În Federația Rusă a început dezvoltarea unui motor spațial nuclear
Rusia a început dezvoltarea unui sistem de propulsie nucleară de clasă megawați pentru o nouă generație de tehnologie spațială. Sarcina a fost încredințată Centrului de Cercetare Keldysh. Directorul Centrului, Președintele Academiei Ruse de Cosmonautică Tsiolkovsky, Anatoly KOROTEEV, povestește Interfax-AVN despre importanța acestui proiect pentru cosmonautica rusă și semnificația lui, scrie Rewer.net
— Anatoly Sazonovich, dezvoltarea unei centrale nucleare a devenit un obiectiv prioritar, pentru a-și atinge resurse considerabile. Este acesta cu adevărat un proiect de care depinde viitorul astronauticii?
- Exact. Să vedem ce face astronautica astăzi. Vom vedea domenii precum comunicațiile prin satelit, navigația spațială de înaltă precizie, teledetecția Pământului - adică tot ceea ce are legătură cu suportul informațional. A doua direcție este rezolvarea problemelor legate de extinderea cunoștințelor noastre despre spațiu dincolo de spațiul apropiat de Pământ. În cele din urmă, astronautica, atât aici, cât și în alte țări, lucrează pentru a rezolva o anumită gamă de probleme de apărare. Iată aproximativ trei seturi de sarcini pentru activitățile spațiale de astăzi. Pentru a le rezolva, se folosesc sisteme de transport testate în timp, dovedite.
Dacă ne uităm la ceea ce ne așteptăm de la astronautică mâine, aici, alături de îmbunătățirea gamei de sarcini deja rezolvate, se ridică problemele dezvoltării tehnologiilor de producție în spațiu. Vorbim și despre expediții pe Lună și Marte. Și nu despre expediții de vizită, cum ar fi expediția americană pe Lună, ci despre șederi lungi pe alte planete, astfel încât să se poată dedica suficient timp studierii lor.
În plus, se ridică întrebări cu privire la posibila alimentare cu energie a Pământului din spațiu și lupta împotriva pericolului asteroid-cometă. Toate aceste sarcini sunt de o ordine complet diferită de cea de astăzi. Deci, dacă ne gândim la modul în care acest set de sarcini este susținut de structura de transport și energie, vom vedea că există o nevoie serioasă de a crește aprovizionarea cu energie a navei noastre spațiale și eficiența motoarelor.
Avem vehicule neeconomice astăzi. Imaginați-vă, din fiecare 100 de tone care zboară departe de Pământ, în cel mai bun caz, 3% se transformă într-o sarcină utilă. Aceasta este pentru toate rachetele moderne. Orice altceva este aruncat ca combustibil ars.
În ceea ce privește sarcinile viitoare, este extrem de important să ne mișcăm în spațiu destul de economic. Aici există conceptul de tracțiune specifică, care caracterizează eficiența motorului. Acesta este raportul dintre forța pe care o creează și consumul de combustibil în masă. Dacă luăm prima rachetă V-2 germană, atunci forța sa specifică în vechile unități de măsură a fost egală cu 220 de secunde. Astăzi, cel mai bun sistem de propulsie și energie, folosind hidrogen și oxigen, oferă o forță specifică de până la 450 de secunde. Adică, 60-70 de ani de muncă ale celor mai bune minți din lume au crescut forța specifică a motoarelor tradiționale cu rachete de doar două ori.
Este posibil să creștem această cifră de câteva ori sau cu ordine de mărime? Se pare că există. De exemplu, folosind motoare nucleare, am putea crește forța specifică la aproximativ 900 de secunde, adică un alt factor de doi. Și folosind un fluid de lucru ionizat pentru accelerare, am putea ajunge la valori de 9000-10000 de secunde, adică am crește forța specifică de 20 de ori. Și asta a fost deja parțial atins astăzi: pe sateliții cu tracțiune scăzută se folosesc motoare cu plasmă, care dau o tracțiune specifică de aproximativ 1600 de secunde. Cu toate acestea, astfel de dispozitive au nevoie de energie electrică suficientă. Dacă nu luăm în considerare o structură complet unică - Stația Spațială Internațională, unde nivelul de energie electrică este de aproximativ 100 kW, atunci cei mai puternici sateliți au astăzi un nivel de alimentare cu energie electrică de doar 20-30 kW. Este foarte greu să rezolvăm o serie de probleme dacă rămânem la acest nivel.
