Počas MAKS -2013 predstavila spolupráca domácich firiem zo štruktúr Roscosmos a Rosatom aktualizovaný model dopravného a energetického modulu (TEM) s vesmírnou jadrovou pohonnou jednotkou (JE) megawattovej triedy (NK č. 10, 2013, s. 4). Tento projekt bol verejne predstavený presne pred štyrmi rokmi, v októbri 2009 (daňový poriadok č. 12, 2009, s. 40). Čo sa za tento čas zmenilo?
Kronika projektu
Pripomeňme, že cieľom projektu je vytvorenie základne energetického pohonu a na jeho základe nových vesmírnych lodí s vysokým pomerom výkonu k hmotnosti na implementáciu ambicióznych programov na štúdium a prieskum vesmíru. Tieto prostriedky umožňujú realizovať expedície do hlbokého vesmíru, viac ako 20-násobné zvýšenie ekonomickej efektívnosti operácií vesmírnej dopravy a viac ako 10-násobné zvýšenie elektrickej energie na palube kozmickej lode.
Atómová elektráreň je založená na jadrovom reaktore s turbomotorovým konvertorom s dlhou životnosťou. Vývoj TEM sa vykonáva príkazom prezidenta Ruska z 22. júna 2010 č. 419-rp. Jeho vytvorenie predpokladá štátny program „Vesmírne aktivity Ruska na roky 2013 - 2020“a prezidentský program modernizácie hospodárstva. Práce na základe zmluvy sú financované z federálneho rozpočtu v rámci špeciálneho programu „Realizácia projektov Komisie pod vedením prezidenta Ruskej federácie na modernizáciu a technologický rozvoj ruského hospodárstva“*.
Na implementáciu tohto pokročilého projektu je v rokoch 2010 až 2018 vyčlenených viac ako 17 miliárd rubľov. Presné rozdelenie finančných prostriedkov je nasledovné: 7,245 miliardy rubľov je pridelených štátnej korporácii Rosatom na vývoj reaktora, 3,955 miliardy rubľov - pre Výskumné centrum MV Keldysh na vytvorenie jadrovej elektrárne a asi 5,8 miliardy rubľov - RSC Energia na výrobu TEM. Hlavnou organizáciou zodpovednou za vývoj samotného jadrového reaktora je Výskumný a vývojový ústav energetických technológií (NIKIET), ktorý je súčasťou systému Rosatom. Spolupráca zahŕňa aj Podolský vedecko -výskumný technologický ústav, RRC „Kurchatov Institute“, Institute of Physics and Power Engineering Institute v Obninsk, Scientific Research Institute NPO „Luch“, Scientific Research Institute of Atomic Reactors (NIIAR) a množstvo iné podniky a organizácie. Keldysh Center, Design Bureau for Chemical Engineering a Design Bureau for Chemical Automation urobili veľa pre okruh pracovnej tekutiny. Na vývoj generátora bol napojený Ústav elektromechaniky.
Projekt po prvýkrát implementuje inovatívne technológie, ktoré v mnohých ohľadoch nemajú vo svete obdoby:
vysoko účinný prevodný obvod;
vysokoteplotný kompaktný rýchly neutrónový reaktor so systémami chladenia plynom, zaisťujúci jadrovú a radiačnú bezpečnosť vo všetkých fázach prevádzky;
palivové články na báze paliva s vysokou hustotou;
tempomatový pohonný systém založený na bloku silných vysokovýkonných elektrických raketových motorov (EJE);
vysokoteplotné turbíny a kompaktné výmenníky tepla s desaťročnou projektovanou životnosťou;
vysokorýchlostné elektrické generátory-prevodníky vysokého výkonu;
rozmiestnenie štruktúr veľkých rozmerov vo vesmíre atď.
V navrhovanej schéme jadrový reaktor vyrába elektrickú energiu: plynové chladivo poháňané jadrom otáča turbínu, ktorá otáča elektrický generátor a kompresor, ktorý cirkuluje pracovnú tekutinu v uzavretej slučke. Látka z reaktora nevychádza do životného prostredia, to znamená, že je vylúčená rádioaktívna kontaminácia. Elektrická energia sa spotrebúva na prevádzku elektrického hnacieho motora, ktorý je z hľadiska spotreby pracovnej tekutiny viac ako 20 -krát úspornejší ako chemické analógy. Hmotnosť a rozmery základných prvkov jadrovej elektrárne by mali zaistiť ich umiestnenie do vesmírnych hlavíc existujúcich a perspektívnych ruských nosných rakiet „Proton“a „Angara“.
