Avtoargon.ru

АвтоАргон
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реализованные проекты

Реализованные проекты

из Очерка истории ГНЦ РФ–ФЭИ (1946–2006 гг.)
А.П. Сорокин, Л.И. Кудинова, Ю.В. Фролов

В 1990-е годы американцы были поражены, когда выяснилось, что единственные в мире ядерные энергетические установки, выведенные в космос, созданы не в Курчатовском институте (где их разработки не были доведены до летных испытаний), а в Обнинске, в Физико-энергетическом институте. В США работали над решением тех же задач и знали, что это – установки наивысшей сложности, так как они объединяют в себе две самые технически сложные отрасли: космическую и реакторную.

Ядерные ракетные двигатели (ЯРД)

Работы по созданию ядерных реакторов для летательных аппаратов были начаты в Лаборатории «В» в начале 1950-х годов. Первыми такими установками стали ядерные ракетные двигатели (ЯРД) с большой силой тяги, использующие водород в качестве рабочего тела.

Инициаторами работ по ракетным двигателям были молодые и талантливые ученые И.И. Бондаренко и В.Я. Пупко. Подчеркнем, что эти двое, вчерашние выпускники МГУ, всего пару лет назад появившиеся в Лаборатории «В», стали заниматься разработкой своей идеи по своей же собственной инициативе, на первых порах – в свое свободное время, т. е. по вечерам и по ночам, невзирая на крайнюю загруженность основной работой. Вот так и было положено начало работам «по космосу» в институте. Они же выполнили первые оценочные характеристики ЯРД для баллистических ядерных ракет. Расчеты были проведены для водородного теплоносителя и других, более тяжелых рабочих тел (аммиак, спирт и др.). Эти оценки были в дальнейшем систематизированы в отчете «Баллистическая атомная ракета», выпущенном в 1954 г.

Руководство ФЭИ (вначале работы по ЯРД возглавлял Д.И. Блохинцев, а после его ухода – А.И. Лейпунский) подхватило идею и организовало обсуждение проекта ЯРД на самом высоком уровне; в нем участвовали А.П. Завенягин, С.П. Королев, В.П. Глушко, М.В. Келдыш, А.М. Люлька.

Предложенный ядерный ракетный двигатель мог создавать тягу на Земле около 200 тонн, при этом реактор использовался двухзонный, гомогенный. Выходная температура рабочего тела – водорода – перед соплом должна была составлять порядка 3000 К. Главное возражение ракетчиков вызвало использование водорода, который в жидком состоянии обладает аномально низкой плотностью и поэтому требует применения больших баков. К тому же водород в баках надо поддерживать в криогенном состоянии, что непросто. В ФЭИ были сделаны достаточно убедительные оценки веса и размеров баков и всей ракеты в целом и показана большая перспективность водорода в качестве рабочего тела ракет. ФЭИ настаивал на выборе именно этого рабочего тела для ЯРД, где это особенно перспективно, поскольку атомы водорода не смешиваются с более тяжелыми атомами кислорода в камере сгорания, как это требуется для обычных ракет. Тем не менее по настойчивому требованию ракетчиков были организованы совместные проработки ЯРД и баллистических ракет с традиционными рабочими телами (аммиак, гидразин, спирт и др.). В результате эти исследования лишь подтвердили правильность выбора водорода в качестве рабочего тела ЯРД.

Период разработки и испытаний – 1961–1984 гг.

  • Тепловая мощность – 42 МВт
  • Удельный импульс – 870 с
  • Расход водорода – 2 кг/с
  • Температура водорода на выходе – 2600 К

В 1956–1965 гг. в ФЭИ совместно с ОКБ-456 (В.П. Глушко) и НИИ-1 (М.В. Келдыш) были рассмотрены варианты двигательных и испытательных реакторов с различными замедлителями и выработаны оптимальные способы и пути решения проблемы разработки ЯРД. Позднее, стремясь к применению минимальной по масштабу ракеты небольшой тяги, ученые ФЭИ начали проработки малогабаритных гетерогенных реакторов с гидридом циркония в качестве замедлителя и бериллиевым отражателем, в которых каналы с твэлами отделялись от замедлителя мощной волокнистой термоизоляцией из графита. Именно такого типа реакторы на тягу 3,6 тонны (ИР-100, или более позднее название ИРГИТ) в конце 1970-х – начале 1980-х годов прошли огневые испытания на стендовой базе «Байкал» около г. Семипалатинска. Эти испытания показали весьма обнадеживающие результаты.

