V Rusku sa začal vývoj jadrovej elektrárne triedy Megawatt pre vesmírnu technológiu novej generácie. Úlohou je poverené Výskumné centrum Keldysh. Anatoly KOROTEEV, riaditeľ centra, prezident Tsiolkovského ruskej akadémie kozmonautiky, hovorí Interfax-AVN o význame tohto projektu pre ruskú kozmonautiku a jeho význame, píše Rewer.net.
- Anatolij Sazonovič, rozvoj jadrovej elektrárne sa stal prioritným cieľom, na ktorého dosiahnutie sa budú sústreďovať značné zdroje. Je to skutočne projekt, od ktorého závisí budúcnosť astronautiky?
- Presne tak. Pozrime sa, čo robí astronautika dnes. Uvidíme také oblasti ako satelitná komunikácia, vysoko presná vesmírna navigácia, diaľkové snímanie Zeme - teda všetko, čo súvisí s informačnou podporou. Druhým smerom je riešenie problémov spojených s rozšírením našich znalostí o vesmíre za hranice blízkozemského priestoru. Nakoniec, kozmonautika, tak u nás, ako aj v iných krajinách, pracuje na vyriešení určitého okruhu obranných úloh. Dnes to sú bežne tri súbory úloh vo vesmírnych aktivitách. Na ich riešenie sa používajú osvedčené dopravné systémy overené časom.
Ak sa pozrieme na to, čo zajtra očakávame od astronautiky, potom spolu so zlepšením rozsahu už vyriešených úloh nastoľujú otázky vývoja výrobných technológií vo vesmíre. Hovoríme tiež o expedíciách na Mesiac a Mars. A nie o návštevách expedícií, ktorými bola americká expedícia na Mesiac, ale o dlhom pobyte na iných planétach, aby ste ich štúdiu mohli venovať dostatok času.
Okrem toho sa vynárajú otázky o možnom napájaní Zeme z vesmíru, o boji proti asteroidovo-kometárnemu nebezpečenstvu. Všetky tieto úlohy majú úplne iný poriadok ako tie dnešné. Ak sa teda zamyslíme nad tým, ako tento komplex úloh zabezpečuje dopravná a energetická štruktúra, uvidíme, že existuje vážna potreba zvýšiť dodávky energie našej kozmickej lode a účinnosť motorov.
Dnes máme nehospodárne vozidlá. Predstavte si, že na každých 100 ton odletujúcich zo Zeme sa v najlepšom prípade 3% premenia na užitočné zaťaženie. Toto je pre všetky moderné rakety. Všetko ostatné sa vyhodí ako spálené palivo.
Pokiaľ ide o dlhodobé úlohy, je mimoriadne dôležité, aby sme sa vo vesmíre pohybovali dostatočne ekonomicky. Tu je koncept špecifického ťahu, ktorý charakterizuje účinnosť motora. Toto je pomer ťahu, ktorý vytvára, k masovej spotrebe paliva. Ak vezmeme prvú nemeckú raketu FAU-2, potom jej špecifický ťah v starých merných jednotkách bol 220 sekúnd. Dnes najlepší pohonno-energetický systém využívajúci vodík s kyslíkom dáva špecifický ťah až 450 sekúnd. To znamená, že 60-70 rokov práce najlepších myslí na svete zvýšilo špecifický ťah tradičných raketových motorov iba dvakrát.
Je možné tento ukazovateľ zvýšiť niekoľkokrát alebo rádovo? Ukazuje sa, že existuje. Napríklad pomocou jadrových motorov by sme mohli špecifický ťah zvýšiť na zhruba 900 sekúnd, teda ešte dvakrát. A pomocou ionizovanej pracovnej tekutiny na zrýchlenie by mohli dosiahnuť hodnoty 9 000-10 000 sekúnd, to znamená, že by zvýšili špecifický ťah 20-krát. A to sa už dnes čiastočne podarilo: na satelitoch s nízkym ťahom sa používajú plazmové motory, ktoré dávajú špecifický ťah rádovo 1600 sekúnd. Takéto zariadenia však stále potrebujú dostatočný elektrický výkon. Ak neberiete do úvahy úplne unikátnu štruktúru - Medzinárodnú vesmírnu stanicu, kde je hladina elektriny asi 100 kW, tak dnes majú najvýkonnejšie satelity úroveň elektrického napájania iba 20 - 30 kW. Je veľmi ťažké vyriešiť množstvo úloh, ak zostaneme na tejto úrovni.
- To znamená, že potrebujete kvalitatívny skok?
