Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса 2018 – Амбициозный российский проект может придать новый импульс освоению космоса

Содержание

Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса

Испытан ключевой элемент космического ядерного двигателя

В России завершились наземные испытания системы охлаждения космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, сообщается на сайте госзакупок. «Работы выполнены в полном объеме. Результаты соответствуют требованиям технического задания», — говорится в акте приемки работ. Отмечается, что система охлаждения — один из самых важных элементов ЯЭДУ.

Как следует из материалов, испытания указали закономерности работы элементов и узлов систем отвода тепла в условиях, максимально приближенных к космическому пространству.

Кроме того, «изготовлены и испытаны экспериментальные образцы генератора капель и элементов заборного устройства, выполнена программа экспериментальных исследований модели капельного холодильника-излучателя».

Заказчик работ — госкорпорация «Роскосмос», головной исполнитель — ГНЦ «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша».

Ядерные энергодвигательные установки, способные обеспечить полеты в космосе на дальние расстояния, сильно нагреваются, поэтому им требуется эффективная система охлаждения. При этом тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство — и только в виде излучения.

Традиционным способом решения этой задачи стали выносимые во внешнюю часть корабля панельные радиаторы, по трубам которых циркулирует жидкость-теплоноситель, «сбрасывающая» лишнее тепло в космос. Но такие радиаторы, как правило, слишком большие и тяжелые. Кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.

Российские специалисты разработали новое решение в виде так называемого капельного холодильника-излучателя. Это установка, похожая на душ, в которой жидкость (смесь гелия и ксенона) не циркулирует в трубах, а распыляется в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, а затем улавливается заборным устройством и проходит цикл заново.

Из-за большей площади поверхности капель жидкость охлаждается гораздо быстрее, а конструкция становится значительно легче, вдобавок повышается ее живучесть: метеорит, пролетевший через жидкость, никак не повредит систему охлаждения.

«Успешное испытание системы охлаждения означает, что российским ученым удалось решить ключевую проблему на пути создания ЯЭДУ. Дело в том, что у атомной силовой установки один большой недостаток — она очень сильно нагревается. Если на Земле ядерный реактор охлаждается под напором воды, то в космосе такая возможность отсутствует», — рассказал младший научный сотрудник НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ Василий Петров.

ЯЭДУ — перспективный двигатель для космических аппаратов, который позволит совершать межпланетные полеты 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, пишет RT.

«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 Василий Петров.

Инициатором создания ЯЭДУ считается академик отделения физико-технических проблем энергетики РАН, бывший генеральный директор Исследовательского центра имени М. В. Келдыша Анатолий Коротеев. Головной разработчик атомной энергодвигательной установки — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ).

Создание ЯЭДУ ведется в рамках запущенного в 2010 году проекта транспортно-энергетического модуля (ТЭМ), над которым работают предприятия «Росатома» и «Роскосмоса». Согласно графику Комиссии по модернизации при президенте РФ, опытный образец ядерного реактора мегаваттного класса должен появиться до конца 2018 года. В материалах «Росатома» подчеркивается, что проект не имеет аналогов в мире.

Как сообщил ранее генеральный конструктор НИКИЭТ доктор технических наук Юрий Драгунов, в основу ЯЭДУ лег накопленный с 1960-х годов опыт создания ядерных ракетных двигателей, термоэлектрических энергоустановок и эксплуатации всевозможной космической техники. Мощность первого образца ядерной энергодвигательной установки он оценил в 1 МВт.

Однако, как заявил Драгунов, в недалеком будущем Россия сможет производить 10-мегаваттные установки, «что подразумевает практически неограниченные возможности энергетики для космоса». По его словам, ЯЭДУ будет обладать более высоким коэффициентом полезного действия, так как тепловая энергия реактора не будет направляться на разогрев газовой смеси.

В процессе работы над космической атомной установкой специалисты НИИ НПО «Луч» (Подольск) впервые в мире разработали промышленную технологию создания монокристаллических длинномерных трубок из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал, ниобий) и сплавов. Это изобретение позволяет изготавливать агрегаты двигателей, способных работать при температуре 1500 °C.

Василий Петров рассказал, что достижения при разработке ЯЭДУ и ТЭМ позволят создать управляемый с Земли необитаемый космический аппарат, который сможет быстрее и эффективнее транспортировать различные грузы на другие планеты и выполнять функции межорбитального буксира. Сегодня для аналогичных целей используется разгонный блок «Фрегат».

«Надо понимать, что “Фрегат” — это одноразовый аппарат, расходующий гигантское количество топлива. После выполнения своей задачи он сгорает. Конечно, это недешевое удовольствие. Гораздо экономичнее иметь в космосе многоразовое транспортное средство, которое человек будет использовать по необходимости, причем на протяжении десятков лет. Это будет по-настоящему революционная разработка», — отметил Василий Петров.

Как полагает эксперт, ядерная энергодвигательная установка не несет опасности для окружающей среды. Отработавший свой ресурс реактор может быть отправлен на «орбиту захоронения», куда уводятся аппараты после выхода из строя. Василий Петров также не исключает, что через десятки лет человечество изобретет технологию утилизации ЯДЭУ.

masterok

Ядерный ракетный двигатель — ракетный двигатель, принцип действия которого основан на ядерной реакции или радиоактивном распаде, при этом выделяется энергия, нагревающая рабочее тело, которым могут служить продукты реакций либо какое-то другое вещество, например водород.

