W Federacji Rosyjskiej rozpoczął się rozwój kosmicznego silnika jądrowego

3

W Rosji rozpoczął się rozwój megawatowej elektrowni jądrowej dla nowej generacji technologii kosmicznej. Zadanie zostało powierzone Centrum Badawcze Keldysh. Dyrektor Centrum, prezes Rosyjskiej Akademii Kosmonautyki im. Ciołkowskiego Anatolij KOROTEEV mówi Interfax-AVN o znaczeniu tego projektu dla rosyjskiej kosmonautyki i jego znaczeniu, pisze Rewer.net

- Anatolij Sazonovich, rozwój elektrowni jądrowej stał się celem priorytetowym, do osiągnięcia którego zostaną skoncentrowane znaczne środki. Czy to naprawdę projekt, od którego zależy przyszłość astronautyki?



- Dokładnie. Zobaczmy, co dzisiaj robi eksploracja kosmosu. Zobaczymy takie obszary, jak łączność satelitarna, nawigacja kosmiczna o wysokiej precyzji, teledetekcja Ziemi – czyli wszystko, co związane z obsługą informacji. Drugi kierunek to rozwiązywanie problemów związanych z poszerzaniem naszej wiedzy o kosmosie poza przestrzeń przyziemną. Wreszcie astronautyka zarówno w naszym kraju, jak iw innych krajach pracuje nad rozwiązaniem pewnego zakresu zadań obronnych. Oto warunkowo trzy zestawy zadań dzisiejszej aktywności kosmicznej. Do ich rozwiązania wykorzystywane są sprawdzone w czasie, sprawdzone systemy transportowe.

Jeśli spojrzymy na to, czego oczekujemy od astronautyki jutro, to wraz z poprawą zakresu zadań już rozwiązywanych, pojawiają się kwestie rozwoju technologii produkcji w kosmosie. Mówimy też o wyprawach na Księżyc i Marsa. I nie o wyprawach wizytowych, jaką była wyprawa amerykańska na Księżyc, ale o długim pobycie na innych planetach, aby można było poświęcić wystarczająco dużo czasu na ich badanie.

Ponadto pojawiają się pytania o możliwe zasilanie Ziemi z kosmosu, o walkę z zagrożeniem asteroid-kometa. Wszystkie te zadania mają zupełnie inny porządek niż dzisiejsze. Jeśli więc zastanowimy się, w jakim stopniu ten zestaw zadań spełnia struktura transportowo-energetyczna, zobaczymy, że istnieje poważna potrzeba zwiększenia dostaw energii do naszych statków kosmicznych i wydajności silników.

Mamy dziś nieekonomiczne pojazdy. Wyobraź sobie, że na każde 100 ton opuszczających Ziemię co najwyżej 3% zamienia się w ładunek. To dotyczy wszystkich nowoczesnych rakiet. Wszystko inne jest wyrzucane jako spalone paliwo.

Jeśli chodzi o przyszłe zadania, niezwykle ważne jest, abyśmy podróżowali w kosmos raczej ekonomicznie. Tutaj pojawia się pojęcie określonego ciągu, który charakteryzuje wydajność silnika. Jest to stosunek wytwarzanego ciągu do masowego zużycia paliwa. Jeśli weźmiemy pierwszą niemiecką rakietę V-2, jej ciąg właściwy w starych jednostkach miar wynosił 220 sekund. Dziś najlepszy układ napędowy i energetyczny, wykorzystujący wodór z tlenem, daje określony ciąg do 450 sekund. Oznacza to, że 60-70 lat pracy najlepszych umysłów świata tylko dwukrotnie podniosło specyficzny ciąg tradycyjnych silników rakietowych.