Kronika projektu ukazuje jeho rýchly vývoj v modernej dobe. 30. apríla 2010 zástupca generálneho riaditeľa Štátnej spoločnosti pre atómovú energiu Rosatom, riaditeľ Riaditeľstva pre komplex jadrových zbraní IM Kamenskikh schválil referenčný rámec pre rozvoj zariadenia reaktora a TEM v rámci projektu „Vytvorenie dopravného a energetického modulu založeného na megawattovej jadrovej elektrárni “. Dokument bol schválený a schválený spoločnosťou Roskosmos. 22. júna 2010 ruský prezident Dmitrij A. Medvedev podpísal nariadenie o určení výhradných dodávateľov projektu.
9. februára 2011 sa v Moskve na základe centra Keldysh uskutočnila videokonferencia podnikov - vývojári TEM. Zúčastnili sa ho vedúci Roscosmos A. N. Perminov, prezident a generálny konštruktér (RSC) Energia V. A. Lopota, riaditeľ centra Keldysh A. S. Koroteev, generálny riaditeľ dizajnér NIKIET ** Yu. G. Dragunov a hlavný viceprezident Smetannikov, konštruktér vesmírnej energie rastliny v NIKIET. Osobitná pozornosť sa venovala potrebe vytvoriť stojan „na zdroje“na testovanie inštalácie reaktora s jednotkou na premenu energie.
25. apríla 2011 spoločnosť Roscosmos vyhlásila verejnú súťaž na vývoj jadrovej elektrárne, multifunkčnej platformy na geostacionárnej obežnej dráhe a medziplanetárnych kozmických lodí. V dôsledku súťaže (ktorej víťazom bol 25. mája toho istého roku NIKIET) bola podpísaná štátna zmluva platná do roku 2015 v hodnote 805 miliónov rubľov na vytvorenie skúšobnej vzorky zariadenia.
V zmluve sa stanovuje vývoj: technického návrhu na vytvorenie skúšobnej vzorky (s tepelným simulátorom jadrového reaktora) vzorky jadrovej elektrárne; jeho návrh dizajnu; projektová a technologická dokumentácia pre prototypy komponentov stolového výrobku a základných prvkov jadrovej elektrárne; technologické postupy, ako aj príprava výroby na výrobu prototypov komponentov stolového výrobku a základných prvkov zariadenia; výrobu skúšobnej vzorky a uskutočnenie jej experimentálneho vývoja.
Skladba lavicového modelu jadrovej elektrárne by mala zahŕňať základné prvky štandardného zariadenia, navrhnutého tak, aby zabezpečilo následné vytvorenie inštalácií rôznych kapacít na základe modulárneho princípu. Vzorka z lavičky by mala generovať daný výkon - tepelný a elektrický, ako aj vytvárať ťahové impulzy, ktoré sú typické pre všetky fázy prevádzky jadrovej elektrárne ako súčasti kozmickej lode. Pre projekt bol vybraný vysokoteplotný plynom chladený rýchly neutrónový reaktor s tepelným výkonom až 4 MW.
23. augusta 2012 sa uskutočnilo stretnutie zástupcov spoločností Rosatom a Roscosmos, ktoré bolo venované organizácii prác na vytvorení testovacieho komplexu pre testy odolnosti potrebné na implementáciu projektu TEM. Uskutočnilo sa to vo Technologickom inštitúte vedeckého výskumu A. P. Aleksandrova v Sosnovom Bore neďaleko Petrohradu, kde sa plánuje vytvorenie špecifikovaného komplexu.
Predbežný návrh TEM bol dokončený v marci tohto roku. Získané výsledky umožnili prejsť v roku 2013 do fázy podrobného návrhu a výroby zariadení a vzoriek na autonómne testy. Testovanie a vývoj technológií chladiacej kvapaliny sa začal tento rok vo výskumnom reaktore MIR v NIIAR (Dimitrovgrad), kde bola nainštalovaná slučka na testovanie chladiva hélium-xenón pri teplotách nad 1000 ° C.