Давайте разберем варианты и принципы из действия…

Существует несколько разновидностей ракетных двигателей, использующих вышеописанный принцип действия: ядерный, радиоизотопный, термоядерный. Используя ядерные ракетные двигатели, можно получить значения удельного импульса значительно выше тех, которые могут дать химические ракетные двигатели. Высокое значение удельного импульса объясняется большой скоростью истечения рабочего тела — порядка 8—50 км/с. Сила тяги ядерного двигателя сравнима с показателями химических двигателей, что позволит в будущем заменить все химические двигатели на ядерные.

Основным препятствием на пути полной замены является радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое наносят ядерные ракетные двигатели.

Их разделяют на два типа — твердо-и газофазные. В первом типе двигателей делящееся вещество размещается в сборках-стержнях с развитой поверхностью. Это позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело, обычно в качестве рабочего тела выступает водород. Скорость истечения ограничена максимальной температурой рабочего тела, которая, в свою очередь, напрямую зависит от максимально допустимой температуры элементов конструкции, а она не превышает 3000 К. В газофазных ядерных ракетных двигателях делящееся вещество находится в газообразном состоянии. Его удержание в рабочей зоне осуществляется посредством воздействия электромагнитного поля. Для этого типа ядерных ракетных двигателей элементы конструкции не являются сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 км/с. Могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, невзирая на утечку делящегося вещества.

В 70-х гг. XX в. в США и Советском Союзе активно испытывались ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе. В США разрабатывалась программа по созданию опытного ядерного ракетного двигателя в рамках программы NERVA.

Американцами был разработан графитовый реактор, охлаждаемый жидким водородом, который нагревался, испарялся и выбрасывался через ракетное сопло. Выбор графита был обусловлен его температурной стойкостью. По этому проекту удельный импульс полученного двигателя должен был вдвое превышать соответствующий показатель, характерный для химических двигателей, при тяге в 1100 кН. Реактор Nerva должен был работать в составе третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», но в связи с закрытием лунной программы и отсутствием других задач для ракетных двигателей этого класса реактор так и не был опробован на практике.

В настоящее время в стадии теоретической разработки находится газофазный ядерный ракетный двигатель. В газофазном ядерном двигателе подразумевается использовать плутоний, медленно движущаяся газовая струя которого окружена более быстрым потоком охлаждающего водорода. На орбитальных космических станциях МИР и МКС проводились эксперименты, которые могут дать толчок к дальнейшему развитию газофазных двигателей.

На сегодняшний день можно сказать, что Россия немного «заморозила» свои исследования в области ядерных двигательных установок. Работа российских ученых больше ориентирована на разработку и совершенствование базовых узлов и агрегатов ядерных энергодвигательных установок, а также их унификацию. Приоритетным направлением дальнейших исследований в этой области является создание ядерных энергодвигательных установок, способных работать в двух режимах. Первым является режим ядерного ракетного двигателя, а вторым — режим установки генерирующей электроэнергии для питания аппаратуры, установленной на борту космического аппарата.

Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=20860.Tags: Технологии, Энергия Subscribe to masterok

Ядерные ракетные двигатели и ядерные ракетные электродвигательные установки

Часто в общеобразовательных публикациях о космонавтике не различают разницу между ядерным ракетным двигателем (ЯРД) и ядерной ракетной электродвигательной установкой (ЯЭДУ). Однако под этими аббревиатурами скрывается не только разница в принципах преобразования ядерной энергии в силу тяги ракеты, но и весьма драматичная история развития космонавтики.
Драматизм истории состоит в том, что если бы остановленные главным образом по экономическим причинам исследования ЯДУ и ЯЭДУ как в СССР, так и в США продолжились, то полёты человека на марс давно бы уже стали обыденным делом.

Всё начиналось с атмосферных летательных аппаратов с прямоточным ядерным двигателем

Конструкторы в США и СССР рассматривали «дышащие» ядерные установки, способные втягивать забортный воздух и разогревать его до колоссальных температур. Вероятно, этот принцип образования тяги был заимствован от прямоточных воздушно-реактивных двигателей, только вместо ракетного топлива использовалась энергия деления атомных ядер диоксида урана 235.

В США такой двигатель разрабатывался в рамках проекта Pluto. Американцы сумели создать два прототипа нового двигателя — Tory-IIA и Tory-IIC, на которых даже производились включения реакторов. Мощность установки должна была составить 600 мегаватт.

Двигатели, разработанные в рамках проекта Pluto, планировалось устанавливать на крылатые ракеты, которые в 1950-х годах создавались под обозначением SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, сверхзвуковая маловысотная ракета).
В США планировали построить ракету длинной 26,8 метра, диаметром три метра, и массой в 28 тонн. В корпусе ракеты должен был располагаться ядерный боезаряд, а также ядерная двигательная установка, имеющая длину 1,6 метра и диаметр 1,5 метра. На фоне других размеров установка выглядела весьма компактной, что и объясняет её прямоточный принцип работы.
Разработчики полагали, что, благодаря ядерному двигателю, дальность полета ракеты SLAM составит, по меньшей мере, 182 тысячи километров.
В 1964 году министерство обороны США проект закрыло. Официальной причиной послужило то, что в полете крылатая ракета с ядерным двигателем слишком сильно загрязняет все вокруг. Но на самом деле причина состояла в значительных затратах на обслуживание таких ракет, тем более к тому времени бурно развивалось ракетостроение на основе жидкостных реактивных ракетных двигателей, обслуживание которых было значительно дешевле.
СССР оставалась верной идеи создания ЯРД прямоточной конструкции значительно дольше, чем США, закрыв проект только в 1985 году . Но и результаты получились значительно весомее. Так, первый и единственный советский ядерный ракетный двигатель был разработан в конструкторском бюро «Химавтоматика», Воронеж. Это РД-0410 (Индекс ГРАУ — 11Б91, известен также как «Ирбит» и «ИР-100»).
В РД-0410 был применён гетерогенный реактор на тепловых нейтронах, замедлителем служил гидрид циркония, отражатели нейтронов — из бериллия, ядерное топливо — материал на основе карбидов урана и вольфрама, с обогащением по изотопу 235 около 80 %.

