TEM-projekti: ydinreaktori ja sähköinen propulsio avaruuteen
Yksi vaihtoehto kuljetus- ja energiamoduulin asettelulle
Työraportti
Roscosmos hyväksyi heinäkuun lopussa vuoden 2018 raportin, jossa kerrotaan organisaation tärkeimmistä toiminnoista ja onnistumisista. Raportissa mainitaan muun muassa valtion ohjelman "Venäjän avaruustoiminta 2013-2020" puitteissa kehitetty hanke "Megawattiluokan ydinvoimalaitokseen perustuvan kuljetus- ja energiamoduulin luominen".
Raportin mukaan hanke valmistui viime vuonna. Osana näitä töitä laadittiin suunnitteludokumentaatio, valmistettiin ja testattiin yksittäisiä tuotteita. Toistaiseksi puhumme kuljetus- ja energiamoduulin (TEM) maanpäällisen prototyypin tulevan layoutin komponenteista.
Työ TEM:n luomiseksi ei lopu tähän. Kaikki muut toimet toteutetaan nykyisen liittovaltion avaruusohjelman puitteissa. Valitettavasti Roskosmos-raportti ei anna teknisiä yksityiskohtia TEM-hankkeesta sen nykyisessä muodossa, eikä siinä kerrota työn aikataulua. Nämä tiedot ovat kuitenkin tiedossa muista lähteistä.
sairauskertomus
Roskosmosin raportin mukaan työ TEM-aiheen parissa jatkuu ja sen pitäisi pian siirtyä uuteen vaiheeseen. Tämä tarkoittaa, että lähes 10 vuotta sitten hyväksytyt pohjimmiltaan uuden raketti- ja avaruusteknologian luomissuunnitelmat toteutuvat lähitulevaisuudessa.
Ajatus ydinvoimalaitokseen (NPP) perustuvasta kuljetus- ja energiamoduulista sen nykyisessä muodossa esitettiin vuonna 2009. Tämän tuotteen kehitystyön oli määrä toteuttaa Roscosmos- ja Rosatom-yritysten toimesta. Energia Rocket and Space Corporation ja Keldysh Center Federal State Unitary Enterprise ovat hankkeessa johtavassa roolissa.
Vuonna 2010 projekti käynnistyi, ensimmäiset tutkimus- ja suunnittelutyöt alkoivat. Tuolloin väitettiin, että ydinvoimalaitoksen pääkomponentit ja TEM olisivat valmiit vuosikymmenen loppuun mennessä. TEM:n esisuunnitelma valmisteltiin vuonna 2013. Vuonna 2014 aloitettiin ydinvoimalaitoksen komponenttien ja ID-500-ionimoottorin testaus. Jatkossa raportteja erilaisista teoksista ja onnistumisista ilmestyi toistuvasti. Ydinvoimalaitoksen ja TEM:n eri elementtejä rakennettiin ja testattiin sekä etsittiin uuden teknologian sovellusalueita.
TEM-projektia kehitettäessä avoimissa lähteissä julkaistiin säännöllisesti kuvia tämän tuotteen likimääräisestä ulkonäöstä. Edellisen kerran tällainen materiaali ilmestyi viime vuoden marraskuussa. On uteliasta, että tämä ulkoasun versio erosi huomattavasti aiemmista, vaikka siinä oli joitain yhtäläisyyksiä perusominaisuuksissa.
Tekniset ominaisuudet
Kuljetus- ja energiamoduulia pidetään monikäyttöisenä työkaluna avaruudessa työskentelyyn sekä Maan kiertoradalla että muilla lentoradoilla. Sen avulla on tarkoitus lähettää tulevaisuudessa hyötykuorma kiertoradalle tai lähettää se muille taivaankappaleille. TEM:ää voidaan käyttää myös avaruusalusten huoltoon tai taistelussa avaruusromua vastaan.
TEM saa liukuvat kantavat ristikot, joiden ansiosta tarvittavat mitat saadaan. Maatiloilla ehdotetaan asennettavaksi voimayksikkö, jossa on reaktorilaitos, instrumentointi- ja kokoonpanokompleksi, telakointitilat, aurinkopaneelit jne. Moduulin peräosaan sijoitetaan marssi- ja vaihtosähkörakettimoottorit. Hyötykuorma kuljetetaan telakointilaitteilla.
TEM:n pääkomponentti on megawattiluokan ydinvoimalaitos, jota on kehitetty vuodesta 2009 lähtien. Asennusreaktorin tulee kestää erityisen hyvin lämpötilakuormituksia, mikä liittyy sen erityisiin toimintatapoihin. Jäähdytysnesteeksi valittiin helium-ksenon-seos. Laitoksen lämpöteho nousee 3,8 MW:iin ja sähköteho 1 MW. Ylimääräisen lämmön poistamiseen suositellaan tippajäähdytin-emitteriä.
Ydinlaitoksen sähkö on syötettävä sähkörakettimoottoriin. Lupaava ionimoottori ID-500 on testausvaiheessa. Jopa 75 %:n hyötysuhteella sen pitäisi näyttää tehoa 35 kW ja työntövoimaa jopa 750 mN. Vuoden 2017 testeissä ID-500-tuote toimi telineellä 300 tuntia 35 kW:n teholla.