— Adică avem nevoie de un salt calitativ?
- Da. Cosmonautica se confruntă astăzi cu o stare apropiată de cea în care aviaţie s-a dovedit a fi după cel de-al Doilea Război Mondial, când a devenit clar că cu motoarele cu piston nu mai era posibilă creșterea vitezei, era imposibil să se mărească serios raza de acțiune și, în general, să existe o aviație viabilă din punct de vedere economic. Apoi, după cum vă amintiți, a existat un salt în aviație și au trecut de la motoarele cu piston la motoare cu reacție. Aproximativ aceeași situație este acum în tehnologia spațială. Ne lipsește sofisticarea energetică pentru a rezolva probleme serioase.
Apropo, asta nu a devenit clar asta. Deja în anii 60-70, atât aici, cât și în SUA, au început lucrările privind utilizarea energiei nucleare în spațiu. Inițial, sarcina a fost stabilită pentru a crea motoare-rachetă care, în loc de energia chimică de ardere a combustibilului și a oxidantului, să folosească încălzirea hidrogenului la o temperatură de aproximativ 3000 de grade. Dar s-a dovedit că o astfel de cale directă era încă ineficientă. Obținem o tracțiune mare pentru o perioadă scurtă de timp, dar în același timp emitem un jet, care, în cazul funcționării anormale a reactorului, se poate dovedi a fi contaminat radioactiv.
În ciuda cantității enorme de muncă care a fost efectuată în anii 60-70 în URSS și SUA, nici noi, nici americanii nu am reușit să creăm motoare de lucru fiabile. Au funcționat, dar nu mult, pentru că încălzirea hidrogenului la 3000 de mii de grade într-un reactor nuclear este o sarcină serioasă.
Au existat și probleme de mediu în timpul testelor la sol ale motoarelor, deoarece jeturile radioactive au fost eliberate în atmosferă. În URSS, această lucrare a fost efectuată la locul de testare Semipalatinsk, special pregătit pentru teste nucleare, care a rămas în Kazahstan.
Și totuși, în acei ani, URSS a făcut un pas foarte serios în ceea ce privește utilizarea energiei nucleare pentru alimentarea navelor spațiale. Au fost fabricați 32 de sateliți. Folosind energia nucleară pe dispozitive, a fost posibil să se obțină energie electrică cu un ordin de mărime mai mare decât din energia solară.
Ulterior, URSS și SUA, din diverse motive, au oprit de ceva timp această lucrare. Astăzi este clar că trebuie reînnoite. Dar să reluăm într-un mod atât de direct încât să facem un motor nuclear care are dezavantajele menționate mai sus ni s-a părut nerezonabil și am propus o cu totul altă abordare.
— Și care este diferența fundamentală dintre noua abordare?
„Această abordare diferă de cea veche în același mod în care o mașină hibridă diferă de o mașină convențională. Într-o mașină obișnuită, motorul învârte roțile, dar în mașinile hibride, electricitatea este generată din motor, iar această energie electrică întoarce roțile. Adică se creează un fel de centrală intermediară.
În același mod, am propus o schemă în care reactorul spațial nu încălzește jetul scos din acesta, ci generează energie electrică. Gazul fierbinte din reactor rotește turbina, turbina întoarce generatorul electric și compresorul, care circulă fluidul de lucru într-o buclă închisă. Generatorul produce energie electrică pentru un motor cu plasmă cu o forță specifică de 20 de ori mai mare decât cea a motoarelor chimice.
Care sunt principalele avantaje ale acestei abordări. În primul rând, nu este nevoie de site-ul de testare Semipalatinsk. Putem efectua toate testele pe teritoriul rus, fără a fi atrași în negocieri internaționale lungi și dificile cu privire la utilizarea energiei nucleare în afara statului. În al doilea rând, jetul care iese din motor nu va fi radioactiv, deoarece un fluid de lucru complet diferit trece prin reactor, care se află într-o buclă închisă. În plus, nu trebuie să încălzim hidrogenul cu această schemă aici circulă în reactor un fluid de lucru inert, care se încălzește până la 1500 de grade. Ne facem lucrurile foarte ușor pentru noi înșine. În cele din urmă, în cele din urmă vom crește forța specifică nu de două ori, ci de 20 de ori față de motoarele chimice.
— Puteți numi intervalul de timp pentru proiect?
