Наука | КалейдоскопЯдерный двигатель для космолёта.
В России собрали первый в мире ядерный космический двигатель
Почему-то незамеченной прошла сенсационная новость от 4 июля в мировых и наших СМИ на фоне событий в американском Фергюсоне и на Украине.
Попробую восполнить этот пробел и выложу статью полностью по принципу как есть. О таком событии надо знать всем и я горжусь нашими учёными и страной.
Ядерный двигатель для космолёта.
На ОАО «Машиностроительный завод» в подмосковной Электростали собран первый в мире тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) штатной конструкции для создаваемой в России космической ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ).
Об этом сообщает пресс-служба Госкорпорации «Росатом». Главным конструктором реакторной установки является ОАО «НИКИЭТ».
Работы ведутся в рамках реализации проекта «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ЯЭДУ мегаваттного класса». По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году
«В части реакторной установки, в части объема работ Госкорпорации «Росатом» все идет по плану, в соответствии с дорожной картой», — сказал Драгунов.
Не имеющий аналогов в мире российский ЯЭДУ планируется использовать для дальних космических полетов и длительной работы на орбите. В частности, создание ядерного двигателя позволит резко сократить время полета на Марс и уменьшить в четыре раза массу стартового комплекса для марсианской экспедиции.
Проект ЯЭДУ утвердила в 2009 году Комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России. Эскизное проектирование было завершено к 2012 году
Это скачок в будущее.
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.
Этот двигатель позволит нам высадиться первыми на Марс, и вернуться назад.
Это скачок уже в 22 век, отрыв от всех остальных. Сегодня Россия пытается доминировать в космической отрасли , строятся новые космодромы и ракеты. Надеюсь, нам удастся вернуть величие некогда былой советской космонавтики»
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».
Акцент
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.
Svargaman, опубликовано в 2012 году.
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.
Источник: http://rusila.su/2014/08/22/yadernyj-dvigatel-dlya-kosmolyota/
www.rgo-sib.ru
В июне 1958г. ЦК КПСС и Советом министров СССР было принято постановление о разработке в ОКБ-1 С.П. Королева ракет-носителей различного назначения с ядерными двигателями. Ядерный ракетный двигатель должен был разрабатываться КБ В.П. Глушко и М.М. Бондарюка. Через полтора года, 30 декабря 1959 г., С.П. Королев утвердил эскизные проекты трех ракет: межконтинентальной баллистической, а также двух носителей тяжелого и сверхтяжелого классов. Что интересно: в качестве рабочего тела ядерного реактора для двигателя наши конструкторы тогда рассматривали не водород, а аммиак, или его смесь со спиртом! Отрабатывались две схемы: «А» - просто с разогревом рабочего тела в реакторе, и «Б» - с последующим сгоранием раскаленных компонентов топлива в камере сгорания. Вторая схема давала выигрыш в тяге, но проигрывала в скорости истечения. В итоге остановились на схеме “А”.
Был выполнен анализ эскизного проекта. В результате было признано нецелесообразным создание одноступенчатой ядерной баллистической ракеты, способной при стартовом весе 87 – 100 т доставить 2,7 – 4 т полезного груза на дальность 14000 км. Дело в том, что «керосиновая» двухступенчатая Р-9, проектирование которой началось в тот же период, при стартовой массе 80 т доставляла 1 т на 16000 км. Разработать же ракету с химическими двигателями было существенно легче и быстрее. Ядерные ракетные двигатели давали ощутимое преимущество, когда речь шла о больших массах. В частности, ракеты-носители со стартовой массой, соответственно, 880 и 2000 т, были бы способны вывести на околоземную орбиту 40 и 150 т. Но, несмотря на большой объем предварительной работы никакого реального прототипа двигателя еще не было - первые эксперименты на реакторе ИГР-1 начались только в 1961-м. Естественно, когда появятся реальные двигатели, сказать не мог никто, ракеты же нужны были срочно. Учитывая то обстоятельство, что 40 т - груз, доступный и химической ракете, выбор был сделан в пользу более быстрого результата.
