Ядерная энергетическая установка роскосмос

Россия потратит более ₽4 млрд на разработку космического ядерного буксира

«Роскосмос» потратит 4,2 млрд руб. на разработку космического буксира с ядерным двигателем. Об этом сообщает «РИА Новости» со ссылкой на документы госкорпорации на сайте госзакупок.

Речь идет об аванпроекте по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем на основе ядерной энергетической установки в рамках опытно-конструкторской работы «Нуклон». Ядерный буксир предполагается использовать для полетов к другим планетам Солнечной системы.

Сейчас на предприятиях «Роскосмоса» идет создание транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной силовой установки мегаваттного класса. В августе прошлого года госкорпорация сообщала, что разработала конструкторскую документацию и провела испытания составных частей макета ТЭМ.

Годом ранее прошли наземные испытания системы охлаждения ядерной энергодвигательной установки. После этого научный руководитель Исследовательского центра имени Келдыша Анатолий Коротеев сообщал, что специалисты готовятся к испытаниям в открытом космосе.

В июле 2020 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин рассказал, что для полетов к другим планетам Солнечной системы России необходимо создать ионные двигатели.

Он отметил, что подобные проекты очень сложны, но реализовать их придется. Говоря о сроках создания ядерных энергоустановок для космических кораблей, Рогозин сообщил, что речь идет о «весьма далеком будущем».

В августе 2019 года президент США Дональд Трамп подписал меморандум о разработке космических ядерных систем, которые расширят возможности по исследованию космического пространства.

Источник



«Революционная разработка»: в чём уникальность российской космической ядерной установки

В России испытана система охлаждения ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) — одного из ключевых элементов космического аппарата будущего, на котором можно будет совершать межпланетные полёты. В частности, были протестированы экспериментальные образцы генератора капель, элементов заборного устройства и модели холодильника-излучателя. Появление эффективной системы охлаждения снимает практически все препятствия для создания ЯЭДУ. Мощность первой установки составит 1 МВт, но в будущем увеличится в десять раз. Как полагают эксперты, достижение отечественных учёных станет существенным вкладом в развитие науки и экономики РФ. О перспективах технологии — в материале RT.

Российские учёные успешно испытали систему охлаждения ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Об этом сообщается в акте приёмки, размещённом на сайте госзакупок. В документе подчёркивается, что «работы выполнены в полном объёме, результаты соответствуют требованиям технического задания».

«Были выявлены закономерности функционирования элементов и узлов перспективных систем отвода тепла ЯЭДУ мегаваттного класса в наземных условиях, максимально приближенных к условиям космического пространства», — говорится в акте.

В документе уточняется, что специалисты изготовили и испытали экспериментальные образцы генератора капель, элементов заборного устройства (гидросборника) и модели капельного холодильника-излучателя (КХИ).

Разработкой КХИ занимаются ФГУП «Исследовательский центр им. Келдыша», Центр космических технологий Московского авиационного института, ОАО «РКК «Энергия» им. Королёва» и Московский энергетический институт.

ЯЭДУ — перспективный двигатель для космических аппаратов, который позволит совершать межпланетные полёты в несколько раз быстрее, чем сейчас. С его помощью Россия получит возможность проводить исследования Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и создавать там автоматические базы.

«Принцип работы ЯЭДУ заключается в том, что компактный ядерный реактор вырабатывает тепловую энергию, которая с помощью турбины преобразуется в электрическую. Она нужна для того, чтобы питать энергией ионные электрореактивные двигатели и оборудование», — пояснил в беседе с RT младший научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Скобельцына МГУ Василий Петров.

Не имеет аналогов в мире

На современных двигателях низкопотенциальное (избыточное) тепло, которое может повредить бортовую аппаратуру, выводится в окружающее пространство (космос) через трубы панельных радиаторов, где циркулирует жидкость-теплоноситель. Такая система охлаждения представляет собой громоздкую конструкцию, не защищённую к тому же от попадания метеоритов.

Российские учёные изобрели принципиально новую схему отвода тепла. С помощью генератора холодильник-излучатель формирует капельные струйки горячего теплоносителя, который охлаждается на пути к гидросборнику и, собираясь в нём, направляется снова в рабочий контур. Подобная технология не предусматривает использования труб и таким образом облегчает конструкцию системы охлаждения.

