu chłodzenia. W rdzeniu zostanie umieszczone paliwo o wysokim stopniu wzbogacenia. Temperatura rdzenia osiągnie 1500°K. Planuje się zapewnienie najwyższych zasobów projektowych, co pozwoli TEM działać przez 10-12 lat.
Tego rodzaju elektrownie jądrowe o takich cechach nie zostały jeszcze stworzone i eksploatowane. Do budowy takiej konstrukcji potrzebne są materiały o wysokiej odporności na naprężenia termiczne i mechaniczne. Konieczne jest również opracowanie samego projektu, aby przy wymaganej mocy miał akceptowalne wymiary i wagę.
Występują trudności w dziedzinie systemów chłodzenia. Elektrownia jądrowa o mocy megawatowej powinna rozpraszać w kosmosie porównywalne ilości energii cieplnej. Nowoczesne grzejniki dla techniki kosmicznej nie mogą się jeszcze pochwalić takimi cechami. Tak więc system chłodzenia ISS zrzuca około. 70 kW energii cieplnej to kilkakrotnie mniej niż potrzeba elektrowni jądrowych i TEM.
Opracowywane są różne warianty chłodnic dla TEM, co znajduje odzwierciedlenie na rysunkach i przy montażu makiet. Najwyraźniej zestaw grzejników płaskich na układzie z Arsenalu jest obecnie uważany za najkorzystniejszą konstrukcję o optymalnej wydajności. Jest jednak całkiem możliwe, że ten system nie będzie wersją ostateczną.
Przy wszystkich trudnościach w ramach projektu TEM osiągnięto zauważalny sukces. Tak więc kilka lat temu rozpoczęto testy elektrycznego silnika rakietowego ID-500, zaprojektowanego specjalnie dla przyszłej elektrowni jądrowej. W 2017 roku taki produkt pracował na stoisku przez 300 godzin, wykazując moc 35 kW.
Próbka TEM 2018. Kadr z wideo studia telewizyjnego „Roskosmos”
Regularnie wykonywany jest montaż i testowanie poszczególnych elementów elektrowni jądrowej i TEM. Na przykład w zeszłym roku przetestowano próbkę makiety systemu chłodzenia kroplowego. Testowane są inne elementy reaktora, systemy pomocnicze oraz moduł transportowo-energetyczny jako całość.
Transport odległej przyszłości
Celem obecnych projektów elektrowni jądrowej i TEM jest stworzenie obiecującego kompleksu zdolnego do rozwiązywania nowych problemów w przestrzeni kosmicznej. Moduł transportowo-energetyczny z reaktorem i elektrycznym silnikiem napędowym będzie miał istotną przewagę nad tradycyjnymi systemami rakietowymi i pozwoli z powodzeniem organizować nowe misje.
Loty do innych ciał niebieskich są uważane za główny obszar zastosowania TEM. Elektrownia jądrowa wykazuje najwyższą wydajność paliwową i posiada unikalny impuls właściwy, który ułatwia loty na Księżyc lub Marsa. Istnieje również możliwość zwiększenia ładowności w porównaniu z obecnymi systemami rakietowymi i kosmicznymi. Ważną cechą TEM jest możliwość zasilania obciążenia za pomocą standardowych środków modułu.
Jednak uzyskanie takich wyników jest możliwe dopiero w odległej przyszłości. Według aktualnych planów testy w locie w pełni wyposażonego TEM-a rozpoczną się nie wcześniej niż pod koniec lat dwudziestych. Rozpoczęcie eksploatacji i zaangażowanie modułu w rzeczywistą pracę możliwe jest dopiero na początku lat trzydziestych.
Prace nad TEM potrwają jeszcze kilka lat iw tym czasie projekt może ulec zauważalnym zmianom. W związku z tym można przypuszczać, że układ modułu do MAKS-2019 wkrótce przestanie odzwierciedlać rzeczywisty wygląd tworzonego produktu. Jednak zmieniające się poglądy na projekt i jego elementy doprowadzą do pojawienia się nowych materiałów demonstracyjnych – już na kolejnych wystawach.
informacja