Другим направлением разработок ядерных двигателей для летательных аппаратов в ФЭИ явились начатые в 1954 г. исследования по возможности создания авиационных ядерных силовых установок (АЯСУ) с жидкометаллическим теплоносителем (натрий, литий) в реакторном контуре. То есть речь уже шла об установке реакторов на самолетах. Первые расчеты такой установки были представлены в 1954 г. и направлены разработчикам авиационной техники. В дальнейшем были проведены различные проработки авиационных установок для экспериментального самолета ТУ-119 (на базе стратегического бомбардировщика ТУ-95), противолодочного самолета АН-22 и других, создан ряд предэскизных проектов. Однако, когда в ОКБ А.Н. Туполева была проведена проработка проекта самолета ТУ-95 с такой установкой, затраты на его создание были оценены в размере 1 миллиарда рублей, поэтому из-за высокой стоимости в финансировании работ было отказано.

Бортовые космические ЯЭУ

Еще более важным направлением работ стало создание бортовых космических ЯЭУ. Исследования по этой проблеме в ФЭИ начались в 1956 г., когда стало известно, что в ОКБ-1 (С.П. Королев) разрабатывается ракета-носитель Р-7, способная вывести на орбиту искусственного спутника Земли относительно большой груз. У сотрудников ФЭИ во главе с И.И. Бондаренко возникла идея о возможности запуска в космос спутника, имеющего на борту ЯЭУ. Идея была поддержана А.И. Лейпунским. С.П. Королев также поддержал это предложение и включил пункт о разработке космической ЯЭУ в Постановление ЦК КПСС и СМ СССР по созданию мощной ракеты-носителя, предназначенной, в частности, для полета на Луну. ФЭИ был назначен научным руководителем работ. После проработок ЯЭУ с машинным преобразованием энергии (ртутный и калиевый пар, газотурбинная схема) и других вариантов предпочтение было отдано схеме прямого преобразования с полупроводниковыми элементами.

Космическая термоэлектрическая установка ЯЭУ БУК

Космическая термоэлектрическая установка получила наименование ЯЭУ БУК. Для нее был разработан малогабаритный ядерный реактор на быстрых нейтронах с находящимся вне реактора термоэлектрическим генератором на полупроводниках. Активная зона реактора заключена в тонкий шестигранный корпус, в котором устанавливались в плотной упаковке 37 твэлов. Каждый содержал блочки из уран-молибденового сплава и торцевые бериллиевые отражатели. За корпусом размещался бериллиевый отражатель, в котором параллельно перемещались бериллиевые стержни – органы регулирования. Отражатель был выполнен в виде отдельных деталей, стянутых тремя стальными лентами; при аварийном вхождении в атмосферу из космоса эти ленты перегорают и отражатель разваливается. Физика реактора отрабатывалась в ФЭИ на специально созданном критическом стенде, а твэлы испытывались на ресурс в ампульном канале реактора Первой АЭС.

Первые летные испытания состоялись 3 октября 1970 г. на космическом аппарате «Космос-367». Всего было выполнено 33 запуска ЯЭУ БУК в космос на околоземные орбиты в составе космических аппаратов боевой системы военно-морской космической разведки. Каждая установка проработала разное время на орбитах на высоте 280-240 километров (апогей-перигей) и выработала полезную электрическую мощность 2,3-2,5 кВт. Максимальный наработанный ресурс у одной установки составил 135 суток. Последний космический аппарат с ЯЭУ БУК («Космос-1933») был запущен на орбиту искусственного спутника 15 марта 1988 г., после чего запуски прекращены.

Читать еще:  Что то щелкает после выключения двигателя
Термоэмиссионный реактор-преобразователь на промежуточных нейтронах ТОПАЗ

Параллельно в институте были проведены широкие исследования по созданию реактора-преобразователя с более перспективным – термоэмиссионным – принципом прямого преобразования энергии. Термоэмиссионное преобразование по сравнению с термоэлектрическим позволяет увеличить КПД, повысить ресурс и улучшить массогабаритные характеристики энергоустановки и космического аппарата в целом. В результате в ФЭИ был создан первый в мире термоэмиссионный реактор-преобразователь на промежуточных нейтронах ТОПАЗ.