Источник

Ещё немного о российском ядерном буксире

На днях был заключён государственный контракт между «Роскосмосом» и КБ «Арсенал» на «разработку аванпроекта по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем на основе ядерной энергетической установки». Т.е. на разработку ядерного буксира, о котором я писал в одной из своих прошлых статей. В связи с этой новостью вновь активизировалось его обсуждение в интернете, и, что куда важнее, мы получили множество новых сведений о проекте. Давайте их и обсудим.
https://zakupki.gov.ru/epz/contract/contractCard/common-info.

Читайте также:  Резка метала установкой водой

Слайд с выступления первого заместителя генерального директора Роскосмоса, Урличич Юрия Матэвича, в начале этого года

По большому счёту все желающие могут пойти по первой ссылке из статьи и скачать там 240 страниц договора вместе с техническим заданием (ТЗ), парой десятков приложений и дополнений. Основная часть информации взята мною оттуда.
https://thealphacentauri.net/63374-nemnogo-o-rossiyskom-yade.

И так, что же у нас нового?

Ну, во-первых, транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) более отнюдь не «мегаваттного класса». Электрическая мощность ядерной энергетической установки (ЯЭУ) теперь «480±20 кВт». Точнее она обязана иметь шесть режимов работы с мощностью от «42±10 кВт» до «480±20 кВт». Причём буксир должен уметь «до 450 кВт» электрической мощности передавать на модуль полезной нагрузки (МПН). Т.е. по прилёту в конечную точку пути буксир сможет запитать очень мощную полезную нагрузку. На всякий случай отдельно отмечу, что ЯЭУ обязана уметь запускаться «не мене 5 раз» в течении срока своей службы, а то некоторые считают, что после запуска выключить реактор уже нельзя.

Во-вторых, конечная точка пути буксира — Луна. Назначение «Нуклона-АП» (теперь он именно «АП») — это «выполнение научных исследований Луны».
Точнее:

Задачи космического комплекса «Нуклон»:

подготовка к запуску, запуск и выведение ТЭМ на радиационнобезопасную орбиту;
подготовка к запуску, запуск и выведение МПН на радиационнобезопасную орбиту;
управление ТЭМ и МПН;

стыковка ТЭМ и МПН, формирование орбитального комплекса;

межорбитальная транспортировка МПН на орбиту искусственного спутника Луны (ОИСЛ);
выполнение программы научных исследований Луны.

Читая это описание невольно вспоминаешь плакаты КБ «Арсенал» 2014 года…
Обращаем внимание на «Вариант 2» космического аппарата 2014 года с ядерной энергетической установкой, он крайне похож на текущий «Нуклон-АП»

На плакате предлагался космический аппарат с ядерной энергетической установкой мощностью 442 кВт, выводимый за два пуска Ангары, что весьма близко к текущему проекту на 480 кВт. Масса полезной нагрузки заявлена до 10900 кг, а по текущему ТЗ модуль полезной нагрузки имеет массу «до 10000 кг включительно (без учета массы рабочего тела в блоке хранения рабочего тела)». Впрочем, одновременно, «масса МПН с учетом массы рабочего тела в баках хранения должна быть не более 20 000 кг».
Есть и отличия. Так высота орбиты теперь «от 900 км», а не «от 1500», а её начальное наклонение — 51,7°, а не 67,1°. Ещё «масса ТЭМ должна быть не более 35 000 кг»… Но, думаю, это перестраховка со стороны Арсенала, и реально они планируют сделать буксир куда легче.

А вот где отличия, как мне кажется, являются отнюдь не перестраховкой, так это в пункте «САС ТЭМ — не менее 3 лет, в том числе после первичного запуска ЯЭУ — не менее 2,5 лет». На плакате, как видим, срок активного существования (САС) был 7 лет. Но, видимо, по мере разработки становилось всё яснее, что обеспечить большой ресурс будет крайне непросто.
В прошлой своей статье я отметил, что проект буксира 2010 года предполагал очень большие дозы радиации — до миллиона рад за десять лет. Сейчас тут есть большие изменения: «не более 2 104 рад за 100 000 ч». Честно говоря, 100 000 ч несколько удивляют: когда САС только три года, считать дозу за 100 000 часов как-то странно. А вот откуда взялись 20 крад — это понятно. Это уровень радиационной стойкости более или менее массовой электроники.