Czy możliwe jest zwiększenie tej liczby czasami lub o rzędy wielkości? Okazuje się, że jest. Na przykład, używając silników jądrowych, moglibyśmy zwiększyć ciąg właściwy do około 900 sekund, czyli jeszcze dwa razy. A używając zjonizowanego płynu roboczego do przyspieszenia, mogłyby osiągnąć wartości 9000-10000 sekund, czyli 20-krotnie podniosłyby właściwy ciąg. I to zostało już częściowo osiągnięte dzisiaj: silniki plazmowe są używane na satelitach o niskim ciągu, które dają określony ciąg około 1600 sekund. Jednak takie urządzenia nadal potrzebują wystarczającej mocy elektrycznej. Jeśli nie weźmiemy pod uwagę całkowicie unikalnej konstrukcji - Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie poziom energii elektrycznej wynosi około 100 kW, to dziś najpotężniejsze satelity mają poziom zasilania elektrycznego tylko 20-30 kW. Bardzo trudno jest rozwiązać szereg problemów, jeśli pozostaniemy na tym poziomie.

— Czyli potrzebny jest skok jakościowy?

- TAk. Dzisiejsza astronautyka przeżywa stan bliski temu, w którym lotnictwo pojawił się po II wojnie światowej, kiedy stało się jasne, że przy silnikach tłokowych nie można już zwiększyć prędkości, nie można poważnie zwiększyć zasięgu i ogólnie mieć opłacalnego lotnictwa. Potem, jak pamiętacie, nastąpił skok w lotnictwie i przerzucono się z silników tłokowych na silniki odrzutowe. Mniej więcej taka sama sytuacja jest teraz w technologii kosmicznej. Nie mamy wystarczającej doskonałości energetycznej, aby rozwiązać poważne problemy.

Nawiasem mówiąc, stało się jasne nie dzisiaj. Już w latach 60. i 70. zarówno w naszym kraju, jak iw Stanach Zjednoczonych rozpoczęto prace nad wykorzystaniem energii jądrowej w kosmosie. Początkowo zadaniem było stworzenie silników rakietowych, które zamiast energii chemicznej spalania paliwa i utleniacza wykorzystywałyby podgrzewanie wodoru do temperatury około 3000 stopni. Okazało się jednak, że taka bezpośrednia ścieżka jest nadal nieefektywna. Wysoki ciąg uzyskujemy przez krótki czas, ale jednocześnie wyrzucamy odrzutowiec, który w przypadku nieprawidłowej pracy reaktora może okazać się skażony radioaktywnie.

Pomimo ogromnego nakładu pracy, jaki wykonano w latach 60-70 w ZSRR i USA, ani nam, ani Amerykanom nie udało się wówczas stworzyć niezawodnych pracujących silników. Udało się, ale za mało, bo podgrzanie wodoru do 3000 tys. stopni w reaktorze jądrowym to poważne zadanie.

Podczas testów naziemnych silników pojawiły się również problemy ze środowiskiem, ponieważ do atmosfery wypuszczano radioaktywne odrzutowce. W ZSRR prace te prowadzono na specjalnie przygotowanym do prób jądrowych poligonie Semipalatinsk, które pozostało w Kazachstanie.

A jednak w tamtych latach ZSRR zrobił bardzo poważny krok w zakresie wykorzystania energii jądrowej do zasilania statków kosmicznych. Wykonano 32 satelity. Dzięki wykorzystaniu energii jądrowej na urządzeniach udało się uzyskać energię elektryczną o rząd wielkości wyższą niż z energii słonecznej.

Następnie ZSRR i USA z różnych powodów wstrzymały te prace na jakiś czas. Dziś wiadomo, że trzeba je odnowić. Ale wznowienie w tak frontalny sposób, aby stworzyć silnik jądrowy z powyższymi wadami, wydawało nam się nierozsądne i zaproponowaliśmy zupełnie inne podejście.

— A jaka jest zasadnicza różnica między nowym podejściem?

„To podejście różniło się od starego w taki sam sposób, w jaki samochód hybrydowy różni się od samochodu konwencjonalnego. W konwencjonalnym samochodzie silnik obraca kołami, podczas gdy w samochodach hybrydowych z silnika wytwarzana jest energia elektryczna, która obraca kołami. Oznacza to, że powstaje pewna elektrownia pośrednia.

