В Транспортно-энергетический модуль (ТЭМ)
В России ведется разработка Транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ядерной энергоустановкой. Проект может показаться чистой фантастикой, но разработка идет вполне уверенными темпами. Создание такого модуля позволит в разы увеличить эффективность межпланетных полетов по сравнению с химическими двигателями. Пилотируемый полет на Марс, вместо нескольких лет, вполне может продлится несколько месяцев.
В этой статье я расскажу о проекте и его перспективах.
Транспортно-энергетический модуль. Изображение: РКК «Энергия»
Хронология проекта
Указ о начале разработки Транспортно-энергетического модуля был подписан в 2010 году президентом России Д. Медведевым. Разработка разделена между структурами Росатома и Роскосмоса. От Росатома участвует ОАО «НИКИЭТ», которое создает реакторную установку. ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» занимается созданием электроракетных двигателей, а РКК «Энергия» — всего остального корабля. До 2018 года запланировано выделить 17 млрд. рублей, из которых 7,2 пойдут на реактор, 4 млрд. на двигатели, и 5,8 млрд. на корабль.
К началу 2013 года завершилось эскизное и началось рабочее проектирование оборудования. Разработчики начали изготавливать первые узлы для проведения испытаний. В НИИАР на исследовательском реакторе МИР в 2013 году начались испытания теплоносителя для реакторной установки. В июле 2014 года в ОАО «Машиностроительный завод» была завершена сборка первого тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ) будущего реактора.
По плану прототип реакторной установки должен быть изготовлен в 2015 году. В 2018 году должны начаться испытания реактора в связке в двигательной установкой. Сборка первого ТЭМа и летные испытания возможны в 2020 году.
Описание проекта
Модуль оснащен высокотемпературным газоохлаждаемым реактором тепловой мощностью 4 МВт. Электроэнергия будет генерироваться двухконтурным турбомашинным преобразователем на основе газодинамического цикла Брайтона, электрической мощностью в 1 МВт. Он же будет выполнять функцию компрессора теплоносителя.
Транспортно-энергетический модуль будет оснащаться электроракетными двигателями большой мощности. Двигатели будут размещаться на четырех штангах, по шесть двигателей на каждой. Дополнительно будет установлено восемь двигателей меньшей мощности, для корректировки курса. Рабочим телом в двигателях будет ксенон, но рассматриваются и альтернативные варианты с использованием лития и натрия.
Расчетное время работы модуля составляет 10 лет. Запускаться он будет с помощью ракеты-носителя Ангара-А5. Предполагается, что модуль будет трансформируемым, то есть при запуске он будет находиться в сложенном виде под головным обтекателем ракеты-носителя, а на орбите раскладываться в рабочее положение.
Сфера применения
Варианты применения ТЭМ весьма обширны. Он может использоваться как орбитальный буксир для доставки спутников с низкой орбиты на геостационарную или любую другую. Это позволит уменьшить стоимость запуска спутников связи и других аппаратов, использующих ГСО.
Ядерный реактор, установленный на модуле. можно использовать как дополнительный источник энергии. Энергоустановка может передавать до 225 кВт для питания полезной нагрузки.
Наибольшие ожидания связаны конечно же с межпланетными путешествиями. Открываются реальные перспективы колонизации Луны. Стоимость отправки грузов на Луну на ядерном буксире, по сравнению с традиционными ракетами, уменьшится в два раза. Станет возможен пилотируемый полет на Марс и полеты к астероидам. Транспортно-энергетический модуль дает 20-кратное увеличение экономической эффективности и 10-кратное увеличение электрической мощности на космическом корабле.
В ТЭМ будут широко применяться нанокомпозитные материалы, устойчивые к износу и нагрузкам. Это большой шаг в материаловедении, и возможно эти элементы найдут свое применение в земных сферах деятельности. На основе энергетической установки возможно создание компактных электростанций для Луны или труднодоступных земных районов.