Разработка термоэмиссионных ядерных установок началась в 1958 г., когда стало известно о готовящихся в Лос-Аламосской национальной лаборатории США реакторных экспериментах с одноэлементными образцами электрогенерирующих элементов. У истоков развития проблемы термоэмиссии в СССР также стояли И.И. Бондаренко и В.Я. Пупко, сумевшие заинтересовать этой задачей группу энтузиастов в ФЭИ и за его пределами (ПО «Красная Звезда», «Энергия» и др.). Большой вклад в становление этого направления, в создание термоэмиссионной ЯЭУ ТОПАЗ, научно-исследовательской и испытательной базы для нее внес А.И. Лейпунский.

Для ресурсных испытаний электрогенерирующих каналов в 1962 г. в реакторе Первой АЭС была создана и стала эксплуатироваться «петля прямого преобразования». Для проведения наземных энергетических испытаний термоэмиссионных ЯЭУ в ФЭИ был сооружен уникальный испытательный стенд, оснащенный всеми системами для испытаний полноразмерных установок (вакуумная камера, отделение дистанционной резки, стапель сборки реактора и стапель общей сборки ЯЭУ в целом и др.).

Первый летный образец ЯЭУ ТОПАЗ был запущен в космос в качестве бортового источника электропитания на спутнике «Космос-1818» 2 февраля 1987 г. Ядерная энергоустановка проработала в космосе около полугода, до исчерпания имеющегося на борту запаса цезия. Второй образец ТОПАЗ (на «Космосе-1876») был запущен 10 июля 1987 г. на безопасную орбиту 813/797 км. Он проработал на этой орбите около года, также до исчерпания запаса цезия. Эти летные испытания, ставшие первыми (и единственными) в мире испытаниями ЯЭУ термоэмиссионного типа, были весьма высоко оценены мировой общественностью.

Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования физики реакторов-преобразователей и защиты космических ЯЭУ проводились в отделении В.Я. Пупко. Конструкторско-технологические и материаловедческие разработки термоэмиссионных электрогенерирующих каналов и их изготовление проведены в отделении В.А. Малыха, а работы по теплофизике и жидкометаллическому теплоносителю – в отделении В.И. Субботина. Большой вклад в создание космических ЯЭУ внесли А.А. Абагян, П.М. Бологов, А.А. Визгалов, И.М. Гусаков, А.И. Ельцов, И.П. Засорин, А.В. Зродников, В.И. Ионкин, И.В. Истомин, В.А. Линник, Ф.П. Раскач, Э.А. Стумбур, А.П. Трифонов, Ю.С. Юрьев и многие другие.

Ионный двигатель

Когда мы смотрим на зрелищные пуски космических кораблей, у многих невольно возникает вопрос — почему двигатели в них до сих пор работают на химическом топливе? Неужели взрывать кучу водорода или керосина — это лучшее, что мы можем сделать?

Преимущества и недостатки обычных двигателей

Принцип работы ракет кажутся очень примитивными — берем тонны жидкого или твердого топлива, поджигаем его с помощью окислителя, а затем используем энергию вырывающихся газов, чтобы получить ускорение.

Несмотря на примитивность, такой тип двигателей вполне подходит для своих задач — струя газа дает ракете достаточное ускорение, чтобы преодолеть земное притяжение и выйти в космос. Кроме того, такому двигателю не нужны атмосфера — окислитель ракета несет на своем борту.

Преимущество химического двигателя заключается в том, что он вырабатывает огромное количество энергии за короткое время — как раз то, что нужно, чтобы поднять большое количество груза в космос. Однако критический недостаток этих двигателей заключается в том, что они невероятно неэффективны.

К примеру, ракета-носитель тяжелого класса «Ангара-А5», при стартовой массе 780 тонн, выводит на низкую опорную орбиту 24 тонны полезного груза или на геостационарную около 4 тонн. К тому времени как ракета выходит на заданную орбиту, все топливо в двигателях заканчивается. Конечно, ни о каких маневрах или ускорениях в течение недель или даже месяцев, речи идти не может.

Вполне предсказуемо, что перечисленные недостатки химических ракет, подтолкнули ученых к поиску других принципов работы двигателей, особенно для аппаратов, уже выведенных в открытый космос. И одним из самых удачных вариантов сегодня, является ионный двигатель.

