În timpul MAKS -2013, cooperarea firmelor interne din structurile Roscosmos și Rosatom a prezentat un model actualizat al unui modul de transport și energie (TEM) cu o unitate de propulsie a energiei nucleare spațiale (NPP) de o clasă de megawatt (NK nr. 10, 2013, p. 4). Acest proiect a fost prezentat public acum exact patru ani, în octombrie 2009 (Codul fiscal nr. 12, 2009, p. 40). Ce s-a schimbat în acest timp?
Cronica proiectului
Reamintim că scopul proiectului este de a crea o bază de propulsie energetică și, pe baza sa, vehicule spațiale noi cu un raport mare putere-greutate pentru implementarea unor programe ambițioase pentru studiul și explorarea spațiului cosmic. Aceste mijloace fac posibilă implementarea expedițiilor către spațiul adânc, o creștere de peste 20 de ori a eficienței economice a operațiunilor de transport spațial și o creștere de peste 10 ori a puterii electrice la bordul navei spațiale.
Centrala nucleară se bazează pe un reactor nuclear cu un convertor cu turbomachină cu durată lungă de viață. Dezvoltarea TEM se realizează prin ordinul președintelui Rusiei din 22 iunie 2010 nr. 419-rp. Crearea sa este prevăzută de programul de stat „Activități spațiale ale Rusiei pentru 2013 - 2020” și programul președintelui pentru modernizarea economiei. Lucrările din cadrul contractului sunt finanțate din bugetul federal în cadrul programului special „Implementarea proiectelor Comisiei sub președintele Federației Ruse pentru modernizarea și dezvoltarea tehnologică a economiei rusești” *.
Peste 17 miliarde de ruble sunt alocate pentru implementarea acestui proiect avansat în perioada 2010-2018. Distribuția exactă a fondurilor este următoarea: 7,245 miliarde ruble sunt alocate corporației de stat Rosatom pentru dezvoltarea reactorului, 3,955 miliarde ruble - pentru Centrul de Cercetare MV Keldysh pentru crearea unei centrale nucleare și aproximativ 5,8 miliarde ruble - pentru RSC Energia pentru fabricarea TEM. Organizația principală responsabilă de dezvoltarea reactorului nuclear în sine este Institutul de cercetare și dezvoltare a tehnologiilor energetice (NIKIET), care face parte din sistemul Rosatom. Cooperarea include, de asemenea, Institutul Tehnologic de Cercetare Științifică Podolsk, „Institutul Kurchatov” RRC, Institutul de Fizică și Inginerie a Energiei din Obninsk, Institutul de Cercetare Științifică NPO „Luch”, Institutul de Cercetare Științifică a Reactoarelor Atomice (NIIAR) și o serie de alte întreprinderi și organizații. Centrul Keldysh, Biroul de proiectare pentru ingineria chimică și Biroul de proiectare pentru automatizarea chimică au făcut multe lucruri în circuitul fluidelor de lucru. Institutul de electromecanică a fost conectat la dezvoltarea generatorului.
Pentru prima dată, proiectul implementează tehnologii inovatoare care, în multe privințe, nu au analogi în lume:
circuit de conversie extrem de eficient;
reactor compact cu neutroni rapid, cu temperaturi ridicate, cu sisteme de răcire cu gaz, asigurând siguranța nucleară și radiație în toate etapele de funcționare;
elemente de combustibil pe bază de combustibil de înaltă densitate;
sistem de propulsie de croazieră bazat pe un bloc de motoare rachete electrice performante de înaltă performanță (EJE);
turbine la temperatură înaltă și schimbătoare de căldură compacte cu o durată de viață de proiectare de zece ani;
generatoare-convertoare electrice de mare viteză de mare putere;
desfășurarea unor structuri de dimensiuni mari în spațiu etc.