Конструкция включала в себя 37 тепловыделяющих сборок, покрытых теплоизоляцией, отделявшей их от замедлителя. Проектом предусматривалось, что поток водорода вначале проходил через отражатель и замедлитель, поддерживая их температуру на уровне комнатной, а затем поступал в активную зону, где охлаждал тепловыделяющие сборки, нагреваясь при этом до 3100 К. На стенде отражатель и замедлитель охлаждались отдельным потоком водорода.
Реактор прошёл значительную серию испытаний, но ни разу не испытывался на полную длительность работы. Однако, вне реакторные узлы были отработаны полностью.
Технические характеристики РД 0410
Тяга в пустоте: 3,59 тс (35,2 кН)
Тепловая мощность реактора: 196 МВт
Удельный импульс тяги в пустоте: 910 кгс·с/кг (8927 м/с)
Число включений: 10
Ресурс работы: 1 час
Компоненты топлива: рабочее тело — жидкий водород, вспомогательное вещество — гептан
Масса с радиационной защитой: 2 тонны
Габариты двигателя: высота 3,5 м, диаметр 1,6 м.

Относительно небольшие габаритные размеры и вес, высокая температура ядерного топлива (3100 K) при эффективной системе охлаждения потоком водорода свидетельствует от том, что РД0410 является почти идеальным прототипом ЯРД для современных крылатых ракет. А, учитывая современные технологии получения самоостанавливающегося ядерного топлива, увеличение ресурса с часа до нескольких часов является вполне реальной задачей.

Конструкции ядерных ракетных двигателей

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — реактивный двигатель, в котором энергия, возникающая при ядерной реакции распада или синтеза, нагревает рабочее тело (чаще всего, водород или аммиак).
Существует три типа ЯРД по виду топлива для реактора:

твердофазный;
жидкофазный;
газофазный.

Наиболее законченным является твердофазный вариант двигателя. На рисунке изображена схема простейшего ЯРД с реактором на твердом ядерном горючем. Рабочее тело располагается во внешнем баке. С помощью насоса оно подается в камеру двигателя. В камере рабочее тело распыляется с помощью форсунок и вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным топливом. Нагреваясь, оно расширяется и с огромной скоростью вылетает из камеры через сопло.

В газофазных ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду), которое, в свою очередь, будучи нагретым до высоких температур и образует реактивную струю.
По типу ядерной реакции различают радиоизотопный ракетный двигатель, термоядерный ракетный двигатель и собственно ядерный двигатель (используется энергия деления ядер).
Интересным вариантом также является импульсный ЯРД — в качестве источника энергии (горючего) предлагается использовать ядерный заряд. Такие установки могут быть внутреннего и внешнего типов.
Основными преимуществами ЯРД являются:

высокий удельный импульс;
значительный энергозапас;
компактность двигательной установки;
возможность получения очень большой тяги — десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме.

Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:

потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
истечение радиоактивных газов с рабочим телом.

Ядерная энергодвигательная установка

Учитывая, что какую-либо достоверную информацию о ЯЭДУ по публикациям, в том числе и из научных статей, получить невозможно, принцип работы таких установок лучше всего рассматривать на примерах открытых патентных материалов, хотя и содержащих ноу-хау.
Так, например, выдающимся российским учёным Коротеевым Анатолием Сазоновичем, автором изобретения по патенту , приведено техническое решение по составу оборудования для современной ЯРДУ. Далее привожу часть указанного патентного документа дословно и без комментариев.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, представленной на чертеже. ЯЭДУ, функционирующая в двигательно-энергетическом режиме, содержит электроракетную двигательную установку (ЭРДУ) (на схеме для примера представлено два электроракетных двигателя 1 и 2 с соответствующими системами подачи 3 и 4), реакторную установку 5, турбину 6, компрессор 7, генератор 8, теплообменник-рекуператор 9, вихревую трубку Ранка-Хильша 10, холодильник-излучатель 11. При этом турбина 6, компрессор 7 и генератор 8 объединены в единый агрегат — турбогенератор-компрессор. ЯЭДУ оснащена трубопроводами 12 рабочего тела и электрическими линиями 13, соединяющими генератор 8 и ЭРДУ. Теплообменник-рекуператор 9 имеет так называемые высокотемпературный 14 и низкотемпературный 15 входы рабочего тела, а также высокотемпературный 16 и низкотемпературный 17 выходы рабочего тела.
Выход реакторной установки 5 соединен со входом турбины 6, выход турбины 6 соединен с высокотемпературным входом 14 теплообменника-рекуператора 9. Низкотемпературный выход 15 теплообменника-рекуператора 9 соединен со входом в вихревую трубку Ранка-Хильша 10. Вихревая трубка Ранка-Хильша 10 имеет два выхода, один из которых (по «горячему» рабочему телу) соединен с холодильником-излучателем 11, а другой (по «холодному» рабочему телу) соединен со входом компрессора 7. Выход холодильника-излучателя 11 также соединен со входом в компрессор 7. Выход компрессора 7 соединен с низкотемпературным 15 входом в теплообменник-рекуператор 9. Высокотемпературный выход 16 теплообменника-рекуператора 9 соединен со входом в реакторную установку 5. Таким образом, основные элементы ЯЭДУ связаны между собой единым контуром рабочего тела.
ЯЭДУ работает следующим образом. Нагретое в реакторной установке 5 рабочее тело направляется на турбину 6, которая обеспечивает работу компрессора 7 и генератора 8 турбогенератора-компрессора. Генератор 8 производит генерацию электрической энергии, которая по электрическим линиям 13 направляется к электроракетным двигателям 1 и 2 и их системам подачи 3 и 4, обеспечивая их работу. После выхода из турбины 6 рабочее тело направляется через высокотемпературный вход 14 в теплообменник-рекуператор 9, где осуществляется частичное охлаждение рабочего тела.