На всякий случай отдельно отмечу, что 20 крад за 100 000 часов — это 200 мрад/ч, что почти в сотню раз больше облучения космонавтов на МКС. Причём это средняя мощность дозы за 100 000 часов, а максимальная, смею предположить, будет в несколько раз выше. Т.е. этот буксир по прежнему непригоден для пилотируемых полётов: пусть космонавты и не умрут в страшных муках прямо во время полёта, но наберут максимальную допустимую годовую дозу всего за считанные дни, в то время как полёт продлится куда как дольше.

Читайте также:  Установка фаркопа рено кангу

Кстати, о времени полёта… С околоземной орбиты на низкую орбиту Луны полезная нагрузка должна быть доставлена «за период не более 4800 ч», т.е. 200 суток. Этот манёвр требует delta-V около 7,5 км/с. Отсюда можем ожидать, что двигатели в среднем будут создавать ускорение порядка 0,5 мм/с2. Если ТЭМ без полезной нагрузки и рабочего тела и в правду будет весить аж 35 тонн, то потребуется тяга двигателей около 25 Н. Это даже больше, чем было в старом проекте мегаваттного ТЭМ! И даже если сам по себе буксир будет весить лишь 11,3 тонны (на плакате именно столько получается, если из массы КА в целом вычесть массу полезной нагрузки), а не 35, всё равно тяга двигателей должна быть на уровне 14 Н, что очень близко к параметрам мегаваттного ТЭМ, а мощность ЯЭУ тут вдвое меньше…

Единственный вариант обеспечить такую большую тягу при такой маленькой мощности — это снижение удельного импульса двигателей. А раз так, то ионные ИД-500 однозначно «отправляются в отставку». Какой же удельный импульс у нас тут будет? Давайте прикинем…

Если масса ТЭМ будет 35 т, тяга, соответственно, 25 Н, то при мощности двигательной установки в 450 кВт (не забываем, что кроме двигателей есть и другие системы, 100% мощности на них отправить нельзя) и КПД 70% мы можем иметь удельный импульс не более 36 км/с. Учитывая, что «сухой» вес МПН 10 т, а с рабочим телом — 20 т, получаем, что минимальный удельный импульс для выполнения манёвра перелёта к Луне — 37,4 км/с… «Что-то не сходится». Очевидно, что ТЭМ будет весить всё-таки отнюдь не 35 тонн, а куда меньше.
https://www.nikiet.ru/

Если масса ТЭМ будет всё-таки 11,3 т, тяга, соответственно, 14 Н, то при тех же мощности и КПД мы можем иметь удельный импульс уже 45 км/с. А минимальный необходимый для выполнения манёвра всего 19,5 км/с. Теперь всё легко сходится. На роль двигательной установки тут вполне подойдёт комплект из двух десятков СПД-230.

Прототип 20-кВт плазменного двигателя СПД-230 разработки ОКБ «Факел»

Согласно докладу «Developed and perspective stationary plasma thruster by EDB Fakel» на Space Propulsion Conference 2018 его параметры сейчас такие:
тяга — 0,75 Н
удельный импульс — 31 км/с
потребляемая мощность — 20 кВт
Если вдруг ко мне с таким вопросом обратятся, то я свой МПД двигатель с ВТСП магнитной системой тоже под нужный диапазон параметров подогнать смогу 🙂

Важный момент: у «Нуклона» не хватит запаса delta-V для возврата назад! Если там действительно СПД-230 с удельным импульсом 31 км/с и масса ТЭМ 11,3 т, то запас delta-V будет 11,9 км/с, а чтобы туда-сюда слетать нужно 15 км/с.

На полёты к другим планетам с таким МПН delta-V тоже не хватит, к Марсу или Венере на малой тяге лететь — это 16-17 км/с требуется. Либо запас рабочего тела нужно увеличивать, либо «сухую» массу снижать. И то и другое явно возможно, но модуль полезной нагрузки потребуется уже другой. И КБ «Арсенал», согласно ТЗ, обязано заняться «проработкой возможности исследования Венеры и спутников Юпитера, а также других тел Солнечной системы, для которых использование ТЭМ предпочтительнее использования традиционных космических средств», так что какой-то вариант, как долететь до других планет, им предложить придётся. Например, можно догнать массу МПН до 35т (в пределах грузоподъёмности Ангара-А5В) за счёт увеличения запаса рабочего тела до 25 т. Тогда delta-V составит уже солидные 24 км/с.

