Udviklingen af et atomkraftværk i megawattklasse til rumteknologi af en ny generation er begyndt i Rusland. Opgaven er overdraget til Keldysh Research Center. Anatoly KOROTEEV, direktør for centret, præsident for Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics, fortæller Interfax-AVN om dette projekts betydning for den russiske kosmonautik og dets betydning, skriver Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, udviklingen af et atomkraftværk er blevet et prioriteret mål, hvis opnåelse af betydelige ressourcer vil blive koncentreret. Er dette virkelig et projekt, som astronautikkens fremtid afhænger af?
- Nemlig. Lad os se, hvad astronautikken laver i dag. Vi vil se områder som satellitkommunikation, rumnavigation med høj præcision, fjernmåling af Jorden - det vil sige alt, der vedrører informationsstøtte. Den anden retning er løsningen af spørgsmål i forbindelse med udvidelse af vores viden om rummet ud over grænserne for nærjordisk rum. Endelig arbejder kosmonautikken, både i vores land og i andre lande, på at løse en række forskellige forsvarsopgaver. Disse er konventionelt tre sæt opgaver i rumaktiviteter i dag. Tidstestede, gennemprøvede transportsystemer bruges til at løse dem.
Hvis vi ser på, hvad vi forventer af astronautikken i morgen, så løses spørgsmålene om udvikling af produktionsteknologier i rummet sammen med forbedringen af de opgaver, der allerede er løst. Vi taler også om ekspeditioner til Månen og Mars. Og ikke om besøgsekspeditioner, som var den amerikanske ekspedition til månen, men om et langt ophold på andre planeter, så du kan afsætte tilstrækkelig tid til deres undersøgelse.
Derudover rejses spørgsmål om Jordens mulige strømforsyning fra rummet, om kampen mod asteroide-kometfaren. Alle disse opgaver er af en helt anden rækkefølge end i dag. Så hvis vi tænker over, hvordan dette kompleks af opgaver leveres af transport- og energistrukturen, vil vi se, at der er et alvorligt behov for at øge vores rumfartøjs energiforsyning og motorernes effektivitet.
Vi har uøkonomiske biler i dag. Forestil dig, at for hver 100 tons, der flyver fra jorden, bliver 3% i bedste fald til en nyttelast. Dette er for alle moderne raketter. Alt andet smides som brændt brændstof.
Med hensyn til langsigtede opgaver er det ekstremt vigtigt, at vi bevæger os i rummet økonomisk nok. Her er der begrebet specifik kraft, som kendetegner motorens effektivitet. Dette er forholdet mellem det tryk, det skaber, og massebrændstofforbruget. Hvis vi tager den første tyske FAU-2-raket, så var dens specifikke tryk i de gamle måleenheder 220 sekunder. I dag giver det bedste fremdriftsenergisystem, der bruger hydrogen med ilt, et specifikt tryk på op til 450 sekunder. Det vil sige, at 60-70 års arbejde med de bedste sind i verden kun har hævet den specifikke kraft ved traditionelle raketmotorer med kun to gange.
Er det muligt at øge denne indikator flere gange eller i størrelsesordener? Det viser sig, at der er. For eksempel ved at bruge atommotorer kan vi øge det specifikke tryk til omkring 900 sekunder, det vil sige yderligere to gange. Og ved hjælp af en ioniseret arbejdsvæske til acceleration kunne de nå værdier på 9000-10000 sekunder, det vil sige, at de ville øge det specifikke tryk 20 gange. Og dette er allerede delvist opnået i dag: på satellitter med lav fremdrift bruges plasmamotorer, som giver et specifikt tryk i størrelsesordenen 1600 sekunder. Sådanne enheder har dog stadig brug for tilstrækkelig elektrisk strøm. Hvis du ikke tager højde for en helt unik struktur - den internationale rumstation, hvor elniveauet er omkring 100 kW, så har de mest kraftfulde satellitter i dag et elektrisk forsyningsniveau på kun 20-30 kW. Det er meget svært at løse en række opgaver, hvis vi forbliver på dette niveau.
- Det vil sige, du har brug for et kvalitativt spring?