Pozemný prototyp reaktorovej elektrárne sa plánuje vytvoriť do roku 2015 a do roku 2018 by sa mal v Sosnovom Bore vyrobiť reaktorový závod na dokončenie pohonného systému jadrovej energie a začať jeho testy. Prvý TEM pre letové testy sa môže objaviť do roku 2020.
Ďalšie stretnutie k projektu sa uskutočnilo 10. septembra 2013 v štátnej korporácii Rosatom. Vedúci NIKIET Y. G. Dragunov predstavil informácie o stave práce a hlavných problémoch pri implementácii programu. Zdôraznil, že v súčasnosti špecialisti ústavu vypracovali dokumentáciu technického návrhu jadrovej elektrárne, identifikovali hlavné konštrukčné riešenia a práce vykonávajú v súlade s „plánom“projektu. Po stretnutí vedúci korporácie Rosatom S. V. Kirienko poveril spoločnosť NIKIET, aby pripravila návrhy na optimalizáciu plánu.
Niektoré podrobnosti o dizajne a konštrukčných prvkoch jadrovej elektrárne boli zistené počas rozhovoru so zástupcami centra Keldysh na leteckej výstave MAKS-2013. Vývojári predovšetkým uviedli, že inštalácia bude okamžite vykonaná v plnom rozsahu. veľkostná verzia bez toho, aby sa vytvoril zmenšený prototyp.
Jadrová elektráreň má extrémne vysoké (pre svoj typ) charakteristiky: s tepelným výkonom reaktora 4 MW bude elektrická energia v generátore 1 MW, to znamená, že účinnosť dosiahne 25%, čo sa považuje za veľmi dobrý indikátor.
Konvertor lopatkového stroja je dvojobvodový. V prvom okruhu je použitý doskový výmenník tepla - rekuperátor a rúrkový výmenník tepla - chladnička. Ten oddeľuje hlavný (prvý) okruh odvodu tepla a druhý okruh spätného tepla.
Pokiaľ ide o jedno z najzaujímavejších riešení vyvíjaných v rámci projektu (výber typu chladničky-radiátora druhého okruhu), odpoveď bola daná tak, že sa zvažuje odkvapkávací aj panelový výmenník tepla a zatiaľ výber nebol urobený. Na predvedenom modeli a plagátoch bola preferovaná možnosť predstavená odkvapkávacím chladičom. Paralelne prebiehajú práce na panelovom výmenníku tepla. Všimnite si toho, že celá štruktúra TEM je transformovateľná: pri štarte sa modul zmestí pod kapotáž LV hlavy a na obežnej dráhe „roztiahne krídla“- tyče sa roztiahnu, rozložia reaktor, motory a užitočné zaťaženie na veľkú vzdialenosť.
TEM bude používať celú radu vylepšených extrémne výkonných EPE - štyri „okvetné lístky“šiestich hlavných motorov s priemerom 500 mm, plus osem menších motorov na ovládanie valcov a korekciu kurzu. V predvádzacej miestnosti MAKS-2013 bol predstavený funkčný motor, ktorý už prechádza testovaním (zatiaľ na čiastočný ťah, s elektrickým výkonom až 5 kW). EJE fungujú na xenónoch. Je to najlepšia, ale aj najdrahšia pracovná tekutina. Uvažovalo sa o ďalších možnostiach: najmä kovy - lítium a sodík. Motory založené na takom pracovnom médiu sú však menej ekonomické a je veľmi ťažké vykonať pozemné testy na týchto EJE.
Odhadovaný zdroj jadrovej elektrárne zahrnutej v projekte je desať rokov. Testy zdrojov sa majú vykonávať priamo na kompletnej inštalácii a jednotky budú fungovať autonómne na základni spolupracujúcich podnikov. Najmä turbodúchadlo vyvinuté v KBHM už bolo vyrobené a testuje sa vo vákuovej komore v Keldysh Centre. Bol tiež vyrobený tepelný simulátor 1 MW elektrického reaktora.