Затем, из низкотемпературного выхода 17 теплообменника-рекуператора 9 рабочее тело направляется в вихревую трубку Ранка-Хильша 10, внутри которой происходит разделение потока рабочего тела на «горячую» и «холодную» составляющие. «Горячая» часть рабочего тела далее следует в холодильник-излучатель 11, где происходит эффективное охлаждение этой части рабочего тела. «Холодная» часть рабочего тела следует на вход в компрессор 7, туда же следует после охлаждения часть рабочего тела, выходящая из холодильника-излучателя 11.
Компрессор 7 производит подачу охлажденного рабочего тела в теплообменник-рекуператор 9 через низкотемпературный вход 15. Это охлажденное рабочее тело в теплообменнике-рекуператоре 9 обеспечивает частичное охлаждение встречного потока рабочего тела, поступающего в теплообменник-рекуператор 9 из турбины 6 через высокотемпературный вход 14. Далее, частично подогретое рабочее тело (за счет теплообмена с встречным потоком рабочего тела из турбины 6) из теплообменника-рекуператора 9 через высокотемпературный выход 16 вновь поступает к реакторной установке 5, цикл вновь повторяется.
Таким образом, находящееся в замкнутом контуре единое рабочее тело обеспечивает непрерывную работу ЯЭДУ, причем использование в составе ЯЭДУ вихревой трубки Ранка-Хильша в соответствии с заявляемым техническим решением обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик ЯЭДУ, повышает надежность ее работы, упрощает ее конструктивную схему и дает возможность повысить эффективность ЯЭДУ в целом. Ссылки:
1.Ракета, о которой никто не знал.

История

Начало работ над ядерными двигателями приходится на 1960-е гг. Ряд предприятий советской отрасли, в частности центр Келдыша, КБХА, Институт Доллежаля, принимали участие в этих работах, в результате был накоплен колоссальный опыт не только по работе с ядерными двигателями, но и по термоэмиссионным и термоэлектрическим энергоустановкам, а также по материалам и топливу.

В советское время c 1968 по 1988 гг. была выпущена серия спутников «Космос» с ядерными реакторами. Несколько аварий спутников этой серии вызвали большой резонанс.

Установки первого поколения от начала XXI в. отличались невысокой мощностью: установки типа «Бук», производимые в 1970-е гг. НПО «Красная звезда», имели мощность 5 киловатт, в то время как установка начала XXI в. имеет по проекту мощность в 200 раз выше — 1 мегаватт.

Отличие от ядерного ракетного двигателя в котором реактор был нужен для разогрева рабочего тела и создания реактивной тяги, реактор ЯЭДУ установки вырабатывал тепловую энергию, которая преобразуется в электрическую и далее расходуется на работу двигателя, установка работает по замкнутому циклу без выброса радиоактивных веществ, специально для ЯЭДУ в СССР был создан стационарный плазменный двигатель СПД-290, тягой до 1500 мН.

Также для ЯЭДУ рассматривался вариант ионного двигателя (ИД) высокой мощности разработанный исследовательским центром Келдыша ИД-500. Его параметры: мощность 32-35 кВт, тяга 375—750 мН, удельный импульс 70000 м/с, коэффициент полезного действия 0,75. 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 поджигающим электродом, выполненным из графита. Однако от ИД-500 отказались из-за быстрой деградации электродов, относительно СПД.

ЯЭДУ мегаваттного класса

Основная статья: Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса

В 2009 году проект ЯЭДУ мегаваттного класса утвердила Комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России. Главным предприятием конструктором считается «НИКИЭТ», во главе с директором — генеральным конструктором Юрием Драгуновым. Проект направлен на то, чтобы вывести Россию на лидирующие позиции в создании энергетических комплексов космического назначения, способных решать широкий спектр задач в космосе, таких как исследование Луны и дальних планет с созданием на них автоматических баз. Особенность проекта 2009—2018 заключается в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси. А также то, что рабочие органы системы и защиты реакторной установки выполнены из труб, изготовленных из молибденового сплава. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование, проектная документация, завершены испытания системы управления реактором, проведены испытания ТВЭЛ, проведены испытания корпуса реактора, проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки. На выставке «Госзаказ — ЗА честные закупки 2016», которая прошла с 23 по 25 марта в Москве, АО «НИКИЭТ» представило макет реакторной установки для ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.