— Proiectul presupune următoarele etape: în 2010 — începerea lucrărilor; în 2012 - finalizarea anteproiectării și realizarea modelării informatice detaliate a procesului de lucru; în 2015 - crearea unui sistem de propulsie nucleară; in 2018 - crearea unui modul de transport folosind acest sistem de propulsie in vederea pregatirii sistemului pentru zbor in acelasi an.
Apropo, faza de modelare pe computer nu era anterior tipică pentru crearea de produse de tehnologie spațială, dar astăzi este absolut necesară. Folosind exemplul celor mai recente motoare care au fost dezvoltate în Rusia, Franța și SUA, a devenit clar că vechea metodă clasică, când au fost realizate un număr mare de prototipuri pentru testare, este depășită.
Astăzi, când capacitățile tehnologiei de calcul sunt foarte mari, în special odată cu apariția supercalculatoarelor, putem oferi modelare fizică și matematică a proceselor, putem crea un motor virtual, putem juca situații posibile, putem vedea unde sunt capcanele și abia după aceea mergem. pentru a crea motorul, așa cum se spune, „în hardware” "
Iată un caz concret. Probabil ați auzit despre motorul RD-180 creat pentru americani la Energomash Design Bureau pentru racheta Atlas. În loc de 25-30 de exemplare, care au intrat de obicei în dezvoltarea motorului, au fost necesare doar 8, iar RD-180 a intrat imediat în producție. Pentru că dezvoltatorii și-au dat probleme să „joace” totul pe computere.
- Care este prețul cerut?
— Astăzi, 17 miliarde de ruble au fost declarate pentru întregul proiect până în 2018 inclusiv. Direct pentru 2010, au fost alocate 500 de milioane de ruble, inclusiv 430 de milioane de ruble pentru Rosatom și 70 de milioane de ruble pentru Roscosmos.
Desigur, am dori să credem că dacă conducerea țării spune că aceasta este o prioritate și banii sunt alocați, atunci îi vor da.
Suma declarată este mai mică decât ne-am dori, dar cred că este suficientă pentru următorii ani și cu acești bani se poate desfășura o gamă largă de lucrări.
Institutul nostru a fost desemnat ca institut principal pentru sistemul de propulsie nucleară, modulul de transport va fi cel mai probabil realizat de Energia Rocket and Space Corporation.
În general, proiectul se bazează pe cooperare, formată în principal din întreprinderile Rosatom, care urmează să construiască reactorul, și Roscosmos, care va produce turbocompresoare, generatoare și motoarele în sine.
Desigur, lucrarea va folosi fundația științifică creată în anii precedenți. De exemplu, dezvoltarea unui reactor se bazează pe un număr mare de decizii care au fost luate anterior asupra unui motor nuclear. Cooperarea este aceeași. Acesta este Institutul Tehnologic de Cercetare Științifică Podolsk, Centrul Kurchatov, acesta este Institutul de Fizică și Energie Obninsk. Centrul Keldysh, Biroul de proiectare de inginerie chimică și Biroul de proiectare de automatizare chimică din Voronezh au făcut multe în circuitul închis. Vom folosi pe deplin această experiență atunci când creăm un turbocompresor. Pentru generator, conectăm Institutul de Electromecanică, care are experiență în crearea de generatoare de zbor.
Pe scurt, există un întârziere considerabil, munca nu începe de la zero.
— Poate Rusia să devanseze alte țări în această lucrare?
- Nu o exclud. Am avut o întâlnire cu administratorul adjunct al NASA, am discutat chestiuni legate de revenirea la lucrările de energie nucleară în spațiu, iar el a spus că americanii sunt foarte interesați de această problemă. În opinia sa, nu poate fi exclusă posibilitatea grăbirii lucrărilor în această direcție în Occident.
Nu exclud ca China să răspundă cu acțiuni active din partea sa, așa că trebuie să lucrăm rapid. Și nu doar de dragul de a fi cu jumătate de pas înaintea cuiva. Trebuie să lucrăm rapid, în primul rând, astfel încât să arătăm decent în cooperarea internațională în curs de dezvoltare, iar de facto este deja în curs de formare astăzi. Ca să ne ducă acolo, și să nu ne ducă în rolul de oameni care ar trebui să facă ferme metalice, ci ca atitudinea față de noi să fie aceeași ca și în anii 90, de exemplu. La acel moment, o mare parte de lucrări privind sursele nucleare din spațiu a fost desecretizat. Când aceste lucrări au devenit cunoscute americanilor, le-au acordat un rating foarte mare. Până în punctul în care s-au întocmit programe comune cu noi.