În schema propusă, un reactor nuclear generează electricitate: un agent de răcire cu gaz, condus prin miez, transformă o turbină, care rotește un generator electric și un compresor, care circulă fluidul de lucru într-o buclă închisă. Substanța din reactor nu iese în mediu, adică este exclusă contaminarea radioactivă. Electricitatea este consumată pentru funcționarea unui motor de propulsie electrică, care este de peste 20 de ori mai economic decât analogii chimici în ceea ce privește consumul fluidului de lucru. Masa și dimensiunile elementelor de bază ale centralei nucleare ar trebui să asigure plasarea lor în focoarele spațiale ale vehiculelor de lansare rusești existente și potențiale „Proton” și „Angara”.
Cronica proiectului arată dezvoltarea sa rapidă în timpurile moderne. La 30 aprilie 2010, directorul general adjunct al Corporației de Stat pentru Energie Atomică Rosatom, Directorul Direcției pentru Complexul de Arme Nucleare IM Kamenskikh a aprobat termenii de referință pentru dezvoltarea unei instalații de reactoare și a TEM în cadrul proiectului „Crearea a unui modul de transport și energie bazat pe o centrală nucleară de megawatt”. Documentul a fost agreat și aprobat de Roskosmos. La 22 iunie 2010, președintele rus Dmitry A. Medvedev a semnat un ordin privind determinarea contractanților unici pentru proiect.
La 9 februarie 2011 la Moscova, pe baza Centrului Keldysh, a avut loc o conferință video a întreprinderilor - dezvoltatori TEM. Au participat șeful Roscosmos A. N. Perminov, președinte și proiectant general (RSC) Energia V. A. Lopota, director al Centrului Keldysh A. S. Koroteev, director general proiectant NIKIET ** Yu. G. Dragunov și vicepreședinte șef Smetannikov, proiectant al energiei spațiale plante la NIKIET. O atenție deosebită a fost acordată necesității de a crea un stand „Resurse” pentru testarea unei instalații de reactoare cu o unitate de conversie a energiei.
La 25 aprilie 2011, Roscosmos a anunțat o licitație deschisă pentru dezvoltarea unei centrale nucleare, o platformă multifuncțională pe orbită geostaționară și nave spațiale interplanetare. În urma concursului (al cărui câștigător a fost NIKIET la 25 mai același an), a fost semnat un contract de stat valabil până în 2015 în valoare de 805 milioane de ruble pentru crearea unui eșantion de bancă al instalației.
Contractul prevede dezvoltarea: unei propuneri tehnice pentru crearea unui eșantion de bancă (cu un simulator termic al unui reactor nuclear) al unei centrale nucleare; proiectul său de proiect; proiectarea și documentația tehnologică pentru prototipurile componentelor unui produs de bancă și elementele de bază ale unei centrale nucleare; procese tehnologice, precum și pregătirea producției pentru fabricarea prototipurilor componentelor produsului de bancă și a elementelor de bază ale instalației; realizarea unui eșantion de bancă și realizarea dezvoltării sale experimentale.
Compoziția modelului de banc al centralei nucleare ar trebui să includă elementele de bază ale unei instalații standard, concepute pentru a asigura crearea ulterioară a instalațiilor de diferite capacități pe baza unui principiu modular. Eșantionul de bancă ar trebui să genereze o putere dată - termică și electrică, precum și să creeze impulsuri de tracțiune care sunt tipice pentru toate etapele de funcționare a centralei nucleare ca parte a navei spațiale. Pentru proiect a fost selectat un reactor cu neutroni rapid, cu răcire cu gaz, cu o putere termică de până la 4 MW.
Pe 23 august 2012, a avut loc o întâlnire a reprezentanților Rosatom și Roscosmos, dedicată organizării lucrărilor privind crearea unui complex de testare pentru testele de rezistență necesare implementării proiectului TEM. A avut loc la Institutul Tehnologic de Cercetare Științifică A. P. Aleksandrov din Sosnovy Bor lângă Sankt Petersburg, unde este planificată crearea complexului specificat.
Proiectarea preliminară a TEM a fost finalizată în martie anul acesta. Rezultatele obținute au făcut posibilă trecerea în 2013 la stadiul proiectării și fabricării detaliate a echipamentelor și probelor pentru teste autonome. Testarea și dezvoltarea tehnologiilor de răcire au început anul acesta la reactorul de cercetare MIR de la NIIAR (Dimitrovgrad), unde a fost instalată o buclă pentru testarea lichidului de răcire cu heliu-xenon la temperaturi peste 1000 ° C.