Одна из важнейших характеристик эффективности космического двигателя — скорость выброса вещества. Самая эффективная химическая ракета может выбрасывать горячие газы из сопла со скоростью 5 км/с. Ионные двигатели, могут выбрасывать отдельные атомы со скоростью 90 км/с — такая скорость выброса дает космическому аппарату гораздо более эффективное ускорение.

Лучшие химические ракеты имеют КПД около 35%, в то время как ионные двигатели имеют коэффициент полезного действия 90%.

Принцип работы ионного двигателя

Глядя на то, как работает ионный двигатель, невольно вспоминаешь научную фантастику. Вместо горячих газов ионные ускорители выбрасывают ионы — заряженные частицы вещества, образованные из атомов или молекул, когда те приобретают или теряют один, или несколько электронов.

В случае с ионным двигателем они испускают положительно заряженные ионы, которые потеряли свой электрон. С помощью магнитного поля, двигатель ускоряет их до невероятных скоростей и выбрасывает из сопла, передавая ускорение космическому аппарату.

Откуда берутся ионы

Двигатели создают их, генерируя плазму внутри аппарата. Нейтральные атомы газа, например, ксенона, бомбардируются электронами. Эти столкновения высвобождают еще больше электронов, превращая их в положительно заряженные ионы. Эта плазменная смесь из электронов и положительно заряженных ионов имеет общий нейтральный заряд.

При этом электроны удерживаются в камере, что приводит к еще большей ионизации, в то время как положительные ионы откачиваются через специальную сетку. Когда они проходят через эту сетку, высокое напряжение ускоряет их до 90 км/с. Каждый вылетевший из сопла ион придает крошечное ускорение аппарату.

Вся система работает от солнечных батарей, поэтому нет необходимости в дополнительной системе питания или аккумуляторах, что значительно увеличивает полезную нагрузку аппарата.

Большая проблема заключается в том, что ускорение от ионов действительно крошечное. Тяга ионных двигателей измеряется в миллиньютонах, то есть в тысячных долях ньютона. Это можно сравнить с удержанием листка бумаги в руке — вот какие силы задействованы.

Однако эти двигатели могут непрерывно работать в течение нескольких дней, недель и даже месяцев, ускоряясь и постепенно набирая скорость. У химических ракет, для сравнения, топливо закончилось бы за несколько минут. Поэтому если космический аппарат уже выведен из гравитационного поля планеты, ионный двигатель становится весьма эффективным.

Некоторые космические агентства уже использовали ионные двигатели в своих миссиях в космосе. И хотя разработки велись на протяжении десятилетий, применить их долгое время не решались из-за большого риска.

Где использовались

1 миссия стартовала в 1998 году. НАСА запустило космический аппарат «Deep Space 1», на борту которого испытывалось 12 новых экспериментальных технологий. Например, электроника с низким энергопотреблением, солнечные концентраторы, различные научные приборы и солнечная электрическая двигательная установка. Ионные двигатели аппарата работали в течение огромного количества времени позволив получить информацию о нескольких астероидах, кометах и даже долететь до Марса.

После успеха миссии, НАСА предоставило новый аппарат «Dawn» с тремя дополнительными ионными двигателями. Это позволило космическому аппарату выйти на орбиту астероида Веста, произвести наблюдения, свернуть с орбиты и отправится к карликовой планете Церера. При этом топлива в баке аппарата хватит, чтобы посетить еще несколько космических объектов.

Чтобы лучше понять силу ионных двигателей, представьте, что разгон аппарата «Dawn» от 0 до 100 км/ч. занимает примерно 96 часов непрерывной работы. Не самый быстрый современный автомобиль легко наберет эту скорость за 10 секунд.

Ионные двигатели использовались для переноса космического аппарата Европейского Космического Агентства «Smart 1» с околоземной орбиты на лунную, а также на японском космическом аппарате «Хаябуса». Этот тип двигателей испытывался на Земле, и успешно выдержал более 5 лет непрерывной работы.

Читать еще:  Что означает двигатель пошел в разнос

Поиск решения

Как уже упоминалось, основная проблема ионных двигателей заключается в очень малой тяге, однако у ученых уже есть некоторые идеи для ее увеличения.

Первая — значительно увеличить количество электричества и силу магнитного поля, используемого для ускорения ионов. Для этого, вместо солнечных панелей, НАСА рассматривало возможность создания ионного двигателя, работающего на ядерном реакторе. Агентство планировало миссию по изучению ледяных спутников Юпитера. Новый ионный двигатель «NEXIS», работающий на ядерном реакторе, должен был доставить аппарат по очереди: к Ганимеду, Каллисто и, затем, к Европе.