За рубежом
За рубежом также ведутся работы по созданию компактного реактора для космических кораблей. В Европейском Союзе они пока находятся в начальной стадии. Страны ЕС только разрабатывают «дорожную карту» подобного проекта. Вполне вероятно работают над этой темой и в Китае.
В 1970-е гг. СССР и США вели параллельную разработку реакторов, и надо сказать СССР выбился в лидеры в этой отрасли. Однако, позднее два наших реактора были проданы в США, и в 2003 году их разработки начались с новой силой. Этот случай еще должен получить свою оценку, но тем не менее Россия по прежнему сохраняет свои позиции и наши компактные энергоустановки являются самыми передовыми на сегодняшний день.
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,
Конечно, 50 с лишним лет кружения вокруг Земли на одной орбите заставили забыть о цветущих на Марсе яблонях. Однако теперь мечта о полётах к Красной планете и далее приобретает реальные черты - по мере того как эти черты проявляются у уникального транспортно-энергетического модуля.
Новый двигатель - новые задачи
Начнём с проблемы, которая стала самым очевидным препятствием для космических полётов. Кратко её можно сформулировать так: ресурс двигателей на жидком или твёрдом топливе (а именно такие до сих пор используются в космических аппаратах) выработан практически полностью, как их ни усовершенствуй - никаких значительных изменений не последует, нынешние результаты - это всё, на что они способны.
Соответственно, для того чтобыосуществитьдерзкие мечты о дальних перелётах, нужны принципиально иные решения. Это понимали ещё отцы нашей космонавтики - идеей создания ядерного двигателя занимались академики Сергей Королёв, Игорь Курчатов и Мстислав Келдыш. В 1970-е СССР запустил три десятка спутников, оснащённых ядерными энергетическими установками малой мощности. Одновременно в Семипалатинске проводились испытания ядерного реактора большой мощности - ИВГ-1.
Специалисты говорят, что именно ядерные двигатели могут дать новый импульс развитию космонавтики. И вот было принято решение о реализации проекта создания транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса.
Ядерный реактор выделяет тепло, генератор преобразует его в электричество. Инертный газ ксенон ионизируется - положительно заряженные ионы ускоряются в электростатическом поле до заданной скорости, создают необходимую тягу. Таков принцип работы нового ТЭМ.
Главным конструктором реакторной установки стал Научно-исследовательский и
конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) им. Н. А. Доллежаля, входящий в госкорпорацию
"Росатом". Юрий
ДРАГУНОВ,
его
директор,
генеральный
конструктор,
член-
корреспондент
РАН,
заведующий
кафедрой
Э-7 "
Ядерные
реакторы
и
установки"
МГТУ
им.
Баумана,
говорит, что работы, несмотря на поставленные жёсткие сроки,
идут по графику. А это значит, что уже через 4 года такая установка должна быть создана.
Уникальные решения
- Юрий Григорьевич, ядерная энергодвигательная установка - это, очевидно, целый комплекс систем, которые должны работать слаженно...
Да, в состав входят энергоблокстурбомашинным преобразованием энергии на основе газодинамического цикла Брайтона и связка электрореактивных двигателей. Энергоблок представляет собой одноконтурную ядерную энергоустановку на основе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.
- В проекте должно использоваться достаточно много новых решений. Можете рассказать о них?
В проекте заложены принципиально новые параметры, используются принципиально новые решения.
Впервые в мире разработана технология создания монокристаллических длинномерных трубок из высокотемпературных сплавов. Знаете, когда я в первый раз увидел эту трубку во всю длину, испытал такое волнение! Я-то понимаю, чего стоило её изготовление...
Создана уникальная конструкция тепловыделяющего элемента, обеспечивающая работоспособность в условиях высоких температур, больших градиентов температур, высокодозного облучения. Конструкция настолько продумана, в ней так хорошо решены, к примеру, вопросы отвода продуктов деления, что есть уверенность в работоспособности изделия. Первые испытания, которые закончились ещё в 2012 г., подтвердили это.