În principiu, este posibil să existe un program internațional pentru o centrală nucleară, similar programului de cooperare în derulare privind fuziunea termonucleară controlată.
— Anatoly Sazonovich, în 2011, lumea va sărbători aniversarea primului zbor uman în spațiu. Un motiv bun pentru a reaminti realizările țării noastre în spațiu.
- Cred ca da. La urma urmei, acesta nu a fost doar primul zbor uman în spațiu. Zborul a devenit posibil datorită soluționării unei game foarte largi de probleme științifice, tehnice și medicale. Pentru prima dată o persoană a zburat în spațiu și s-a întors pe Pământ, pentru prima dată s-a dovedit că sistemul de protecție termică funcționa corect. Zborul a avut un impact internațional enorm. Să nu uităm că au trecut doar 16 ani de la încheierea celui mai greu război pentru țară. Și acum se dovedește că o țară care a pierdut peste 20 de milioane de oameni și a suferit distrugeri colosale este capabilă nu numai să facă ceva la cel mai înalt nivel global, ci chiar să fie înaintea lumii întregi pentru o perioadă. A fost o demonstrație extrem de importantă care a ridicat profilul țării și mândria oamenilor.
Au fost două evenimente de semnificație similară în viața mea. Este Ziua Victoriei și întâlnirea lui Yuri Gagarin, pe care am văzut-o personal. Pe 9 mai 1945, toată Moscova, de la Piața Roșie până la periferie, a ieșit în stradă pentru a sărbători. A fost cu adevărat un impuls spontan și același impuls impresionant a avut loc în aprilie 1961, când Gagarin a zburat.
Semnificația internațională a împlinirii a jumătate de secol a primului zbor trebuie consolidată. Este necesar să subliniem și să reamintim societății despre rolul țării noastre în explorarea spațiului. Din păcate, nu am făcut asta foarte des în ultimii 20 de ani. Dacă deschideți internetul, veți vedea o cantitate imensă de material legat, de exemplu, de expediția americană pe Lună, dar nu există prea mult material legat de zborul lui Gagarin. Dacă vorbești cu școlari actuali, nu știu al cui nume îl știu mai mult, Armstrong sau Gagarin. Prin urmare, consider că decizia de a sărbători 50 de ani de la primul zbor spațial cu echipaj la nivel de stat și de a-i conferi o dimensiune internațională este absolut corectă.
Academia Rusă de Cosmonautică Tsiolkovsky va elibera o medalie pentru acest eveniment, care va fi acordată persoanelor care au fost implicate în primul zbor sau care au contribuit suficient la dezvoltarea astronauticii. În plus, ne pregătim să organizăm o mare conferință internațională, care este de așteptat să includă o discuție cu parteneri străini și ruși asupra acelor caracteristici ale explorării spațiale cu echipaj, care sunt caracteristice scenei moderne. Există o mulțime de întrebări dificile aici.
Dacă oprim astăzi o sută de oameni pe stradă și întrebăm care astronaut zboară în prezent în spațiu, Doamne ferește, dacă ne răspund trei sau patru oameni, și atunci nu sunt convins de asta. Și dacă ne punem întrebarea ce fac astronauții la stație, atunci cu atât mai puțin. Cred că propaganda vieții reale în spațiu, a zborurilor cu echipaj este extrem de importantă și nu se face suficient. Există o mulțime de lucruri stupide la televizor despre cineva care are o întâlnire cu extratereștrii sau despre cum extratereștrii au luat pe cineva.
Repet, a cincizecea aniversare a primului zbor uman în spațiu este cu adevărat un eveniment de epocă, trebuie sărbătorit în cel mai demn mod, atât în țara noastră, cât și la nivel internațional. Și, desigur, institutul nostru va participa direct la asta, a fost implicat în acest zbor și a luat parte la el. Câțiva dintre angajații noștri din acea perioadă au primit premii de stat pentru rezolvarea problemelor de zbor în special. De exemplu, directorul adjunct al institutului de atunci, academicianul Georgy Petrov, a primit titlul de Erou al muncii socialiste pentru dezvoltarea metodelor de protecție termică a unei nave în timpul coborârii de pe orbită. Desigur, vom încerca să sărbătorim acest eveniment cu demnitate.
informații