- Ja. Astronautikken oplever i dag en tilstand tæt på den, hvor luftfarten befandt sig efter Anden Verdenskrig, da det blev klart, at det ikke længere var muligt at øge hastigheden med stempelmotorer, var det umuligt at øge rækkevidden alvorligt, og generelt at have økonomisk rentabel luftfart. Så, som du husker, var der et spring i luftfarten, og de skiftede fra stempelmotorer til jetmotorer. Næsten den samme situation er nu inden for rumteknologi. Vi mangler energiudmærkelse til at tackle alvorlige udfordringer.
Det blev i øvrigt klart ikke i dag. Allerede i 60'erne og 70'erne, både i vores land og i USA, begyndte arbejdet med at bruge atomkraft i rummet. Oprindeligt blev opgaven sat til at skabe raketmotorer, der i stedet for den kemiske energi ved forbrænding af brændstof og oxidationsmiddel ville bruge opvarmning af brint til en temperatur på omkring 3000 grader. Men det viste sig, at en sådan direkte vej stadig er ineffektiv. Vi modtager høj tryk i en kort tid, men vi smider samtidig en jet, som i tilfælde af unormal drift af reaktoren kan vise sig at være radioaktivt forurenet.
På trods af den enorme mængde arbejde, der blev udført i 60'erne og 70'erne i Sovjetunionen og USA, var hverken vi eller amerikanerne i stand til at skabe pålidelige arbejdsmotorer på det tidspunkt. De virkede, men ikke meget, fordi opvarmning af brint op til 3000 tusinde grader i en atomreaktor er en alvorlig opgave.
Der var også miljøproblemer under jordtest af motorer, da radioaktive stråler blev kastet ud i atmosfæren. I Sovjetunionen blev dette arbejde udført på Semipalatinsk -teststedet specielt forberedt til atomprøvninger, der blev tilbage i Kasakhstan.
Og alligevel med hensyn til brugen af atomkraft til rumfartøjsforsyning gjorde Sovjetunionen et meget alvorligt skridt i disse år. 32 satellitter blev fremstillet. Ved brug af atomkraft på enhederne var det muligt at opnå elektrisk strøm i en størrelsesorden højere end fra solenergi.
Efterfølgende stoppede Sovjetunionen og USA af forskellige årsager dette arbejde i nogen tid. I dag er det klart, at de skal fornyes. Men det forekom os urimeligt at genoptage på en sådan måde for at lave en atommotor, som har de ovennævnte ulemper, og vi foreslog en helt anden tilgang.
- Og hvad er den grundlæggende forskel mellem den nye tilgang?
”Denne tilgang var anderledes end den gamle på samme måde som en hybridbil adskiller sig fra en konventionel bil. I en konventionel bil drejer motoren hjulene, mens der i hybridbiler genereres elektricitet fra motoren, og denne elektricitet drejer hjulene. Det vil sige, at der bliver skabt en slags mellemkraftværk.
På samme måde har vi foreslået en ordning, hvor en rumreaktor ikke opvarmer strålen, der skubbes ud af den, men genererer elektricitet. Den varme gas fra reaktoren drejer turbinen, turbinen drejer den elektriske generator og kompressoren, som cirkulerer arbejdsvæsken i en lukket sløjfe. Generatoren genererer elektricitet til en plasmamotor med et specifikt tryk 20 gange højere end kemiske motorers.
Hvad er de vigtigste fordele ved denne tilgang. For det første er der ikke behov for Semipalatinsk -teststedet. Vi kan udføre alle test på Ruslands område uden at blive involveret i nogen lange, svære internationale forhandlinger om anvendelse af atomkraft uden for staten. For det andet vil strålen, der forlader motoren, ikke være radioaktiv, da et helt andet arbejdsvæske passerer gennem reaktoren, som er i en lukket sløjfe. Derudover behøver vi ikke opvarme brint i denne ordning, her cirkulerer et inert arbejdsvæske i reaktoren, som varmer op til 1500 grader. Vi forenkler vores opgave alvorligt. Endelig vil vi i sidste ende hæve det specifikke tryk ikke to gange, men 20 gange i forhold til kemiske motorer.
- Kan du nævne tidspunktet for projektet?