W ten sam sposób zaproponowaliśmy schemat, w którym reaktor kosmiczny nie ogrzewa wyrzucanego z niego strumienia, ale generuje energię elektryczną. Gorący gaz z reaktora napędza turbinę, turbina napędza generator elektryczny i sprężarkę, która krąży w obiegu zamkniętym płyn roboczy. Z drugiej strony generator wytwarza energię elektryczną dla silnika plazmowego o określonym ciągu 20 razy większym niż silniki chemiczne.

Jakie są główne zalety tego podejścia. Po pierwsze, nie jest potrzebny poligon w Semipałatyńsku, wszystkie testy możemy przeprowadzić na terenie Rosji bez angażowania się w długie, trudne negocjacje międzynarodowe dotyczące wykorzystania energii jądrowej poza granicami państwa. Po drugie, strumień opuszczający silnik nie będzie radioaktywny, ponieważ przez reaktor, który znajduje się w obiegu zamkniętym, przepływa zupełnie inny płyn roboczy. Ponadto przy tym schemacie nie musimy podgrzewać wodoru, tutaj w reaktorze krąży obojętny płyn roboczy, który nagrzewa się do 1500 stopni. Poważnie upraszczamy nasze zadanie. Ostatecznie w rezultacie podniesiemy ciąg właściwy nie dwa razy, ale 20 razy w porównaniu z silnikami chemicznymi.

- Czy możesz podać czas realizacji projektu?

— Projekt obejmuje następujące etapy: w 2010 r. — rozpoczęcie prac; w 2012 roku ukończono projekt wstępny i szczegółową komputerową symulację przepływu pracy; w 2015 r. — budowa elektrowni jądrowej; w 2018 roku stworzenie modułu transportowego wykorzystującego ten układ napędowy w celu przygotowania układu do lotu w tym samym roku.

Nawiasem mówiąc, faza symulacji komputerowej nie była typowa dla produktów technologii kosmicznych, które powstawały wcześniej, ale dziś jest absolutnie niezbędna. Na przykładzie najnowszych silników, które zostały opracowane w Rosji, Francji i USA, stało się jasne, że klasyczna stara metoda, kiedy do testów wykonano dużą liczbę prototypów, jest przestarzała.

Dziś, gdy możliwości technologii komputerowej są bardzo wysokie, zwłaszcza w obliczu superkomputerów, możemy zapewnić fizyczne i matematyczne modelowanie procesów, stworzyć wirtualny silnik, zagrać w możliwe sytuacje, zobaczyć, gdzie są pułapki, a dopiero potem iść dalej stworzyć silnik, jak mówią „sprzęt”.

Oto przykład ilustrujący. Zapewne słyszeliście o silniku RD-180 do rakiety Atlas stworzonej dla Amerykanów w Biurze Projektowym Energomash. Zamiast 25-30 egzemplarzy, które zwykle szły na rozwój silnika, zajęło to tylko 8, a RD-180 natychmiast wszedł w życie. Ponieważ twórcy zadali sobie trud „zagrać” to wszystko na komputerach.

- Jaka jest cena wywoławcza?

- Dziś na cały projekt do 17 roku zadeklarowano 2018 miliardów rubli. 2010 mln rubli przeznaczono bezpośrednio na 500 rok, w tym 430 mln rubli na Rosatom i 70 mln rubli na Roskosmos.

Oczywiście chcielibyśmy wierzyć, że jeśli kierownictwo kraju powie, że jest to obszar priorytetowy, a pieniądze zostały przyznane, to zostaną przekazane.

Deklarowana kwota jest mniejsza niż byśmy chcieli, ale myślę, że to wystarczy na najbliższe lata i za te pieniądze można wykonać duży zakres prac.

Nasz instytut został szefem elektrowni jądrowej, moduł transportowy najprawdopodobniej wykona Energia Rocket and Space Corporation.

Generalnie projekt opiera się na współpracy, w skład której wchodzą głównie przedsiębiorstwa Rosatom, które mają wyprodukować reaktor, oraz Roskosmos, które będą produkować turbosprężarki, generatory i same silniki.