Ну и, конечно, приходится много заниматься восстановлением технологий производства уникальных материалов для высокотемпературной энергетики. По всем нашим компонентам и комплектующим задачу ставим так: должны быть ТУ на их промышленную поставку. Для опытных образцов можно, конечно, обойтись и без них, однако мы думаем о перспективе.
Безопасность
- А в других странах подобные разработки ведутся?
В Европе начинают делать первые шаги в этом направлении: формируют "дорожную" карту, сообщество, определяют цели и задачи. Мы их значительно опережаем.
В США, я уверен, это направление развивают, потому что нет другойвозможности осваивать космическое пространство. Мы знаем, что там начинали такую работу. Правда, параметры у них были пониже наших. Но сейчас достаточной информации нет.
Юрий Григорьевич, у людей после крупных аварий на АЭС сложилось настороженное отношение ко всему, что связано с атомом. Насколько безопасным будет создаваемый модуль?
Хороший вопрос и, наверное, самый важный. Мы имитируем разные ситуации - с транспортированием нашей реакторной установки, различные аварийные ситуации, включая аварию на старте и падение с различных высот. Мало того что мы моделируем их математически - вместе с Саровским ядерным центром запланировано провести испытание на разгонном треке. Это разгон с большой скоростью, удар о бетонную стену, с тем чтобы сымитировать то, что наш реактор может испытать в процессе нештатных ситуаций.
Я считаю, что главное внимание должно быть обращено не на работу в номинальном режиме, а на работу именно в нештатных ситуациях. Давайте порассуждаем. Все наши проекты основываются на номинальном состоянии плюс запасы (100% мощности или 105%). А посмотрите, когда происходили серьёзные аварии. Три-Майл-Айленд - это практически был период остановки. Чернобыль - на низком уровне мощности. Фукусима - реакторы были заглушены. Поэтому основное внимание нужно уделять работе не на номинале, а в переходных и стояночных режимах, а также тех, которые связаны с нештатной ситуацией на ракете-носителе. Мы это прекрасно понимаем, и ведущие институты отрасли подключены к решению задачи безопасности транспортно-энергетического модуля.
Огонь и звёзды
- Над проектом работают конкретные люди. Кто они? Говорят, в науке катастрофически не хватает молодёжи...
Это не про нас. У нас много молодых. Вообще везде должно быть удачное сочетание людей, которые являются носителями критических знаний, опыта, и молодёжи. В этом плане у нас коллектив очень интересный. Большая часть окончила нашу кафедру - Э7 МГТУ им. Баумана.
За последние годы мы перестроили всю программу обучения, сориентировав её под наши реальные задачи. Оборудовали современный компьютерный класс, потому что на устаревшей технике невозможно выполнять современные работы. На кафедре преподают наши же специалисты. Сегодня студенты осваивают все ключевые компьютерные программы для расчётов, трёхмерное проектирование - и, когда после окончания учёбы приходят к нам, через полгода они уже полноценные специалисты. Такая вот обратная связь получается.
Идёт мощное развитие атомной отрасли, работа в ней стала престижной. И молодёжь с удовольствием идёт сюда.
Как этот большой разновозрастный коллектив относится к конечной цели проекта? Люди верят в то, что можно будет долететь до Марса?
Мы в институте уже записываемся на первое путешествие.
Хотите, и вас запишем?.. Хотя успех этого проекта открывает возможности не только для космических путешествий. Атомная энергетика в космосе позволяет решить много проблем. В том числе и выведение спутников, которые уже стали космическим мусором, и устранение астероидной и кометной опасности - такие установки позволят увести астероид на безопасную орбиту, пропустив его мимо Земли.
- Юрий Григорьевич, а вы часто смотрите в звёздное небо?
Люблю смотреть. Люблю две вещи: смотреть на костёр и в звёздное небо. И то и другое очень сильно впечатляет, завораживает, наводит на размышления...
Марина НАБАТНИКОВА
7:23 29/03/2018👁 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.
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.