- Áno. Astronautika dnes zažíva stav blízky stavu, v ktorom sa letectvo ocitlo po druhej svetovej vojne, keď sa ukázalo, že pomocou piestových motorov už nie je možné zvyšovať rýchlosť, nie je možné vážne zvýšiť dolet a vôbec mať ekonomicky výnosné letectvo. Potom, ako si pamätáte, nastal v letectve skok a oni prešli z piestových motorov na prúdové. Zhruba rovnaká situácia je teraz vo vesmírnych technológiách. Na riešenie vážnych výziev nám chýba energetická dokonalosť.
Mimochodom, dnes nie je jasné. Už v 60. a 70. rokoch sa u nás aj v USA začali práce na využívaní jadrovej energie vo vesmíre. Pôvodne bola úloha stanovená na vytvorenie raketových motorov, ktoré namiesto chemickej energie spaľovania paliva a okysličovadla využijú zahrievanie vodíka na teplotu asi 3000 stupňov. Ukázalo sa však, že takáto priama cesta je stále neúčinná. Krátkodobo dostávame vysoký ťah, ale zároveň vyhodíme prúd, ktorý sa v prípade abnormálnej prevádzky reaktora môže ukázať ako rádioaktívne kontaminovaný.
Napriek obrovskému množstvu práce, ktorá bola vykonaná v 60. a 70. rokoch v ZSSR a USA, sme ani my, ani Američania v tej dobe nedokázali vytvoriť spoľahlivé pracovné motory. Fungovali, ale nie veľa, pretože zahriatie vodíka v jadrovom reaktore až na 3000 tisíc stupňov je vážna úloha.
Pri pozemných testoch motorov došlo aj k problémom s životným prostredím, pretože rádioaktívne trysky boli vyhodené do atmosféry. V ZSSR bola táto práca vykonaná na testovacom mieste Semipalatinsk špeciálne pripravenom na jadrové testy, ktoré zostalo v Kazachstane.
A napriek tomu, pokiaľ ide o využitie jadrovej energie na napájanie kozmických lodí, urobil ZSSR v týchto rokoch veľmi vážny krok. Bolo vyrobených 32 satelitov. S využitím jadrovej energie na zariadeniach bolo možné získať elektrickú energiu rádovo vyššie ako zo slnečnej energie.
Následne ZSSR a USA z rôznych dôvodov tieto práce na určitý čas zastavili. Dnes je zrejmé, že ich treba obnoviť. Ale zdalo sa nám nerozumné pokračovať takýmto priamym spôsobom v záujme výroby jadrového motora, ktorý má vyššie uvedené nevýhody, a navrhli sme úplne iný prístup.
- A aký je zásadný rozdiel medzi novým prístupom?
"Tento prístup sa líšil od starého tým istým spôsobom, akým sa hybridné auto líši od konvenčného auta." V konvenčnom automobile motor otáča kolesá, zatiaľ čo v hybridných automobiloch sa z motora vyrába elektrická energia a táto elektrina otáča kolesá. To znamená, že vzniká akási medziľahlá elektráreň.
Rovnakým spôsobom sme navrhli schému, v ktorej vesmírny reaktor neohrieva prúd z neho vyvrhnutý, ale vyrába elektrickú energiu. Horúci plyn z reaktora otáča turbínu, turbína otáča elektrický generátor a kompresor, ktorý cirkuluje pracovnú tekutinu v uzavretej slučke. Generátor generuje elektrickú energiu pre plazmový motor so špecifickým ťahom 20 -krát vyšším ako v prípade chemických motorov.
Aké sú hlavné výhody tohto prístupu. Po prvé, nie je potrebné testovacie miesto Semipalatinsk. Všetky testy môžeme vykonať na území Ruska bez toho, aby sme sa zapojili do akýchkoľvek dlhých náročných medzinárodných rokovaní o využívaní jadrovej energie mimo štátu. Za druhé, prúd opúšťajúci motor nebude rádioaktívny, pretože reaktorom, ktorý je v uzavretej slučke, prechádza úplne iná pracovná tekutina. Navyše v tejto schéme nepotrebujeme ohrievať vodík, tu v reaktore cirkuluje inertná pracovná tekutina, ktorá sa zahrieva až na 1500 stupňov. Svoju úlohu vážne zjednodušujeme. Nakoniec, v konečnom dôsledku, zvýšime špecifický ťah nie dvakrát, ale 20 -krát v porovnaní s chemickými motormi.
- Môžete pomenovať načasovanie projektu?