Примечания

АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
1 2 3 4 5 В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
Экспедиция к Марсу может отправиться на российских ядерных двигателях
С атомной энергетикой дальний космос станет ближе
1 2 3 4 5 6 Мы в космосе всегда были на шаг впереди других стран — Юрий Драгунов. 10.04.2015
10 радиационных инцидентов эпохи космической гонки
Синявский, 2015.
https://www.mai.ru/upload/iblock/1c5/rol-i-mesto-elektroraketnykh-dvigateley-v-rossiyskoy-kosmicheskoy-programme.pdf
Ионные, ядерные и плазменные двигатели для России и США
1 2 3 4 5 6 7 8 Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
1 2 3 4 5 Первую часть проекта ядерного двигателя для корабля завершат в 2012 г
Could we travel to Mars in 30 DAYS Nasa believes nuclear-powered rockets could make trip faster and cheaper
Реактор для космического ядерного двигателя будет готов к концу 2014 г
Дорога к Марсу. Российские ученые готовы к покорению Красной планеты
В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки.
Стенографический отчёт о заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России. Президент России (28 октября 2009). — «Предлагается уникальный прорывной проект создания транспортного энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.». Дата обращения 30 октября 2016. Архивировано 30 октября 2016 года.
Уникальный конструкционный материал корпуса способен обеспечить работу реактора на протяжении более чем 100 тысяч часов.
Уникальные трубы для космической ядерной энергоустановки созданы в РФ
Российские специалисты создали не имеющие аналогов трубы для системы управления будущей космической ядерной энергодвигательной установки
В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля
Предприятия Росатома приняли участие в форуме-выставке «Госзаказ — ЗА честные закупки 2016»

t-31.ru

Россия завершает один из самых амбициозных советских проектов по освоению Космоса

Источник фото: ru.wikipedia.org

Один из самых амбициозных советско-российских проектов в области освоения космоса вступает в фазу непосредственной практической реализации. Это резко изменит ситуацию и в околоземном пространстве, и на самой Земле.

На сегодняшний день полёты в околоземное пространство осуществляются на ракетах, которые движутся за счёт сгорания в их двигателях жидкого или твёрдого топлива. За прошедшие полвека эта ракетная технология была отработана во всем мире до мелочей. Но и сами ракетостроители признают, что дальше развивать её проблематично.

«Из существующих ракетных двигателей, будь это жидкостные или твердотопливные, грубо говоря, выжато всё, и попытки увеличения тяги, удельного импульса просто бесперспективны. Ядерные же энергодвигательные установки дают увеличение в разы. На примере полёта к Марсу – сейчас надо лететь полтора-два года туда и обратно, а можно будет слетать за два-четыре месяца», – комментировал в своё время ситуацию экс-глава Федерального космического агентства России Анатолий Перминов.

В России с 2010 года выполняется не имеющий аналогов в мире проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.

И вот на днях директор Центра имени Келдыша, академик Анатолий Коротеев сообщил, что ядерная энергодвигательная установка (ЯЭДУ) будет готова к полёту в 2018 году. Таким образом, в России к концу нынешнего десятилетия планируют создать космический корабль для межпланетных путешествий на ядерной тяге.

«У нас срок определен – к 2018 году изделие должно быть готово к летным испытаниям, а к 2015 году должна быть завершена основная отработка двигателя. Дальше – ресурсные испытания и испытания всего агрегата в целом», – говорил в 2017 году начальник отдела электрофизики Исследовательского центра имени М.В. Келдыша, профессор факультета аэрофизики и космических исследований МФТИ Олег Горшков.

Такие корабли позволяют резко активизировать деятельность и в околоземном пространстве и дают реальную возможность началу колонизации Луны (уже есть проекты строительства на спутнике Земли атомных станций).

«Использовать ЯЭДУ с ионными двигателями можно на межорбитальном многоразовом буксире. К примеру, возить грузы между низкими и высокими орбитами, осуществлять полеты к астероидам. Можно создать многоразовый лунный буксир или отправить экспедицию на Марс», – считает профессор Горшков.

В то же время, член спецкомиссии NASA по пилотируемым полетам Эдвард Кроули, считает, что на корабле для международного полёта к Марсу должны стоять российские ядерные двигатели.

«Востребован российский опыт в сфере разработки ядерных двигателей. Я думаю, у России есть очень большой опыт, как в разработке ракетных двигателей, так и в ядерных технологиях. У нее есть также большой опыт адаптации человека к условиям космоса, поскольку российские космонавты совершали очень долгие полёты», – сказал Кроули после лекции в МГУ, посвященной американским планам пилотируемых исследований космоса.

Эксперты подчёркивают, что подобные корабли резко меняют экономику освоения космоса. По мнению специалистов, ракета-носитель на ядерной тяге даёт возможность снизить стоимость выведения полезного груза на окололунную орбиту более чем в два раза по сравнению с жидкостными ракетными двигателями, пишет журнал «Эксперт».

Кроме того, этот проект считается одним из наиболее прорывных для России, поскольку в ходе реализации этого проекта новые материалы и технологии будут разработаны и затем внедрены в другие отрасли промышленности — металлургию, машиностроение и т.д.

Русский мир

www.nasha-strana.info

«Завершены наземные испытания системы охлаждения ядерного двигателя мегаваттного класса» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

В России прошли наземные испытания системы охлаждения космической ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Это серьезный этап проекта по созданию космического транспортного комплекса нового поколения. Когда и куда полетим на ядерном «движке»? Зачем нужен ракетный двигатель на метане и… йоде? Какие агрегаты двигателей можно «вырастить» с помощью 3D-технологий? Об этом «РГ» беседует с генеральным директором «Центра Келдыша» доктором технических наук Владимиром Кошлаковым.