- Projektet omfatter følgende faser: i 2010 - begyndelsen af arbejdet; i 2012 - færdiggørelse af udkast til design og detaljeret computermodellering af arbejdsgangen; i 2015 - oprettelsen af et atomkraftfremdrivningssystem; i 2018 - oprettelse af et transportmodul ved hjælp af dette fremdriftssystem for at forberede systemet til flyvning i samme år.
Af den måde var computermodelleringsfasen ikke tidligere typisk for de skabte rumteknologiske produkter, men i dag er det absolut nødvendigt. På eksemplet med de nyeste motorer, der blev udviklet i Rusland, Frankrig og USA, blev det klart, at den klassiske gamle metode, da et stort antal prototyper blev lavet til test, er forældet.
I dag, når computerteknologiens muligheder er meget høje, især med fremkomsten af supercomputere, kan vi levere fysisk og matematisk modellering af processer, oprette en virtuel motor, spille mulige situationer, se, hvor faldgruberne er, og først derefter gå til oprette en motor, som de siger "i hardware".
Her er et godt eksempel. Du har sikkert hørt om RD - 180 -motoren til Atlas -raketten skabt til amerikanerne på Energomash Design Bureau. I stedet for 25-30 eksemplarer, som normalt blev brugt på at teste motoren, tog det kun 8, og RD-180 gik straks i live. Fordi udviklerne tog sig den ulejlighed at "afspille" alt dette på computere.
- Hvad er prisen på emissionen?
- I dag er der erklæret 17 milliarder rubler for hele projektet til og med 2018. Direkte for 2010 er der afsat 500 millioner rubler, herunder 430 millioner rubler - til Rosatom og 70 millioner rubler - til Roskosmos.
Vi vil naturligvis gerne tro, at hvis landets ledelse siger, at dette er et prioriteret område, og pengene er blevet tildelt, så vil de blive givet.
Det angivne beløb er mindre, end vi gerne vil have, men jeg tror, at dette er nok i de kommende år, og en lang række værker kan udføres med disse penge.
Vores institut er blevet udnævnt til chef for atomkraftværket, transportmodulet vil sandsynligvis blive foretaget af Energia Rocket and Space Corporation.
Generelt er projektet baseret på et samarbejde, der hovedsageligt består af Rosatoms virksomheder, der skal lave reaktoren, og Roskosmos, der vil fremstille turbokompressorer, generatorer og motorerne selv.
Selvfølgelig vil arbejdet bruge det videnskabelige grundlag, der er skabt i tidligere år. Eksempelvis er udviklingen af en reaktor baseret på et stort antal beslutninger, der tidligere blev truffet på en atommotor. Samarbejdet er det samme. Dette er Podolsk Scientific Research Technological Institute, Kurchatov Center, Obninsk Institute of Physics and Power Engineering. Keldysh Center, Design Bureau for Chemical Engineering og Voronezh Design Bureau for Chemical Automation har gjort meget i en lukket kredsløb. Vi vil udnytte denne oplevelse fuldt ud, når vi opretter en turbolader. Til generatoren forbinder vi Institute of Electromechanics, som har erfaring med at skabe flyvende generatorer.
Med et ord er der betydeligt grundarbejde, arbejdet starter ikke forfra.
- Kan Rusland komme foran andre lande i dette arbejde?
- Det udelukker jeg ikke. Jeg havde et møde med vicechef for NASA, vi diskuterede spørgsmål i forbindelse med tilbagevenden til arbejdet med atomkraft i rummet, og han sagde, at amerikanerne viser stor interesse for dette spørgsmål. Efter hans mening kan det ikke udelukkes, at arbejdet i denne retning kan fremskyndes.
Jeg udelukker ikke, at Kina kan reagere med aktive handlinger fra sin side, så vi skal arbejde hurtigt. Og ikke kun for at komme foran nogen med et halvt trin. Vi skal først og fremmest arbejde hurtigt, så vi ser værdig ud i det nye internationale samarbejde, og de facto bliver det dannet i dag. For at de ville tage os dertil og ikke påtage sig rollen som mennesker, der skulle lave metalfarme, men for at indstillingen til os ville være den samme, som den eksempelvis var i 90'erne. Derefter blev et stort sæt arbejde med atomkilder i rummet afklassificeret. Da disse værker blev kendt for amerikanerne, gav de dem meget høje karakterer. Op til det punkt, at der blev udarbejdet fælles programmer med os.