- Projekt zahŕňa nasledujúce etapy: v roku 2010 - začiatok práce; v roku 2012 - dokončenie návrhu návrhu a podrobné počítačové modelovanie pracovného toku; v roku 2015 - vytvorenie pohonného systému jadrovej energie; v roku 2018 - vytvorenie dopravného modulu využívajúceho tento pohonný systém s cieľom pripraviť systém na let v tom istom roku.
Mimochodom, fáza počítačového modelovania nebola predtým typická pre vytvorené produkty vesmírnej technológie, ale dnes je to nevyhnutné. Na príklade najnovších motorov, ktoré boli vyvinuté v Rusku, Francúzsku a USA, bolo zrejmé, že klasická stará metóda, keď bolo na testovanie vyrobených veľké množstvo prototypov, je zastaraná.
Dnes, keď sú možnosti počítačových technológií veľmi vysoké, obzvlášť s nástupom superpočítačov, môžeme poskytnúť fyzické a matematické modelovanie procesov, vytvoriť virtuálny engine, hrať možné situácie, zistiť, kde sú nástrahy, a až potom prejsť na vytvorte motor, ako sa hovorí „v hardvéri“.
Tu je dobrý príklad. Pravdepodobne ste už počuli o motore RD - 180 pre raketu Atlas vytvorený pre Američanov v Energomash Design Bureau. Namiesto 25-30 kópií, ktoré boli zvyčajne vynaložené na testovanie motora, to trvalo iba 8 a RD-180 okamžite vstúpil do života. Pretože si vývojári dali prácu „hrať“to všetko na počítačoch.
- Aká je cena emisie?
- Na celý projekt do roku 2018 vrátane bolo dnes deklarovaných 17 miliárd rubľov. Priamo na rok 2010 bolo alokovaných 500 miliónov rubľov, vrátane 430 miliónov rubľov - pre Rosatom a 70 miliónov rubľov - pre Roskosmos.
Prirodzene by sme chceli veriť, že ak vedenie krajiny povie, že ide o prioritnú oblasť a peniaze budú pridelené, budú poskytnuté.
Deklarovaná suma je menšia, ako by sme chceli, ale myslím si, že na nasledujúce roky to stačí a za tieto peniaze je možné vykonať veľký rozsah prác.
Náš ústav bol vymenovaný za vedúceho jadrovej elektrárne, transportný modul bude s najväčšou pravdepodobnosťou vyrábať spoločnosť Energia Rocket and Space Corporation.
Projekt je vo všeobecnosti založený na spolupráci, ktorá pozostáva hlavne z podnikov Rosatomu, ktorý by mal vyrobiť reaktor, a Roskosmosu, ktorý bude vyrábať turbokompresory, generátory a samotné motory.
Práca samozrejme využije vedecké základy vytvorené v predchádzajúcich rokoch. Napríklad vývoj reaktora je založený na veľkom počte rozhodnutí, ktoré boli predtým prijaté o jadrovom motore. Spolupráca je rovnaká. Toto je technologický ústav vedeckého výskumu Podolsk, centrum Kurchatov, fyzikálny a energetický ústav Obninsk. Keldysh Center, Design Bureau for Chemical Engineering a Voronezh Design Bureau for Chemical Automation urobili veľa v uzavretom cykle. Tieto skúsenosti naplno využijeme pri tvorbe turbodúchadla. Pre generátor spájame Ústav elektromechaniky, ktorý má skúsenosti s vytváraním lietajúcich generátorov.
Jedným slovom, existuje značný základ, práca nezačína od nuly.
- Dokáže Rusko v tejto práci predbehnúť ostatné krajiny?
- Nevylučujem to. Mal som stretnutie so zástupcom vedúceho NASA, diskutovali sme o otázkach spojených s návratom k práci na jadrovej energii vo vesmíre a povedal, že Američania prejavujú o túto problematiku veľký záujem. Podľa jeho názoru nemožno vylúčiť možnosť urýchlenia práce v tomto smere na Západe.
Nevylučujem, že Čína môže reagovať aktívnymi krokmi zo svojej strany, takže musíme rýchlo pracovať. A nielen preto, aby sa pred niekým dostal o pol kroku. Musíme pracovať predovšetkým rýchlo, aby sme v rámci vznikajúcej medzinárodnej spolupráce, ktorá sa de facto dnes vytvára, vyzerali hodní. Aby nás tam vzali, a neprebrali úlohu ľudí, ktorí by mali robiť metalové farmy, ale aby bol postoj k nám rovnaký, ako bol napríklad v 90. rokoch. Potom bol odtajnený veľký súbor prác na jadrových zdrojoch vo vesmíre. Keď sa tieto diela dostali do povedomia Američanov, dali im veľmi vysoké známky. Až do tej miery, že boli s nami vypracované spoločné programy.