Un prototip la sol al centralei reactoare este planificat să fie creat până în 2015, iar până în 2018 ar trebui să fie fabricată o centrală reactoare pentru completarea sistemului de propulsie a energiei nucleare, iar testele sale să înceapă la Sosnovy Bor. Primul TEM pentru testele de zbor poate apărea până în 2020.
Următoarea ședință a proiectului a avut loc pe 10 septembrie 2013 la corporația de stat Rosatom. Șeful NIKIET Yu. G. Dragunov a prezentat informații despre starea de lucru și principalele probleme în implementarea programului. El a subliniat că în prezent specialiștii Institutului au dezvoltat documentația privind proiectarea tehnică a centralei nucleare, au identificat principalele soluții de proiectare și au efectuat lucrările în conformitate cu „foaia de parcurs” a proiectului. În urma ședinței, șeful corporației Rosatom S. V. Kirienko a instruit NIKIET să pregătească propuneri pentru optimizarea foii de parcurs.
Unele detalii despre proiectarea și caracteristicile de proiectare ale centralei nucleare au fost aflate în timpul unei conversații cu reprezentanții Centrului Keldysh la spectacolul aerian MAKS-2013. În special, dezvoltatorii au raportat că instalarea se va face imediat în întregime versiunea de dimensiune, fără a face un prototip redus.
Centrala nucleară are caracteristici extrem de ridicate (pentru tipul său): cu o putere termică a reactorului de 4 MW, puterea electrică a generatorului va fi de 1 MW, adică eficiența va ajunge la 25%, ceea ce este considerat un indicator foarte bun.
Convertorul turbomachinei este unul cu două circuite. În primul circuit, se folosește un schimbător de căldură cu plăci - un recuperator și un schimbător de căldură tubular-frigider. Acesta din urmă separă circuitul principal (primul) de eliminare a căldurii și cel de-al doilea circuit de revenire a căldurii.
În ceea ce privește una dintre cele mai interesante soluții dezvoltate în cadrul proiectului (alegerea tipului de frigidere-radiatoare ale celui de-al doilea circuit), s-a dat răspunsul că se iau în considerare atât schimbătoarele de căldură prin picurare, cât și panourile, și până acum alegerea nu a fost făcută. Pe macheta și afișele demonstrate, opțiunea preferată a fost prezentată cu un frigider-radiator cu picurare. În paralel, se lucrează la schimbătorul de căldură al panoului. Rețineți că întreaga structură a TEM este transformabilă: la lansare, modulul se potrivește sub carenajul capului de joasă tensiune, iar pe orbită „își întinde aripile” - tijele se extind, răspândind reactorul, motoarele și sarcina utilă pe o distanță lungă.
TEM va folosi o grămadă de EPE-uri extrem de puternice îmbunătățite - patru „petale” din șase motoare principale cu un diametru de 500 mm, plus opt motoare mai mici pentru controlul rulării și corectarea cursului. La showroom-ul MAKS-2013 a fost prezentat un motor de lucru, care este deja în curs de testare (până acum la tracțiune parțială, cu o putere electrică de până la 5 kW). EJE-urile lucrează la xenon. Acesta este cel mai bun, dar și cel mai scump fluid de lucru. Au fost luate în considerare alte opțiuni: în special, metale - litiu și sodiu. Cu toate acestea, motoarele bazate pe un astfel de mediu de lucru sunt mai puțin economice și este foarte dificil să efectuați teste la sol cu astfel de EJE-uri.
Resursa estimată a centralei nucleare, inclusă în proiect, este de zece ani. Testele de resurse ar trebui să fie efectuate direct pe instalația completă, iar unitățile vor fi operate autonom pe baza bancă a întreprinderilor de cooperare. În special, turbocompresorul dezvoltat la KBHM a fost deja fabricat și este testat într-o cameră de vid de la Keldysh Center. De asemenea, a fost realizat un simulator termic al unui reactor de putere electrică de 1 MW.