Oczywiście praca będzie korzystać z podstaw naukowych powstałych w poprzednich latach. Na przykład rozwój reaktora opiera się na dużej liczbie decyzji, które wcześniej podjęto w odniesieniu do silnika jądrowego. współpraca jest taka sama. To jest Podolski Instytut Technologiczny Badawczy, Centrum Kurczatowa, to Obniński Instytut Fizyki i Energii. Centrum Keldysh, Biuro Projektowe Inżynierii Chemicznej i Biuro Projektowe Automatyki Chemicznej Woroneża zrobiły wiele w obiegu zamkniętym. W pełni wykorzystamy to doświadczenie przy tworzeniu turbosprężarki. Z generatorem łączymy Instytut Elektromechaniki, który ma doświadczenie w tworzeniu prototypów lotnych generatorów.

Jednym słowem zaległości są spore, praca nie zaczyna się od zera.

— Czy Rosja może w tej pracy wyprzedzić inne kraje?

- Nie wykluczam. Miałem spotkanie z wiceszefem NASA, rozmawialiśmy o sprawach związanych z powrotem do prac nad energetyką jądrową w kosmosie, a on powiedział, że Amerykanie wykazują duże zainteresowanie tą kwestią. Jego zdaniem nie można wykluczyć możliwości wymuszenia pracy w tym kierunku na Zachodzie.

Nie wykluczam, że Chiny mogą również odpowiedzieć aktywnymi działaniami z ich strony, więc musimy działać szybko. I to nie tylko po to, by wyprzedzić kogoś o pół kroku. Przede wszystkim musimy działać szybko, abyśmy w rodzącej się współpracy międzynarodowej, a de facto już dziś kształtującej się, wyglądali godni. Żeby nas tam zabrali i nie jako ludzi, którzy powinni robić farmy metalowe, ale żeby stosunek do nas był taki sam jak np. w latach 90-tych. Następnie odtajniono duży kompleks prac dotyczących źródeł jądrowych w kosmosie. Kiedy prace te stały się znane Amerykanom, wystawili im bardzo wysoką ocenę. Aż do momentu, w którym zostały z nami opracowane wspólne programy.

W zasadzie możliwe jest, że powstanie międzynarodowy program dla elektrowni jądrowej, podobny do trwającego programu współpracy w zakresie kontrolowanej syntezy termojądrowej.

— Anatolij Sazonovich, w 2011 roku świat będzie obchodził rocznicę pierwszego załogowego lotu w kosmos. Dobra okazja do przypomnienia osiągnięć naszego kraju w kosmosie.

- Myślę, że tak. W końcu nie był to tylko pierwszy załogowy lot w kosmos. Lot stał się możliwy dzięki rozwiązaniu bardzo szerokiego zakresu zagadnień naukowych, technicznych i medycznych. Po raz pierwszy człowiek poleciał w kosmos i wrócił na Ziemię, po raz pierwszy udowodniono, że system ochrony termicznej działa normalnie. Lot miał ogromny międzynarodowy wpływ. Nie zapominajmy, że od zakończenia najtrudniejszej dla kraju wojny minęło zaledwie 16 lat. I okazało się, że kraj, który stracił ponad 20 milionów ludzi i doznał kolosalnych zniszczeń, jest w stanie nie tylko zrobić coś na najwyższym światowym poziomie, ale nawet na pewien czas wyprzedzić cały świat. Była to niezwykle ważna demonstracja, która podniosła autorytet kraju i dumę ludzi.

W moim życiu były dwa podobne wydarzenia. To Dzień Zwycięstwa i spotkanie Jurija Gagarina, które widziałem osobiście. 9 maja 1945 r. cała Moskwa, od Placu Czerwonego po przedmieścia, wyszła na ulice, aby świętować. To był naprawdę spontaniczny impuls, a ten sam imponujący impuls miał miejsce w kwietniu 1961 roku, kiedy poleciał Gagarin.