Ионный двигатель «NEXIS»

Космический аппарат планировалось вывести на орбиту Земли по частям, произвести сборку, после чего запустить к Юпитеру с помощью 8 ионных двигателей. Полет до точки назначения длился бы от 5 до 8 лет. На изучение Каллисто, а затем Ганимеда отводилось 6 месяцев, затем аппарат должен был выйти на орбиту Европы и через 30 дней покинуть место назначения. При удачном течении экспедиции, аппарат мог бы посетить еще орбиту Ио — еще одного спутника Юпитера. Миссия была отменена в 2005 году.

Альтернативные решения

Есть и другие способы увеличения мощности ионных двигателей. НАСА, например, тестирует версию ионных двигателей с высокой тягой, известную как двигатель на эффекте Холла «X3». Этот двигатель способен развивать 5,4 ньютона силы. Это все еще очень мало, но несравнимо больше чем у предыдущих двигателей, развивающих мощность в тысячные доли ньютонов.

Одна из перспективных идей для ионных ускорителей разрабатывается в Европейском Космическом Агентстве. Это прямоточный ионный двигатель, для которого не требуются топливные баки — на низких орбитах, он втягивает молекулы воздуха прямо из атмосферы, ионизирует их и выбрасывает из сопла, создавая тягу. Поскольку электроника будет работать на солнечной энергии, а топливо для двигателей будет забираться прямо из атмосферы, он сможет работать без дозаправки в течение неограниченного количества времени. Такую технологию можно применять не только на орбите Земли — ее можно использовать везде, где есть атмосфера: на Марсе, Венере или Титане.

Российские двигатели

В СССР работы по ионным двигателям велись еще с начала 80-х годов. Сегодня в космических аппаратах для коррекции орбиты спутников используются стационарные плазменные двигатели (СПД) производства ОКБ «Факел». Разработкой ионных двигателей также занимается Конструкторское бюро химавтоматики совместно с Московским авиационным институтом.

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») рассчитывает провести летные испытания новых ионных двигателей в 2025-2030 годах. Такие двигатели малой мощности будут использоваться в низкоорбитальных малых космических аппаратах, высокой — в тяжелых транспортных системах. Стандартный срок активного существования современной двигательной установки, как и аппарата в целом, — 15 лет.

Ионные двигатели уже внесли свой вклад в освоение космоса, и в ближайшие годы мы увидим еще больше миссий, оснащенных ими. Они могли бы стать первым шагов в освоении Марса в ближайшие десятилетия.

Проекты использования ядерных двигателей для межзвездных аппаратов обретают реальность

Эскизные проработки американского «взрыволета» «Орион».

До недавних пор не было создано двигателей для космических аппаратов и самих ракет-носителей, которые донесли бы человека до ближайших звезд не за десятки тысяч лет, а хотя бы в течение его жизни. В канун 2021 года исполнительный директор Роскосмоса Александр Блошенко сообщил о проработке госкорпорацией проекта многоразового космического буксира с ядерной энергетической установкой «Нуклон». По его словам, аппарат будет способен за одну миссию совершить полет от Венеры до Юпитера, а уже первый запуск зонда станет полноценной научной миссией.

Как сообщал первый замглавы Роскосмоса Юрий Урличич, опытные образцы ядерной энергоустановки должны быть готовы в 2025 году. Первый полет «ядерного буксира» планируется на 2030-е годы. Проект космического корабля с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса разработан Государственным научным центром ФГУП «Центр Келдыша».

Еще Сергей Павлович Королев мечтал о мощной силовой атомной установке для ракет. Не дремали и ученые на Западе, в частности в США. В 1950–1960 годах был разработан проект «Орион» – пилотируемый реактивно-импульсный космический корабль («взрыволет»).

Впервые идею «Ориона» предложили известные физики Станислав Улам и Корнелиус Эверетт в Лос-Аламосе в 1955 году. Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма толкала корабль. По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Несколько моделей было разрушено, но один 100-метровый полет в ноябре 1959-го был успешен и показал, что импульсный полет мог быть устойчивым.