Владимир Владимирович, как вы прокомментируете испытания?

Прошли успешно. Создан хороший задел, чтобы двигаться дальше.

Какие возможности открывает ядерный двигатель? Он нужен для полетов к Марсу?

Не только. Сегодня космические аппараты летают либо на двигателях, работающих на химическом топливе, либо на маломощных электроракетных двигателях, питаемых от солнечных батарей. Но с помощью таких систем к тому же Марсу лететь очень долго. Для пилотируемых полетов это плохо: человек не должен находиться в космическом пространстве больше, чем год-два. А ядерные энергодвигательные системы позволят долететь достаточно быстро. И, что самое главное, вернуться назад. Эти системы особенно перспективны для межорбитальных, межпланетных перелетов, освоения дальних планет.

Говорят, на ядерном движке до Марса можно долететь едва ли не пулей — за полтора месяца?

Это преувеличение. Несколько дней до Луны — да, а до Марса полет займет 7-8 месяцев.

Ваш прогноз: когда это все-таки может осуществиться?

Технически это осуществимо в ближайшее время, однако полет на Марс не самоцель. Создаваемые энергодвигательные системы могут быть основой для целого ряда миссий в космосе, которые сейчас кажутся фантастическими.

А когда начнутся летные испытания? Была информация, что чуть ли не в конце этого года?

До этого еще далеко. Мы ведем проект с 2009 года. Он уникальный, уникальные технологии. Требовалось решить огромное количество научно-технических и технологических задач, которые не решил еще никто в мире. Это создание высокотемпературных систем сброса тепла в космическом пространстве, систем преобразования энергии, электроплазменных двигателей больших мощностей, высокотемпературных элементов и материалов…
На сегодняшний момент сделано многое. Самое принципиальное: мы показали когда ставишь такие высокие планки, то результаты обязательно будут. И, поверьте, они превысят современный уровень развития науки и техники.

Испытания проходят на базе Центра?

Да. У нас создана стендовая база, аналогов которой нет в России. Она позволяет проводить отработку всех ключевых элементов энергодвигательных систем и космических аппаратов в целом.

Что называется, на пальцах можете объяснить, из чего состоит ядерный двигатель?

Прежде всего из источника энергии — это ядерный реактор, который нагревает рабочее тело. Нагретое рабочее тело поступает на турбину, на одном валу с которой находится электрогенератор. Вращая турбину, мы генерируем электрический ток, который необходим для обеспечения работы космического аппарата в целом и электроплазменных двигателей в частности. Тяга электроплазменного двигателя — это движущая сила космического аппарата как транспортной системы.

А что за уникальный теплоноситель используется?

Гелий-ксеноновая смесь. Его основное преимущество — химическая нейтральность по отношению к материалам. Ведь аппарат должен длительное время работать при запредельно высоких и низких температурах. Плюс ряд других теплофизических характеристик, которые позволяют создавать оптимально эффективный контур, снизить массу и габариты реактора, теплообменных агрегатов.

Какими еще перспективными ракетными двигателями занимаются конструкторы?

У нас ведутся научно-исследовательские, поисковые работы по созданию перспективных ракетных двигателей всех типов. Не только жидкостных, но и электроплазменных, гиперзвуковых и других. Например, много говорят о кислородно-метановом двигателе или просто метановом. Эти работы также зарождались в нашем институте. Проведен большой комплекс экспериментальных исследований различных физических процессов. И на сегодняшний момент Россия близка к созданию метанового двигателя.

А зачем он нужен?

Метановый двигатель перспективен с нескольких точек зрения. Прежде всего в отличие от керосина он содержит в себе меньше связанных углеродсодержащих веществ. То есть практически не выделяет сажи. Если мы говорим про многоразовые системы, то это очень важно: двигатель не нужно перед каждым циклом включения очищать, промывать.
Еще одно преимущество — температура криогенного метана и криогенного кислорода примерно одинакова. Поэтому можем упрощать конструкцию ракет, создавая совмещенные баки, когда между двумя компонентами всего одна стенка. В кислород-керосинной ракете две стенки, поскольку температура керосина примерно плюс 20 градусов Цельсия, а жидкого кислорода — минус 170. Поэтому ее конструкция и тяжелее, и сложнее. Кроме того, метан — достаточно дешевое топливо. Тоже большой плюс.
Ракета улетела, вернулась — и через 48 часов ее можно заново пускать с тем же двигателем. Вот те планки, которые ставит перед нами рынок

На каких ракетах будет устанавливаться этот ракетный двигатель?

На новых, перспективных ракетах, проработки которых еще только ведутся.

А на ракете «Союз-5», которая должна быть создана к 2022 году? На «сверхтяже», первый запуск которой планируется в 2028 году?

Владимир Кошлаков: Нет. На ракете «Союз-5» и «сверхтяже», в котором будут использованы элементы и технологии «Союза-5», планируется устанавливать двигатели, которые уже есть либо имеют значительный задел по основным элементам.

Когда реально может появиться метановый двигатель?

Опытно-конструкторские работы должны завершиться в течение пяти лет. Они сейчас ведутся в воронежском КБ химавтоматики.

А что за первый в мире электроракетный двигатель с замкнутым дрейфом электронов, известный также как холловский двигатель, на 800 вольт разработан в «Центре Келдыша»?

