Новости / Техника и вооружение / Новые разработки

14:01 / 27.06.16

Создание в России транспортного модуля с ядерным двигателем обойдется в 3,8 миллиарда рублей

Создание в России транспортного модуля с ядерным двигателем обойдется в 3,8 миллиарда рублей

На испытательном полигоне / Фото: ТАСС, Марина Лысцева

Стоимость проекта по созданию транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, предназначенной для полетов в дальний космос (Луна, Марс), составит 3,8 млрд рублей, следует из сообщения на сайте госзакупок.

Эти средства будут выделены из федерального бюджета. Из них в 2016 году предполагается потратить 1,7 млрд рублей, в 2017 году - 1,675 млрд рублей, в 2018 году - 432,5 млн рублей. Заказчиком проекта является госкорпорация "Роскосмос", исполнителем - Центр им. Келдыша. Контракт должен быть исполнен к ноябрю 2018 года.

Энергетическая установка с ядерным двигателем позволит космическому кораблю за полтора месяца долететь до Марса и при этом маневрировать, заявил глава госкорпорации "Росатом" Сергей Кириенко, выступая в Совете Федерации.

"Энергоустановка с ядерным двигателем позволяет достигнуть Марса за один-полтора месяца, обеспечивая возможность маневрирования и ускорения. На обычном двигателе полет на Марс составил бы около полутора лет без возможности вернуться назад", - отметил С. Кириенко.

Ранее сообщалось о планах "Росатома" изготовить к 2018 году опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для полетов в дальнем космосе.

Работы по созданию транспортного энергетического модуля на основе такой установки начались в 2010 году, в 2012-м был подготовлен технический проект. Ожидалось, что в 2015 году будет создана сама установка, а к концу 2018 года транспортно-энергетический модуль подготовят к летным испытаниям. Сообщалось, что на реализацию проекта потребуется 20 млрд рублей, в том числе 17 млрд из бюджета.

Ядерная энергетика в освоении космического пространства нашей страной используется не впервые. В период с 1970 по 1988 год в СССР был осуществлен запуск 32 космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой, а в период с 1960 по 1980 год разработан и прошел испытания на Семипалатинском полигоне ядерный ракетный двигатель, сообщает ТАСС.





Техническая справка


Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса вызвал нешуточные научно-технологические дискуссии в среде двух выликих кланов — атомного и космического. Но пока живы "проигравшие", подробности решено не выносить на публику. () ЯЭДУ содержит три главные устройства:

  1. реакторную установку с рабочим телом и вспомогательными устройствами (теплообменник-рекуператор и турбогенератор-компрессор)
  2. электроракетную двигательную установку
  3. холодильник-излучатель

Проблема радиационной безопасности решается теневой защитой — реактор закрывают только с одной стороны, с той, где расположено оборудование и полезный груз. Излучение может свободно распространяться во все остальные стороны, там нет ничего, кроме космической пустоты. Так можно существенно сэкономить на весе защиты.

Ядерный реактор

0-1.png

Рисунок 1. Компоновка ЯЭДУ / Изображение: www.kommersant.ru

Транспортно-энергетический модуль (характеристики)

Масса, кг         20290         
Габаритные размеры (рабочее положение), м
53,4-21х6-21х6
Электрическая мощность ЭБ, МВт  1,0
Удельный импульс ЭРД, км/с
не менее 70,0
Мощность ЭРД, МВт
не более 0,94
Суммарная тяга маршевых ЭРД, Н
не менее 18,0
Ресурс, лет  10
Средство выделения
РН «Ангара-А5»

Назначение

  • межорбитальная буксировка полезной нагрузки
  • передача на полезную нагрузку энергии (до 225 кВт)

Главным конструктором реакторной установки и координатором работ от Росатома является НИКИЭТ — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля.

С атомным реактором для космического применения нет принципиальных затруднений. В период с 1962 по 1993 год в нашей стране был накоплен богатый опыт производства аналогичных установок. Похожие работы велись и в США (смотри таблицу 1).

По состоянию на июль 2015 года в НИКИЭТ уже защищен технический проект активной зоны — ключевого элемента ядерного реактора. В конце года планируется защитить технический проект всей реакторной установки.

С физической точки зрения это компактный газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах.

Сейчас в двух центрах — Институте реакторных материалов в городе Заречном Свердловской области и Научно-исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде — проходят испытания тепловыделяющих элементов (твэлов). Они разработаны в Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского (Обнинск), а изготовлены в прошлом году на Машиностроительном заводе в Электростали (ОАО "ТВЭЛ").

Этому топливу придется работать при очень высоких температурах. В обычной ядерной топливной энергетике температуры на тысячу градусов ниже. Поэтому необходимо было выбрать такие материалы, которые смогут сдерживать негативные факторы, связанные с температурой, и в то же время позволят топливу выполнять его основную функцию — нагревать газовый теплоноситель, с помощью которого будет производиться электроэнергия.

В качестве топлива используется соединение (диоксид или карбонитрид) урана, но, поскольку конструкция должна быть очень компактной, уран имеет более высокое обогащение по изотопу 235, чем в твэлах на обычных (гражданских) атомных станциях, возможно, выше 20%. А оболочка их — монокристаллический сплав тугоплавких металлов на основе молибдена (разработка НПО "Луч" в Подольске).