Несомненно, более крупный вес уже требовал новых подходов, и космический ядерный реактор для полезной нагрузки в 150 т уже был необходим, но выяснилось, что ракеты такой грузоподъемности и не были тогда нужны. Ведь такая масса выводимого груза очень дорого стоит, и оправдана только в случае соответствующих масштабных проектов[1].
В Советском Союзе от ядерных ракетных двигателей полностью не отказались, но программа ЯРД была перенесена на далекую перспективу. В головном «двигательном» НИИТП их разработку возглавил Виталий Михайлович Иевлев (1926-1990), предложивший идею двигателя схемы «В» - с ядерным реактором с газофазной активной зоной.
Чтобы внести ясность в данный вопрос, рассмотрим некоторые теоретические вопросы.. Ракетный двигатель характеризуется двумя параметрами: тягой и скоростью истечения рабочего тела. Первый параметр – количественный, и, определяется размерами агрегата, а второй – качественный. Он пропорционален корню квадратному из температуры рабочего тела в двигателе. Энергия ядерного реактора способна нагреть рабочее тело значительно сильнее, чем горение. Однако есть ограничение – температура плавления самого ядерного топлива. По условию нерасплавления активной зоны реально достигнутая скорость истечения ЯРД составляет 9,1 км/с, а теоретически – около 10 км/с [2]. При этом, если бы активная зона была газообразной, эффективность ЯРД выросла бы еще в 2-3 раза (не забудем, что корпус-то с соплом в любом случае должен остаться твердым). Кроме того, в газофазной активной зоне сильно повышается интенсивность нагрева рабочего тела, что позволяет и тягу увеличить в 2-2,5 раза. Но возникает неразрешимая проблема: как избежать выноса частичек ядерного топлива из ракетного двигателя? Модельные испытания показали, что предложенная Иевлевым схема движения плазмы разной плотности, при которой более плотная – урановая - остается в реакторе, эффективна, но не обеспечивает 100% гарантии экологической безопасности, а значит, в атмосфере и на низких орбитах такой двигатель запускать нельзя... А ведь в 1963 г., газофазный двигатель рассматривался как серьезная альтернатива для установки на вторую ступень ракеты-носителя Н1! Теоретические и модельные исследования по газофазному ядерному ракетному двигателю продолжались в Советском Союзе до конца 1980-х – слишком захватывающие перспективы открыло бы его применение в космосе.
Несмотря на то, что ядерные ракетные двигатели так и не стали применяться, как альтернатива жидкостным, в XXI веке к ним все же вернулись. В России предполагается создать реальный корабль с космическим ядерным реактором к 2018 году.
[1] Таким проектом является, например, миссия на Марс
[2] лучший ЖРД дает 4,2 км/с
В рамках межгосударственных соглашений Россия представила информацию о технических характеристиках своей новейшей ракеты «Булава», которой будут оснащаться подводные лодки нового поколения. Как ...
Берлинский художник Мэттью Дэвиссоздает свои сюрреалистические картины методом капля. Да, да именно капля, не пуантилизм, как многие хотели бы ...
Храм Надписей стал одним из самых загадочных объектов цивилизации майя. Среди других пирамид майя он отличается целым рядом особенностей, указывающим ...
Если Вы хотите полностью погрузиться в атмосферу первобытности и увидеть своими глазами культурное наследие эпохи инков, то туристическая поездка в Боливию ...
Акт Батлера - попытка опровержения теории Дарвина в США 10 июля 1925 г. начался судебный процесс над преподавателем, который, по сговору ...
Если вы решили всерьез взяться за свое здоровье и заодно сбросить пару лишних килограмм к летнему сезону, то одной ...
Один из наиболее закрытых проектов современной российской оборонки – перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата, который под обозначением «МиГ-41» гуляет в виде ...
Одной из самых известных в последнее время является террористическая группа Аль Каида, стоящая за нападением на Пентагон и взрывом ...
Главными сокровищами Кении являются ее заповедные зоны и парки национального масштаба. Так, любопытно забраться на заснеженную вершину, или найти пустыню, или ...