I princippet er det muligt, at der vil være et internationalt program for et atomkraftværk, svarende til det igangværende program for samarbejde om kontrolleret termonuklear fusion.
- Anatoly Sazonovich, i 2011 vil verden fejre årsdagen for den første bemandede flyvning ud i rummet. Dette er en god grund til at minde om landets præstationer i rummet.
- Jeg tænker ja. Det var jo ikke bare den første bemandede flyvning ud i rummet. Flyvningen blev mulig takket være løsningen på en meget bred vifte af videnskabelige, tekniske og medicinske spørgsmål. For første gang fløj en mand ud i rummet og vendte tilbage til Jorden, for første gang blev det bevist, at det termiske beskyttelsessystem fungerer normalt. Flyvningen havde en enorm international indvirkning. Lad os ikke glemme, at der kun er gået 16 år siden afslutningen på den sværeste krig for landet. Og nu viste det sig, at et land, der har mistet mere end 20 millioner mennesker og lidt enorm ødelæggelse, ikke kun er i stand til at gøre noget på det højeste verdensniveau, men endda overgå hele verden i en bestemt periode. Det var en ekstremt vigtig demonstration, der hævede landets autoritet og folkets stolthed.
I mit liv var der to begivenheder af lignende betydning. Dette er sejrsdagen og mødet med Yuri Gagarin, som jeg så personligt. Den 9. maj 1945 gik hele Moskva, fra Den Røde Plads til udkanten, ud for at fejre på gaden. Det var virkelig en spontan impuls, og den samme imponerende impuls var i april 1961, da Gagarin fløj.
Den internationale betydning af halvt århundredes jubilæum for den første flyvning skal styrkes. Det er nødvendigt at understrege og minde samfundet om vores lands rolle i rumforskning. Desværre har vi i de sidste 20 år ikke gjort dette særlig ofte. Hvis du åbner Internettet, vil du se en enorm mængde materiale relateret til f.eks. Den amerikanske ekspedition til månen, men der er ikke for meget materiale relateret til Gagarin -flyvningen. Hvis du taler med nuværende skolebørn, ved jeg ikke, hvis navn de ved bedre, Armstrong eller Gagarin. Derfor anser jeg det for helt korrekt at tage beslutningen om at fejre 50 -årsdagen for den første bemandede rumflyvning på statsniveau og give den en international lyd.
Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics vil udstede en medalje til denne begivenhed, som vil blive tildelt personer, der var involveret i den første flyvning eller bidrog tilstrækkeligt med udviklingen af astronautik. Derudover forbereder vi at afholde en stor international konference, hvor det er planlagt at diskutere med udenlandske og russiske partnere de træk ved bemandet rumforskning, der er karakteristiske for den nuværende fase. Der er mange svære spørgsmål her.
Hvis vi i dag stopper hundrede mennesker på gaden og spørger, hvem af kosmonauterne der flyver i rummet nu, gud forbyde det, hvis tre eller fire mennesker svarer os, og jeg er ikke overbevist om dette. Og hvis vi stiller spørgsmålet, hvad laver astronauterne på stationen, så endnu mindre. Jeg synes, at fremme af det virkelige rumliv, bemandede flyvninger er ekstremt vigtigt, og det bliver ikke gjort nok. Der er mange dumme materialer på tv, når nogen mødtes med udlændinge, eller hvordan udlændinge tog nogen væk.
Jeg gentager, 50-årsdagen for den første bemandede rumflyvning er en virkelig epokegivende begivenhed, den skal fejres på den mest værdige måde, både i vores land og på internationalt plan. Og selvfølgelig vil vores institut tage en direkte del i dette, han, der var i familie med denne flyvning og deltog i den. En række af vores medarbejdere i den periode modtog statspriser for især løsning af flyproblemer. For eksempel modtog vicedirektør for det daværende institut, akademikeren Georgy Petrov, titlen Helt af socialistisk arbejdskraft til udvikling af metoder til termisk beskyttelse af et skib under nedstigning fra kredsløb. Selvfølgelig vil vi forsøge at fejre denne begivenhed med værdighed.