V zásade je možné, že pre jadrovú elektráreň bude existovať medzinárodný program, podobný prebiehajúcemu programu spolupráce na riadenej termonukleárnej fúzii.
- Anatolij Sazonovič, v roku 2011 svet oslávi výročie prvého letu človeka do vesmíru. To je dobrý dôvod pripomenúť si úspechy našej krajiny vo vesmíre.
- Myslím, že áno. Napokon to nebol len prvý let človeka do vesmíru. Let bol možný vďaka vyriešeniu veľmi širokého spektra vedeckých, technických a lekárskych problémov. Prvýkrát človek letel do vesmíru a vrátil sa na Zem. Prvýkrát sa dokázalo, že systém tepelnej ochrany funguje normálne. Let mal obrovský medzinárodný dosah. Nezabúdajme, že od konca najťažšej vojny pre krajinu uplynulo iba 16 rokov. A teraz sa ukázalo, že krajina, ktorá stratila viac ako 20 miliónov ľudí a utrpela kolosálne ničenie, je schopná nielen urobiť niečo na najvyššej svetovej úrovni, ale dokonca na určité obdobie predbehnúť celý svet. Bola to mimoriadne dôležitá demonštrácia, ktorá zvýšila autoritu krajiny a hrdosť ľudí.
V mojom živote boli dve udalosti podobného významu. Toto je Deň víťazstva a stretnutie Jurija Gagarina, ktoré som osobne videl. 9. mája 1945 vyrazila celá Moskva, od Červeného námestia po okraj, oslavovať do ulíc. Bol to skutočne spontánny impulz a ten istý pôsobivý impulz bol v apríli 1961, keď Gagarin letel.
Je potrebné posilniť medzinárodný význam polstoročného výročia prvého letu. Je potrebné spoločnosti zdôrazniť a pripomenúť úlohu našej krajiny pri prieskume vesmíru. Žiaľ, za posledných 20 rokov to nerobíme veľmi často. Ak otvoríte internet, uvidíte obrovské množstvo materiálu súvisiace napríklad s americkou expedíciou na Mesiac, ale s letom Gagarina nie je príliš veľa materiálu. Ak hovoríte so súčasnými školákmi, neviem, koho meno poznajú lepšie, Armstrong alebo Gagarin. Preto považujem za úplne správne prijať rozhodnutie oslavovať 50. výročie prvého letu do vesmíru s posádkou na štátnej úrovni a dať mu medzinárodný zvuk.
Ruská akadémia kozmonautiky Tsiolkovskij vydá za toto podujatie medailu, ktorá bude udelená ľuďom, ktorí boli zapojení do prvého letu alebo dostatočne prispeli k rozvoju astronautiky. Okrem toho sa chystáme zorganizovať veľkú medzinárodnú konferenciu, na ktorej sa plánuje diskusia so zahraničnými a ruskými partnermi o tých črtách prieskumu vesmíru s posádkou, ktoré sú charakteristické pre súčasnú fázu. Tu je veľa ťažkých otázok.
Ak dnes zastavíme stovku ľudí na ulici a opýtame sa, ktorý z kozmonautov teraz letí vo vesmíre, nedajbože, ak nám odpovedia traja alebo štyria ľudia, a ja o tom nie som presvedčený. A ak si položíme otázku, čo robia astronauti na stanici, tak ešte menej. Myslím si, že podpora skutočného vesmírneho života a pilotovaných letov je mimoriadne dôležitá a nerobí sa dostatočne. V televízii je veľa hlúpych materiálov, keď sa niekto stretol s mimozemšťanmi alebo ako mimozemšťania niekoho vzali.
Opakujem, päťdesiate výročie prvého letu do vesmíru s ľudskou posádkou je skutočne epochálnou udalosťou, treba ho osláviť čo najdôstojnejšie, a to tak v našej krajine, ako aj na medzinárodnej úrovni. A samozrejme, náš ústav sa na tom bude priamo podieľať, on, ktorý bol s týmto letom príbuzný a zúčastnil sa ho. Niektorí naši zamestnanci v tom období získali štátne vyznamenania najmä za riešenie problémov s letom. Napríklad zástupca riaditeľa vtedajšieho ústavu, akademik Georgy Petrov, získal titul Hrdina socialistickej práce za vývoj metód tepelnej ochrany lode počas zostupu z obežnej dráhy. Samozrejme, pokúsime sa dôstojne osláviť túto udalosť.