Уникальность проекта в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси. В установке обеспечивается высокий коэффициент полезного действия. Схема дана на рисунке 2.

Холодильник

0-2.png

Рисунок 2. Компоновка ядерной установки. 3D-модель РУ с карбонитридным топливом / Изображение: www.kommersant.ru

Охлаждение газа в процессе работы ядерной установки совершенно необходимо. Как же сбрасывать тепло в открытом космосе? 

На Земле для охлаждения электростанций используется либо вода, либо гигантские градирни. В космосе эти способы не доступны. Единственная возможность — охлаждение излучением. Нагретая поверхность в пустоте охлаждается, излучая электромагнитные волны в широком диапазоне, в том числе видимый свет. () Общая схема холодильника представлена на рисунказ 3 и 4.

По состоянию на лето 2015 г. промежуточные результаты такие:

  • для экспериментального подтверждения принципа работы капельного холодильника-излучателя был проведен первый этап космического эксперимента "Капля-2" на российском сегменте Международной космической станции
  • для теплообменных аппаратов выбрана, экспериментально обоснована и изготовлена моноблочная бескорпусная конструкция с использованием теплообменной матрицы из унифицированных штампованных пластин

0-3.png

Рисунок 3. Параметры холодильника ЯЭДУ / Изображение: www.kommersant.ru

Вариант компоновки ЯЭДУ в составе многоразового межорбитального буксира:

  • с панельным холодильником-излучателем
  • с капельным холодильником излучателем

0-4.png

Рисунок 4. / Изображение: www.kommersant.ru

Варианты размещения ЯЭДУ под обтекателем в транспортном положении:

  • с панельным холодильником-излучателем
  • с капельным холодильником излучателем


Двигатель

В 2010 году были сформулированы технические предложения по проекту. С этого года началось проектирование.

Известно, что с начала 1960-х годов в мире было разработано несколько типов электрореактивных двигателей: ионный, стационарный плазменный, двигатель с анодным слоем, импульсный плазменный двигатель, магнитоплазменный, магнитоплазмодинамический.

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша (ранее РНИИ, НИИ-1, НИИТП) разработал и изготовил опытный образец ионного двигателя высокой мощности ИД-500. Его параметры такие: мощность 32-35 кВт, тяга 375-750 мН, удельный импульс 70000м/с, коэффициент полезного действия 0,75.

На данном этапе опытный образец ИД-500 имеет электроды ионно-оптической системы, выполненные из титана с диаметром перфорированной отверстиями зоны 500 мм, катод газоразрядной камеры, который обеспечивает ток разряда в диапазоне 20-70 А и катод-нейтрализатор, способный обеспечить нейтрализацию ионного пучка в диапазоне токов 2-9 А. На следующем этапе разработки двигатель будет оснащен электродами из углерод-углеродного композиционного материала и катодом с графитовым поджигным электродом.

Принцип действия ионного двигателя следующий. В газоразрядной камере с помощью анодов и катодного блока, расположенных в магнитном поле, создается разреженная плазма. Из нее эмиссионным электродом "вытягиваются" ионы рабочего тела (ксенона или другого вещества) и ускоряются в промежутке между ним и ускоряющим электродом.

По планам, к концу 2017 года будет осуществлена подготовка ядерной энергодвигательной установки для комплектации транспортно-энергетического модуля (перелетного межпланетного модуля). К концу 2018 года ЯЭДУ будет подготовлена к летно-конструкторским испытаниям. Финансирование проекта осуществляется за счет средств федерального бюджета. Смета на период 2010-2018 гг. составляет 7245 млн руб.

Тайный проект

Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса вызвал нешуточные научно-технологические дискуссии в среде двух выликих кланов — атомного и космического. Но пока живы "проигравшие", подробности решено не выносить на публику.

Табллица 1. Сравнительные показатели результатов, полученных по программам разработок ядерных реактивных двигателей в СССР и в США в 1959-1989 гг.


Показатель     СССР     США   
Период активных действий по
тематике
1961-19891959-1972
Затраченные средства, млрд долларов~0,3~2,0
Количество изготовленных
реакторных установок
520
Принципы отработки и созданияпоэлементныйинтегральный
Топливная композицияТвердыйраствор UC-ZrC, UC-ZrC-NbCUC2 в графитовой матрице
Теплонапряженность активной
зоны, средняя/максимальная,
МВт/л
15/332,3/5,1
Максимально достигнутая
температура рабочего тела, К
31002550
Удельный импульс тяги, с~940~850
Ресурс работы на максимальной
температуре рабочего тела, с
40002400

(При написании справки использовались материалы статьи , кандидата химических наук Владимира Тесленко)



МОСКВА, ОРУЖИЕ РОССИИ, Станислав Закарян
www.arms-expo.ru
12     





Теги: Стоимость проекта, ТЭМ, основа ЯЭДУ, мегаваттный класс, предназначение, полеты, дальний космос, Луна, Марс, 3, 8 миллиарда рублей, сообщение, сайт госзакупок