Электроплазменными двигателями мы занимаемся давно. Не только разрабатываем, но и производим. Они летают и на отечественных, и на зарубежных космических аппаратах. Так вот исследования показали: повышение напряжения в электроракетном двигателе с традиционных 300 вольт до 500 и 800 позволяет существенно улучшить его энергетические характеристики. И мы сейчас проводим работы по созданию двигателей, работающих при больших напряжениях. Фактически электроракетные двигатели холловского типа с таким напряжением приближаются к ионным.

Насколько я знаю, интерес к плазменным двигателям огромный во всем мире?

Они наилучшим образом отвечают современным задачам в космосе.

Интересно, а у каких из альтернативных ракетных топлив наиболее «светлое» будущее?

Альтернативы электрическим двигателям для космических аппаратов, наверное, все-таки нет. Сегодня, кроме ксенона, рассматриваются различные топлива. Конечно, аргон — как наиболее простой и дешевый. Криптон, который по своим характеристикам лучше ксенона, но тоже не дешевый. Ведутся проработки по использованию в качестве ракетного топлива йода. Здесь преимущество в том, что йод можно хранить в твердом состоянии. Это компактнее — меньше масса. Но эти работы также находятся в стадии научно-исследовательских работ для создания задела. Проектов много. Повторюсь, на острие — ядерная тематика. Это самое перспективное направление. И мы здесь не на последних ролях.

Кто главные наши конкуренты: Blue Origin, SpaceX?..

Пожалуй, только США. Если говорить про жидкостные ракетные двигатели, то, конечно, большой задел в США, Китае. Хотя те же США покупают эти двигатели у нас. РД-180 разработки «НПО Энергомаш», на мой взгляд, лучшие в мире: линейка этих двигателей покрывает весь рынок таких двигателей по своим характеристикам и цене. Но мир на месте не стоит. Новые материалы, технологии и конструкторские решения появляются и за рубежом. Конкуренция растет. Поэтому у нас ведутся проработки по созданию дешевых коммерческих носителей, которые бы по своей стоимости и надежности не уступали западным. Это одна из основных задач, поставленных перед нами руководством «Роскосмоса».

Новые российские двигатели изначально разрабатываются как многоразовые?

Многоразовость ставится во главу угла. Однако требуется рациональный подход. Двигатели должны быть ремонтопригодными, иметь большое количество включений без вмешательства человека. Фактически, создав двигатель, мы могли бы «прокатать» его столько, сколько надо, на экспериментальном стенде. Подтвердить его надежность. И все. Двигатель консервируют: больше доступа человека к нему не должно быть. Это одно из требований, которое мы рассматриваем при создании новых двигателей.

Сколько включений самое оптимальное?

Вопрос открытый. На днях у нас прошла конференция по актуальным проблемам ракетного двигателестроения. Выступал генеральный директор S7 Space г-н Сопов. Он сказал: мне нужны двигатели, которые могли бы включаться 100 раз. При этом межполетный интервал — каждые десять включений. То есть десять раз отработал — специалисты посмотрели, провели регламент, пошли дальше. А время между двумя включениями не должно быть больше 48 часов. То есть ракета улетела, вернулась — и через 48 часов ее можно заново пускать с тем же двигателем. Вот те планки, которые ставит перед нами рынок.

Они достижимы?

Они реализуемы. Надо работать.

Знаю, что у вас в институте функционирует Центр по применению нанотехнологий в энергетике и электроснабжении космических систем. Что делается для повышения надежности космической техники?

У наших ученых есть возможность достаточно глубоко заглянуть в физические процессы, которые протекают в двигателях. Приведу пример: при нанесении покрытия на огневую стенку камеры сгорания произошло отслоение покрытия. Запас работоспособности двигателя при этом, естественно, снижается. Оказалось, был секундный перебой с электроэнергией, и процесс образования защитной пленки прекратился. Электричество включилось, но внутри покрытия образовалась граница раздела. Она-то и стала причиной отслоения. Исследование объектов размерами с нанометр, определение структурного и фазового состояния материала, анализ межкристаллитных процессов — далеко не полный перечень возможностей оборудования.
Лазерное зажигание — еще одно из направлений повышения надежности. Кроме того, мы активно развиваем программно-методическое обеспечение, которое могло бы смоделировать работу двигателя и найти узкие места еще до постановки в ракету.

Насколько снижает вес мотора применение композитов?

Очень серьезно. Чтобы было понятно: плотность углеродных материалов — 1,2-1,4 грамма на кубический сантиметр. Плотность алюминия — 2,7, а стали — 7,8. Считайте. Меньше плотность — соответственно, меньше вес. Дело еще в том, что при высоких температурах прочностные характеристики металлов снижаются, поэтому мы вынуждены дополнительно утолщать стенки, что тоже ведет к повышению веса. А у углеродных материалов с повышением прочности физико-механические характеристики только становятся лучше.

Много говорят об аддитивных технологиях. Скажите, где их применение актуально?

Практически в любых изделиях. Например, изготовление форсуночной головки двигателя с помощью аддитивных технологий позволяет сделать целиком одну деталь. А традиционные методы включают более 200 элементов! И все надо отдельно изготовить, спаять, сварить, собрать. Что тоже ограничивает пределы работоспособности двигателя.
Правда, к аддитивным технологиям надо относиться аккуратно. Об этом говорят исследования: мы заглянули внутрь как самих изделий, так и каждой «порошинки». Иногда «порошинки» между собой не свариваются, не сплавляются — надо подбирать правильный режим работы, будь то лазерный пучок или электронный луч в этих станках. Но вообще аддитивные технологии очень перспективны: способствуют цифровизации производства, ускоряют процесс, устраняют человеческий фактор.