Należy wzmocnić międzynarodowe znaczenie półwiecznej rocznicy pierwszego lotu. Należy podkreślić i przypomnieć społeczeństwu o roli naszego kraju w eksploracji kosmosu. Niestety w ciągu ostatnich 20 lat nie robiliśmy tego zbyt często. Jeśli otworzysz internet, zobaczysz ogromną ilość materiałów związanych np. z amerykańską wyprawą na Księżyc, ale materiałów związanych z lotem Gagarina nie ma zbyt wiele. Jeśli rozmawiasz z obecnymi uczniami, nie wiem, czyje imię znają lepiej, Armstrong czy Gagarin. Dlatego uważam za absolutnie słuszne uczczenie 50. rocznicy pierwszego załogowego lotu w kosmos na szczeblu państwowym i nadanie jej wymiaru międzynarodowego.

Rosyjska Akademia Kosmonautyki im. Ciołkowskiego wystawi na to wydarzenie medal, który zostanie przyznany osobom, które były związane z pierwszym lotem lub które wniosły wystarczający wkład w rozwój astronautyki. Ponadto przygotowujemy się do zorganizowania dużej międzynarodowej konferencji, która ma być dyskusją z partnerami zagranicznymi i rosyjskimi o tych cechach załogowej eksploracji kosmosu, które są charakterystyczne dla obecnego etapu. Jest tu wiele trudnych pytań.

Jeśli dzisiaj zatrzymamy setkę osób na ulicy i zapytamy, który z astronautów leci obecnie w kosmos, nie daj Boże, jeśli odpowiedzą na to trzy lub cztery osoby, a wtedy nie jestem o tym przekonany. A jeśli zapytamy, co robią astronauci na stacji, to jeszcze mniej. Myślę, że promocja prawdziwego życia w kosmosie, lotów załogowych jest niezwykle ważna i nie robi się tego wystarczająco dużo. W telewizji jest wiele głupich rzeczy, gdy ktoś spotkał się z kosmitami lub jak kosmici kogoś zabrali.

Powtarzam, pięćdziesiąta rocznica pierwszego załogowego lotu w kosmos jest naprawdę przełomowym wydarzeniem, które musi być obchodzone w najbardziej godny sposób, zarówno w naszym kraju, jak i na szczeblu międzynarodowym. I oczywiście nasz instytut weźmie w tym bezpośredni udział, co było związane z tym lotem i brał w nim udział. Szereg naszych pracowników z tego okresu otrzymało nagrody państwowe w szczególności za rozwiązywanie problemów lotniczych. Na przykład zastępca dyrektora ówczesnego instytutu, akademik Georgy Pietrow, otrzymał tytuł Bohatera Pracy Socjalistycznej za opracowanie metod ochrony termicznej statku podczas schodzenia z orbity. Oczywiście postaramy się odpowiednio uczcić to wydarzenie.
3 komentarz
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. 0
    6 lipca 2012 11:57
    Zastanawiam się, kto tym razem wygra wyścig kosmiczny, szanse są prawie równe.
  2. 0
    6 kwietnia 2015 00:45
    Wygra ten, kto jako pierwszy stworzy pozory windy kosmicznej, a tym samym znacznie obniży koszt ładunku na orbicie, a nie silnika jądrowego.
    Do poruszania się w kosmosie potrzebny będzie silnik jądrowy i jest mało prawdopodobne, aby od razu miał stosunek ciągu do masy większy niż 1. Zwłaszcza jeśli płyn roboczy nie jest ogrzewany bezpośrednio z reaktora. A do poruszania się w kosmosie nie jest tak czysty silnik jest całkiem odpowiedni.
    1. 0
      8 maja 2016 r. 17:03
      Cóż, w przypadku lotów na Księżyc lub na Marsa nie będzie to zbyteczne. A jeśli chodzi o CL, tutaj też mamy możliwości. Putin niedawno uczestniczył w europejskiej konferencji. Według ekologii ogłosił, że rosyjska technologia wytwarzania nanorurek jest 200 razy tańsza niż na Zachodzie. To wciąż mały krok, a cały wątek dowolnej długości nie jest jeszcze zrobiony. Ale na przykład mogą wzmocnić aluminiowe pancerze lub kadłuby samolotów, a to zwiększy ich wytrzymałość dziesięciokrotnie.