Читайте также:  Домашняя установка для кислорода

Но на первом этапе речь идёт только о Луне. А конкретно:

картографирование поверхности с определением уклонов и высоты неровностей;
картографирование верхнего покрова глубиной до нескольких километров;
идентификация районов с подповерхностными пустотами, оценка их размеров, объема и глубины залегания;

разведка полезных ископаемых Луны, в том числе криолитосферных ресурсов;
определение электрофизических свойств грунта, идентификация районов с аномальной проводимостью, теплоемкостью, плотностью в целях обеспечения связи на поверхности Луны, выбора оптимальных мест посадки и размещения стационарных станций.

Учитывая, что масса научных приборов в модуле полезной нагрузки «не должна превышать 5500 кг» (остальное — системы многократной стыковки и расстыковки, автономного маневрирования, автономного энергоснабжения, автономной связи и навигации и т.д.), по всей видимости ТЭМ тут нужен в первую очередь как источник 450 кВт электричества для питания очень мощных радаров (им же километры лунной породы «просветить» нужно!) или ещё чего-то такого, а так эти приборы и без ядерного буксира до Луны доставить можно было бы. Ну и для испытаний самого ТЭМа всё это, конечно.

Отдельный момент на счёт преобразования энергии… Ряд людей, посмотрев это выступление Юрия Григорьевича Драгунова, сделали вывод, что «Нуклон-АП» однозначно на турбомашинных преобразователях. Хотя это выступление, вообще-то, рассказывает лишь о работах, проведённых в НИКИЭТ ранее, но никак не о будущих.

С одной стороны, КБ «Арсенал», согласно ТЗ, действительно обязано в своей работе использовать накопленные за 10 лет результаты, в том числе провести «испытания турбокомпрессора-генератора системы преобразования энергии, функционирующего при температурах рабочего тела на входе турбины до 1500 К включительно». С другой стороны, они должны лишь испытать этот вариант. Так-то, смотрим на самую первую картинку в этой статье, разрабатываться будут как турбинные, так и термоэмиссионные ЯЭУ. И деньги Арсеналу выдают в том числе на то, чтобы они решили, какой вариант лучше всего подходит для «Нуклона». Они имеют полное право по результатам испытаний сказать «фигня эти ваши турбины, надо термоэмиссионные преобразователи ставить». Учитывая, что именно КБ «Арсенал» в советские времена создавал вот это:

Советские космические аппараты с ядерными энергетическими установками, созданные в КБ «Арсенал»

А уже в наше время разработал это:

Космический аппарат с ядерной энергетической установкой, разработанный в КБ «Арсенал» в XXI веке

«Немного» прослеживается «любовь» конструкторов Арсенала к разработкам «Красной Звезды«.
http://www.redstaratom.ru/

Не то, чтобы любые другие варианты были полностью исключены, но я бы поставил на «Красную Звезду», а не на «НИКИЭТ».

Источник

Россия потратит более ₽4 млрд на разработку космического ядерного буксира

«Роскосмос» потратит 4,2 млрд руб. на разработку космического буксира с ядерным двигателем. Об этом сообщает «РИА Новости» со ссылкой на документы госкорпорации на сайте госзакупок.

Речь идет об аванпроекте по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем на основе ядерной энергетической установки в рамках опытно-конструкторской работы «Нуклон». Ядерный буксир предполагается использовать для полетов к другим планетам Солнечной системы.

Сейчас на предприятиях «Роскосмоса» идет создание транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на основе ядерной силовой установки мегаваттного класса. В августе прошлого года госкорпорация сообщала, что разработала конструкторскую документацию и провела испытания составных частей макета ТЭМ.

Годом ранее прошли наземные испытания системы охлаждения ядерной энергодвигательной установки. После этого научный руководитель Исследовательского центра имени Келдыша Анатолий Коротеев сообщал, что специалисты готовятся к испытаниям в открытом космосе.

В июле 2020 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин рассказал, что для полетов к другим планетам Солнечной системы России необходимо создать ионные двигатели.

Он отметил, что подобные проекты очень сложны, но реализовать их придется. Говоря о сроках создания ядерных энергоустановок для космических кораблей, Рогозин сообщил, что речь идет о «весьма далеком будущем».

В августе 2019 года президент США Дональд Трамп подписал меморандум о разработке космических ядерных систем, которые расширят возможности по исследованию космического пространства.

Источник

Adblock
detector