Луксор это город-музей под открытым небом, именно здесь находилась столица древнеегипетской цивилизации Фивы. Нил делит город на две части: ...
Если позволяет площадь, в гостиной можно вместо одного широкого дивана поставить два более маленьких и компактных. Такая расстановка диванов благоприятствует общению ...
Потусторонний мир продолжает преподносить сюрпризы… Американский врач Натаниел Фодор однажды столкнулся с феноменом – журналисткой Джен, испытывающей на себе ...
www.objectiv-x.ru
Федеральное космическое агентство (Роскосмос) во вторник объявило, что в следующем году планирует начать работу по созданию стандартизированных модулей атомных силовых установок для космических аппаратов.Директор РКК "Энергия" Виталий Лопота сказал, что первые запуски реакторов мощностью от 150 до 500 кВт можно будет осуществить в 2020 году.
Ранее глава Роскосмоса Анатолий Перминов заявил, что разработка ядерных энергосистем мегаваттного класса для пилотируемых космических кораблей имеет решающее значение для сохранения конкурентоспособности России в космической отрасли, в том числе исследованиях Луны и Марса. На реализацию проекта потребуется около 17 млрд руб. Кроме того, корпорация работает над концепцией атомного космического буксира, который может более чем в два раза сократить количество расходов на выведение грузов на орбиту.
Ядерный реактор, используемый в качестве источника энергии для ионного двигателя, способен вывести космонавтику на качественно новый уровень. Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем до высоких скоростей, превышающих 210 км/с, что намного больше, чем у классических химических ракетных двигателей (3—4,5 км/с). В настоящее время ионные двигатели довольно широко используются на космических аппаратах. Однако это в основном маломощные силовые установки со слабой тягой, поскольку ионный двигатель требует очень много электроэнергии, измеряемой в сотнях киловатт-часов.
Также ядерный реактор может разогревать водород до нескольких тысяч градусов и давать большую реактивную тягу, при этом без необходимости использования окислителя.
В любом виде космический ядерный реактор сможет обеспечить космические аппараты необходимой энергией, тягой и обеспечит быстрый перелет в самые удаленные уголки Солнечной системы, где слишком мало солнечного света для использования солнечных батарей.
topwar.ru
Глава отделения ядерных технологий фонда «Сколково» Денис Ковалевич заявил, что Россия построит ядерный космический двигатель к 2017 году.
Согласно полученной информации, это будет силовая установка мегаваттного класса с удельным импульсом тяги 900-5000 секунд и ресурсом 1,5-3 года. Выходная электрическая мощность модуля газотурбинного преобразователя на номинальном режиме составит 100-150 киловатт. О массе и габаритах установки ничего не говорится, известно лишь, что она должна соответствовать размерам обтекателя полезной нагрузки ракет-носителей «Протон» и «Ангара». В настоящее время проводятся испытания нескольких видов топлива, а затем начнется разработка дизайна ядерного двигателя. Первые узлы планируется собрать уже в следующем году, наземные испытания рабочего прототипа начнутся в 2014 году, а к 2017 году ядерный двигатель будет готов к запуску в космос.
Представители агентства «Росатом» сообщили, что разработка и строительство ядерной двигательной установки для космических аппаратов будет стоить более 247 миллионов долл. Надо отметить, что в 2010 году правительство выделило на создание космического корабля с ядерным двигателем 16,7 млн долл., а общий объем инвестиций в проект оценивается в сумму свыше 580 млн долл. до 2019 года.
Американское космическое агентство НАСА также начало аналогичную программу в 2003 году и даже успело потратить на нее несколько сотен миллионов долларов, но затем финансирование проекта было прекращено.
Ядерный двигатель может быть выгоден для полетов в глубокий космос, когда мощности солнечных панелей недостаточно для питания электрореактивных двигателей. В отличие от солнечных панелей, ядерный двигатель способен выдавать не десятки ватт, а сотни киловатт мощности, что резко повышает тягу электрореактивных двигателей. Аппараты с ядерной силовой установкой могут выполнять роль своеобразного космического буксира, разгоняя исследовательские зонды до высоких скоростей.
zema.su