Первоначально «Орион» предполагалось запускать с Земли, с атомного полигона Джекесс-Флетс, расположенного в Неваде. Аппарат должен был иметь форму пули. Корабль устанавливался на восьми стартовых башнях высотой 75 м для того, чтобы уберечь персонал от возможного взрыва ядерного устройства у поверхности Земли. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт (для сравнения: мощность бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки, была равной 20 кт). После выхода из атмосферы каждые 10 секунд должна была взрываться одна 20-килотонная бомба. Проект «Орион» закрыли в 1965 году.

Дальнейшим развитием идей, заложенных в основу «Ориона», можно считать межзвездный зонд «Дедал». Это был один из первых детальных технических проектов по созданию возможного непилотируемого межзвездного космического аппарата. Он проводился с 1973 по 1977 год группой из 11 ученых и инженеров Британского межпланетного общества. Проект предусматривал строительство на орбите Юпитера мощного двухступенчатого беспилотного корабля с термоядерными двигателями.

Самолет-лаборатория NB-36H для испытания
атомных реакторов в полете.

По расчетам, «Дедал» должен был за 50 лет долететь до звезды Барнарда (одна из ближайших к нам звезд), пройти мимо нее по пролетной траектории, собрать сведения о звезде и планетах и затем по радиоканалу передать результаты исследований на Землю.

В СССР мечты С.П. Королева о ядерном ракетном двигателе (ЯРД) начали осуществляться за два года до запуска первого человека в космос. Именно тогда произошла встреча «трех К»: Курчатова Игоря, «отца» нашей атомной бомбы, Келдыша Мстислава, главного теоретика космонавтики и математика, и Королева Сергея, главного конструктора ракет. Именно на этой встрече и было принято решение о создании атомного ракетного двигателя. И он был создан в короткое время.

Читать еще:  Что обеспечивает работу двигателя автомобиля

Испытания реактора проводили в 1978–1981 годах на атомном полигоне в Семипалатинске, а самого двигателя – на стенде в Подмосковье, в Загорске. Всего было проведено более 250 испытаний. В результате был создан работоспособный двигатель. Но наступила перестройка, и проект отложили до лучших времен.

Мощный импульс для создания ЯРД получили ученые в наши дни. Когда Дмитрий Медведев еще был президентом России, он заявил, что «космос является одним из приоритетов России». Также он отметил, что необходимо «продолжить работу над новым проектом Исследовательского центра имени М.В. Келдыша по созданию космического транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки».

Схема российского
транспортно-энергетического модуля (ТЭМ)
с газоохлаждаемым атомным ректором.
Фото из архива автора

Тогдашний генеральный директор этого центра академик Анатолий Коротеев подтвердил информацию о том, что «эскизный проект космического корабля с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса будет в ближайшее время создан на основе ядерной энергодвигательной установки». В транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) войдет газоохлаждаемый атомный реактор с турбомашинным преобразованием тепловой энергии в электрическую и высокоэффективные электроракетные двигатели. ТЭМ обеспечит длительные экспедиции в дальний космос, рост экономичности транспортных операций в 20 раз, рост доступной электрической мощности в космосе более чем в 10 раз, эффективную межорбитальную транспортировку.

Также ТЭМ сможет осуществить эффективную реализацию экспедиций на другие небесные тела, например Луну или Марс, промышленное производство в космосе, создание эффективных систем очистки космоса от мусора, борьбу с астероидной опасностью. Как заявил нынешний генеральный директор Центра Келдыша, доктор технических наук Владимир Кошлаков, источник энергии такой установки – ядерный реактор, который нагревает рабочее тело. Оно поступает на турбину, на одном валу с которой находится электрогенератор.

Тяга электроплазменного двигателя – это движущая сила космического аппарата. В качестве теплоносителя используется гелий-ксеноновая смесь. Ее основное преимущество – химическая нейтральность по отношению к материалам. Ведь аппарат должен длительное время работать при запредельно высоких и низких температурах. Теплофизические характеристики этого теплоносителя позволяют создавать оптимально эффективный контур, снизить массу и габариты реактора, теплообменных агрегатов. И уже есть практические результаты.

В конце прошлого года в России завершились наземные испытания системы охлаждения космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса. «Работы выполнены в полном объеме. Результаты соответствуют требованиям технического задания», – отмечается в акте приемки работ. Летный образец космического аппарата с ЯЭДУ в России планируется создать уже к 2025 году.