Aiempien vuosien tietojen mukaan työasennossa olevan TEM:n pituus on yli 50-52 m ja halkaisija (avoimien ristikoiden ja niissä olevien elementtien mukaan) yli 20 m. Paino - vähintään 20 tonnia tai useita kantoraketteja ja sen kokoonpanoa. Hyötykuorman on tällöin kiinnitettävä siihen. Arvioitu käyttöikä, reaktoriresurssin rajoittama, on 10 vuotta.
Upeat näkymät
Ydinvoimaloiden TEM:n pääominaisuus, joka erottaa sen pohjimmiltaan muusta raketti- ja avaruusteknologiasta, on korkein ominaisimpulssi. Erityisen voimalaitoksen ja sähköisen rakettimoottorin käyttö mahdollistaa vaadittujen työntövoimaparametrien saavuttamisen mahdollisimman vähäisellä ydinpolttoaineen kulutuksella. Siten teoriassa TEM pystyy ratkaisemaan ongelmia, joihin perinteiset kemialliset rakettijärjestelmät eivät pääse käsiksi.
Tämän ansiosta on mahdollista käyttää aktiivisemmin tuki- ja vaihtomoottoreita koko lennon ajan. Tämä mahdollistaa erityisesti edullisempien lentoreittien käytön muihin taivaankappaleisiin. 10 vuoden käyttöikä mahdollistaa TEM:n toistuvan käytön eri tehtävissä, mikä vähentää niiden järjestämiskustannuksia. Kaiken kaikkiaan ydinvoimaloiden TEM-järjestelmien kaltaisten järjestelmien ilmaantuminen antaa kosmonautiialle uusia mahdollisuuksia kaikilla tärkeillä toiminta-alueilla.
Tavallisten TEM-moottoreiden tulisi käyttää vain osaa tuotantojärjestelmien sähköstä. Näin ollen kohdelaitteen käytettävissä on edelleen suuri tehomarginaali.
On kuitenkin myös merkittäviä haittoja. Ensinnäkin se on tarve kehittää useita uusia teknologioita ja hankkeen yleinen monimutkaisuus. Tästä johtuen TEM:n luominen vaatii paljon aikaa ja asianmukaista rahoitusta. Roskosmos-projektia on siis kehitetty noin 10 vuotta, mutta valmiin TEM:n käytännön soveltaminen on vielä kaukaisessa tulevaisuudessa. Hankkeen kokonaiskustannusarvio on 17 miljardia ruplaa.
Ydinvoimalaitoksen käyttö johtaa vakaviin rajoituksiin eri vaiheissa. Esimerkiksi valmiin ydinvoimalaitoksen tai koko TEM:n testit ovat mahdollisia vain kiertoradalla, mikä minimoi mahdollisten hätätilanteiden aiheuttamat vahingot. Sama koskee valmiin kuljetus- ja energiamoduulin toimintaa.
Lähitulevaisuudessa
Viimeisimpien uutisten mukaan "Megawattiluokan ydinvoimalaitokseen perustuvan kuljetus- ja energiamoduulin luominen" -projektin kehitystyö on saatu onnistuneesti päätökseen. Jotkut testaukseen tarvittavat mallinäytteet ovat jo valmiina. Lähivuosina Roskosmosin ja Rosatomin yritysten on tehtävä useita tärkeitä töitä näiden ja muiden tuotteiden parissa.
TEM-lennon prototyyppi on tarkoitus rakentaa vuosina 2022-23. Sen jälkeen pitäisi alkaa erilaisia testejä, jotka kestävät useita vuosia. TEM-toiminnan täysi käyttöönotto on odotettavissa vuonna 2030.
Kesäkuun lopussa tuli tietoon työmaan valmistelusta TEM:n toimintaa varten. Tällaiset laitteet laukaistaan Vostochnyn kosmodromista. Ei niin kauan sitten julkaistiin kilpailu avaruusalusten ja kuljetus- ja energiamoduulin valmisteluun tarkoitettujen tilojen kehittämisestä ja rakentamisesta. Teknisen kompleksin suunnitteludokumentaatio tulisi kehittää vuosina 2025-26. Rakentaminen on tarkoitus aloittaa vuonna 2027 ja käyttöönotto vuonna 2030. Sopimuksen arvo on 13,2 miljardia ruplaa.
Siten erilaisia töitä ydinvoimaloiden edistyneen raketti- ja avaruusteknologian aiheesta jatkuu koko seuraavan vuosikymmenen. Jotkut organisaatiot joutuvat saattamaan liikenne- ja energiamoduulin kehittämisen ja testaamisen päätökseen, kun taas toiset valmistelevat infrastruktuurin sen toimintaa varten. Kaikkien näiden töiden tulosten perusteella Venäjän avaruusteollisuudella on vuonna 2030 käytössään pohjimmiltaan uusi teknologia, jolla on laaja kapasiteetti. Lupaavan ohjelman kaikkien vaiheiden monimutkaisuus voi kuitenkin johtaa aikataulun muutoksiin.
- Ryabov Kirill
- RSC Energia, Roscosmos-televisiostudio
tiedot