Сколько времени уходит на создание «звездного мотора»?

В среднем на создание опытного образца — 5-7 лет.

У американских частников дело быстрее идет?

Если вы имеете в виду Илона Маска, то он создал свою ракету на базе старых, давно разработанных и использованных двигателей. Он поступил как коммерсант: взял готовое отработанное решение и успешно его применил. При этом хотел бы отметить, что без поддержки государства не обошлось.

***

P. S. «Центру Келдыша» исполнилось 85 лет. Это одно из ведущих предприятий «Роскосмоса», работающее в области ракетного и спутникового двигателестроения, космической энергетики. Поздравляем!

sdelanounas.ru

Произведена сборка первого твэла для ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

https://vladimir-krm.livejournal.com/5068638.html

Произведена сборка первого твэла штатной конструкции для разрабатываемой предприятиями Госкорпорации «Росатом» реакторной установки в рамках реализации проекта «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».

Главный конструктор реакторной установки – ОАО «НИКИЭТ», главный конструктор-технолог твэла – ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ»), завод-изготовитель – ОАО «МСЗ».

Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса реализуется совместно предприятиями Росатома и Роскосмоса в соответствии с решением, принятым в 2009 г. Комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики России при Президенте РФ. Это поистине инновационный проект, не имеющий мировых аналогов, ориентированный на осуществление масштабных программ по изучению космического пространства, на создание качественно новых средств высокой энерговооруженности.

Источник: НИКИЭТ

Комментарий из ФБ:

Следующий этап космоса — как переход от гужевой повозки к автомобилю — создание ядерных планетолётов, способных перемещаться в Солнечной системе со скоростями в 10-20 раз большими, чем нынешние химические ракеты (пусть даже супер-пупер-тяжи). Но у амеров Вестингауз банкрот, а у нас это означает передать руководство Роскосмосом представителям Росатома.

Поэтому «космические генералы» и у нас, и в США, изо всех сил пудрят мозги политикам, имитируя прогресс воплями о никому не нужных супертяжах.

===

Дмитрий Конаныхин
10 минут назад

Не слушайте бред корпоративных лоббистов ни в США, ни в России.

Надо правильно поставить вопрос: «Что нужно регулярно возить на орбиту, чтобы для этого создавать супертяж?»

«Какие задачи так необходимо решать на Луне (Марсе), какие нельзя решить на околоземной орбите?»

И окажется, что вся эта гигантомания нужна лишь для того, чтобы избежать сокращения сотен и сотен чрезвычайно вкусных позиций, занимаемых топами космической отрасли. Если в отрасль входит стандартизация и унификация, то место сотен бешеных растратчиков госказны занимают несколько скучных бухгалтеров. )))

Космос, как отрасль, не может признаться в том, что на нынешних химических ракетах пилотируемая космонавтика дошла до предела. На другие небесные тела летать по инерции дорого и смертельно опасно. Возле Земли, на орбите, уже геройствовать нечего.

Это был мой комментарий к вопросу о необходимости возрождения в России советской супертяжёлой ракеты «Энергия». Все новейшие химические ракеты, такие как «великие походы», «фалконы», «ангары», «союзы-5» — это всё те же кареты, телеги и дилижансы, всё те же, модернизированные за полвека, но Фау-2, т.е. крайне дорогостоящая имитация прогресса за ваш счёт.

Ответ прозаичен: вам предлагается построить о-о-очень большую телегу лишь потому, что производители телег не хотят, чтобы вы тратили силы и средства на создание автомобиля. Программистам предлагаю другую аналогию: вам предлагают построить очень большие счёты вместо создания компьютера))

sokura.livejournal.com

В 2018 году Россия испытает ядерный космический двигатель

31 октября 2016 г., AEX.RU – Разрабатываемая в России силами предприятий госконцерна Росатом ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса будет готова в ноябре 2018 года для начала летно-конструкторских испытаний. Сейчас сообщается, что Роскосмос уже ведет подготовку предложений по «проведению испытаний ключевых элементов и систем, в том числе на борту МКС». Об этом пишет Военно-промышленный курьер.

Напомним, что в 2016-2018 годах разработка ядерной энергодвигательной установки получила бюджетное финансирование, при этом работы по созданию транспортного энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса были утверждены президентской комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики РФ еще в 2009 году. Эскизное проектирование было завершено к 2012 году. В 2014 году вокруг разработки, в связи с продвижением работ, начались спекуляции в СМИ.

В частности, неоднократно совершались «вбросы» о свертывании проекта, отсутствии к нему интереса у государства и т.д. В самом конце 2015 года головная организация проекта (АО «НИКИЭТ», Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля) подтвердила информацию о успешном развитии НИОКР по данной теме. Ученые также распространили данные об успешно проведенных испытаниях полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам для нагрузок при летной эксплуатации. Также сообщалось, что при создании блоков радиационной защиты, помимо традиционных водородсодержащих компонентов, широко использовались композиционные конструкционные и боросодержащие материалы. Приводилась информация, что тесты были выполнены на базе НПО «Машиностроение» в городе Реутов.

Ранее сообщалось, что конструктивно установка будет устроена следующим образом: 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. Новый ядерный энергоблок работает по замкнутому циклу, поэтому разработчики говорят, что радиоактивные вещества не попадут в окружающее пространство. Масса и габариты базовых элементов ядерной силовой установки должны обеспечивать их размещение в космических головных частях, существующих российских РН «Протон» и «Ангара».