Ядерный «Нуклон» для космического «Зевса» проходит испытания

Касаясь этого перспективного проекта, глава «Роскосмоса» заявил, что разрабатываемый в России ядерный буксир «Зевс» займется поиском жизни во Вселенной. На первом этапе планируются миссии на Марс и Венеру. «А в будущем, после создания термоядерных возможностей, при движении за пределы Солнечной системы станет важнейшей задачей обнаружить и понять: одни ли мы в космосе, или есть иная жизнь», — цитирует РИА Новости сказанное Дмитрием Рогозиным.

Тема ядерной энергетики для освоения космического пространства была обсуждаемой и на совещании с участием президента России, которое прошло в Самаре 12 апреля 2021 года — в знаковый день 60-летия первого полета в космос. Тогда главе государства доложили, что некоторые элементы ядерного буксира уже существуют «в железе».

Напомним: в 2010 году правительство России выделило первые 500 миллионов рублей на создание «космического корабля с атомным реактором». А точнее — с ядерной энерго-двигательной установкой мегаваттной мощности. Такой, чтобы могла служить тяговым (или разгонным) двигателем в полете и быть при необходимости источником энергии для орбитальной станции или посадочного модуля.

К решению этой задачи официально подключились государственная корпорация «Росатом» и Федеральное космическое агентство (ныне — ГК «Роскосмос»). Как считали тогда и считают сегодня, такие двигатели, особым образом сконструированные для работы в условиях невесомости, неизбежно потребуются для длительных космических миссий — межпланетных полетов, долговременных станций на земной и лунной орбитах, а в перспективе — для стационарных баз на Луне и других объектах Солнечной системы…

Сама по себе идея использовать ядерные двигатели на космических аппаратах родилась не на пустом месте и уходит корнями в начало 60-х. Уже тогда академики Мстислав Келдыш, Сергей Королев и Игорь Курчатов — первые лица советской космической программы и советского Атомного проекта — выдвигали подобные задачи. Аналогичные разработки с прицелом на создание новых вооружений велись и в США.

Советский Союз вывел с 1970 по 1988 годы на различные орбиты 32 космических аппарата с термоэлектрической ядерной энергоустановкой (принцип ее работы основан на превращении энергии распада атома в электрическую энергию). Те 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 80-х была заключена договоренность не запускать больше спутники с такими энергоустановками. Но сейчас, в связи с активной подготовкой международных экспедиций к Луне и Марсу, прежние запреты могут быть пересмотрены.

Именно с таким расчетом за создание общей концепции ТЭМ взялись специалисты Центра имени Келдыша («Роскосмос»), а ядерную установку для него стали проектировать в московском НИКИЭТ («Росатом») с участием подмосковного НПО «Луч», где занялись разработкой особых видов ядерного топлива. Весь проект, рассчитанный на 9 лет, предусматривал финансирование в объеме 17 миллиардов рублей. К 2012 году обещали эскизный проект, а дальше — техническое проектирование и моделирование всей системы на суперкомпьютерах. Отработка ядерного реактора как двигательной установки для ТЭМ — 2015 год.

Время от времени в печати проскальзывали отрывочные сведения о состоянии работ, а потом под предлогом режима секретности и они перестали появляться. Вновь об этой теме заговорили на уровне первых лиц «Роскосмоса» и «Росатома» летом-осенью 2020 года. И тогда же стало известно, что к проекту активным образом подключилось конструкторское бюро «Арсенал», расположенное в Петербурге и располагающее своей производственной базой.

В декабре 2020 года с «Арсеналом» заключён контракт на участие в проекте «Зевс-Нуклон». По сведениям из открытых источников, контракт оценен в 4, 2 миллиарда рублей и предусматривает создание аванпроекта, в котором должны быть учтены-интегрированы все наиболее значимые наработки, полученные в организациях «Росатома» и «Роскосмосе» в рамках общего проекта. Оговорено, что указанные в контракте работы предстоит завершить к июлю 2024 года.

Досье «РГ»

Конструкторского бюро «Арсенал» известно пилотными разработками в области космической техники с конца 60-х годов прошлого века. Именно здесь созданы космические аппараты радиолокационной разведки «УС-А» с ядерной энергоустановкой. Их летно-конструкторские испытания начались в 1973 году, а в 1975-м они приняты в эксплуатацию. Эта и другие успешно выполненные работы дали основание закрепить за КБ «Арсенал» статус головного предприятия по созданию космических комплексов наблюдения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector