Durante MAKS -2013, la cooperación de empresas nacionales de las estructuras de Roscosmos y Rosatom presentó un modelo actualizado de un módulo de transporte y energía (TEM) con una unidad de propulsión de energía nuclear espacial (NPP) de una clase de megavatios (NK No. 10, 2013, pág.4). Este proyecto fue presentado públicamente hace exactamente cuatro años, en octubre de 2009 (Código Tributario No. 12, 2009, p. 40). ¿Qué ha cambiado durante este tiempo?
Crónica del proyecto
Recordemos que el objetivo del proyecto es crear una base de propulsión energética y, a partir de ella, nuevos vehículos espaciales con una alta relación potencia / peso para la implementación de ambiciosos programas de estudio y exploración del espacio ultraterrestre. Estos medios permiten implementar expediciones al espacio profundo, un aumento de más de 20 veces en la eficiencia económica de las operaciones de transporte espacial y un aumento de más de 10 veces en la energía eléctrica a bordo de la nave espacial.
La central nuclear se basa en un reactor nuclear con un convertidor de turbomáquina de larga duración. El desarrollo de TEM se lleva a cabo por orden del Presidente de Rusia con fecha 22 de junio de 2010 No. 419-rp. Su creación está prevista por el programa estatal "Actividades espaciales de Rusia para 2013 - 2020", y el programa del presidente para la modernización de la economía. El trabajo en virtud del contrato se financia con cargo al presupuesto federal en el marco del programa especial "Ejecución de los proyectos de la Comisión bajo el mandato del Presidente de la Federación de Rusia para la modernización y el desarrollo tecnológico de la economía rusa" *.
Se asignan más de 17 mil millones de rublos para la implementación de este proyecto avanzado en el período de 2010 a 2018. La distribución exacta de los fondos es la siguiente: 7.245 mil millones de rublos se asignan a la corporación estatal Rosatom para el desarrollo del reactor, 3.955 mil millones de rublos, para el Centro de Investigación MV Keldysh para la creación de una planta de energía nuclear, y alrededor de 5.8 mil millones de rublos - RSC Energia para la fabricación de TEM. La organización principal responsable del desarrollo del propio reactor nuclear es el Instituto de Investigación y Desarrollo de Tecnologías Energéticas (NIKIET), que forma parte del sistema Rosatom. La cooperación también incluye el Instituto Tecnológico de Investigación Científica de Podolsk, el "Instituto Kurchatov" de la RRC, el Instituto de Ingeniería de Física y Energía en Obninsk, el Instituto de Investigación Científica NPO "Luch", el Instituto de Investigación Científica de Reactores Atómicos (NIIAR) y varios otras empresas y organizaciones. El Centro Keldysh, la Oficina de Diseño de Ingeniería Química y la Oficina de Diseño de Automatización Química han hecho mucho en el circuito de fluidos de trabajo. El Instituto de Electromecánica estuvo relacionado con el desarrollo del generador.
Por primera vez, el proyecto implementa tecnologías innovadoras que en muchos aspectos no tienen análogos en el mundo:
circuito de conversión de alta eficiencia;
reactor de neutrones rápidos compacto de alta temperatura con sistemas de enfriamiento de gas, que garantizan la seguridad nuclear y radiológica en todas las etapas de operación;
elementos combustibles a base de combustible de alta densidad;
sistema de propulsión de crucero basado en un bloque de potentes motores de cohetes eléctricos de alto rendimiento (EJE);
turbinas de alta temperatura e intercambiadores de calor compactos con una vida útil de diez años;
generadores-convertidores eléctricos de alta velocidad de alta potencia;
despliegue de estructuras de gran tamaño en el espacio, etc.
En el esquema propuesto, un reactor nuclear genera electricidad: un refrigerante de gas, impulsado a través del núcleo, hace girar una turbina, que hace girar un generador eléctrico y un compresor, que hace circular el fluido de trabajo en un circuito cerrado. La sustancia del reactor no sale al medio ambiente, es decir, se excluye la contaminación radiactiva. La electricidad se consume para el funcionamiento de un motor de propulsión eléctrica, que es más de 20 veces más económico que los análogos químicos en términos de consumo del fluido de trabajo. La masa y las dimensiones de los elementos básicos de la central nuclear deberían garantizar su ubicación en las ojivas espaciales de los vehículos de lanzamiento rusos existentes y futuros "Proton" y "Angara".
La crónica del proyecto muestra su rápido desarrollo en los tiempos modernos. El 30 de abril de 2010, el Director General Adjunto de la Corporación Estatal de Energía Atómica Rosatom, Director de la Dirección del Complejo de Armas Nucleares IM Kamenskikh aprobó los términos de referencia para el desarrollo de una instalación de reactor y TEM en el marco del proyecto “Creación de un módulo de transporte y potencia basado en una central nuclear de megavatios”. El documento fue acordado y aprobado por Roskosmos. El 22 de junio de 2010, el presidente ruso Dmitry A. Medvedev firmó una Orden sobre la determinación de los únicos contratistas del proyecto.
El 9 de febrero de 2011 en Moscú, sobre la base del Centro Keldysh, se llevó a cabo una videoconferencia de empresas: desarrolladores de TEM. Asistieron el director de Roscosmos A. N. Perminov, el presidente y diseñador general (RSC) Energia V. A. Lopota, el director del Keldysh Center A. S. Koroteev, el director general del diseñador NIKIET ** Yu. G. Dragunov y el vicepresidente principal Smetannikov, diseñador del poder espacial plantas en NIKIET. Se prestó especial atención a la necesidad de crear un stand "Resource" para probar una instalación de reactor con una unidad de conversión de energía.
El 25 de abril de 2011, Roscosmos anunció una licitación abierta para el desarrollo de una planta de energía nuclear, una plataforma multifuncional en órbita geoestacionaria y una nave espacial interplanetaria. Como resultado del concurso (cuyo ganador fue NIKIET el 25 de mayo del mismo año), se firmó un contrato estatal válido hasta 2015 por un valor de 805 millones de rublos para la creación de una muestra de banco de la instalación.
El contrato prevé el desarrollo de: una propuesta técnica para la creación de un banco (con un simulador térmico de un reactor nuclear) muestra de una central nuclear; su borrador de diseño; diseño y documentación tecnológica para prototipos de componentes de un producto de banco y elementos básicos de una central nuclear; procesos tecnológicos, así como preparación de producción para la fabricación de prototipos de los componentes del producto de banco y los elementos básicos de la instalación; haciendo una muestra de banco y llevando a cabo su desarrollo experimental.
La composición del modelo de banco de la central nuclear debe incluir los elementos básicos de una instalación estándar, diseñada para asegurar la posterior creación de instalaciones de diversas capacidades sobre la base de un principio modular. La muestra de banco debe generar una potencia determinada, térmica y eléctrica, así como crear impulsos de empuje que son típicos para todas las etapas de la operación de la planta de energía nuclear como parte de la nave espacial. Para el proyecto se seleccionó un reactor de neutrones rápidos refrigerado por gas de alta temperatura con una potencia térmica de hasta 4 MW.
El 23 de agosto de 2012 se llevó a cabo una reunión de representantes de Rosatom y Roscosmos, dedicada a la organización de los trabajos de creación de un complejo de pruebas para las pruebas de resistencia necesarias para la implementación del proyecto TEM. Tuvo lugar en el Instituto Tecnológico de Investigación Científica A. P. Aleksandrov en Sosnovy Bor, cerca de San Petersburgo, donde se planea crear el complejo especificado.
El diseño preliminar del TEM se completó en marzo de este año. Los resultados obtenidos permitieron pasar en 2013 a la etapa de diseño detallado y fabricación de equipos y muestras para ensayos autónomos. Las pruebas y el desarrollo de tecnologías de refrigerante comenzaron este año en el reactor de investigación MIR en NIIAR (Dimitrovgrad), donde se instaló un circuito para probar el refrigerante de helio-xenón a temperaturas superiores a 1000 ° C.
Se prevé la creación de un prototipo en tierra de la planta de reactores para 2015, y para 2018 se debería fabricar una planta de reactores para completar el sistema de propulsión de energía nuclear y comenzar sus pruebas en Sosnovy Bor. El primer TEM para pruebas de vuelo puede aparecer en 2020.
La próxima reunión sobre el proyecto se llevó a cabo el 10 de septiembre de 2013 en la corporación estatal Rosatom. El jefe de NIKIET Yu. G. Dragunov presentó información sobre el estado del trabajo y los principales problemas en la implementación del programa. Destacó que en la actualidad los especialistas del Instituto han elaborado la documentación del diseño técnico de la central nuclear, han identificado las principales soluciones de diseño y han realizado el trabajo de acuerdo con la "hoja de ruta" del proyecto. Después de la reunión, el director de la corporación Rosatom S. V. Kirienko encargó a NIKIET que preparara propuestas para optimizar la hoja de ruta.
Algunos detalles del diseño y las características de diseño de la planta de energía nuclear se descubrieron durante una conversación con representantes del Keldysh Center en la exhibición aérea MAKS-2013. En particular, los desarrolladores informaron que la instalación se realizará de inmediato en forma completa. versión tamaño, sin hacer un prototipo reducido.
La central nuclear tiene características extremadamente altas (para su tipo): con una potencia térmica del reactor de 4 MW, la potencia eléctrica en el generador será de 1 MW, es decir, la eficiencia llegará al 25%, lo que se considera un muy buen indicador.
El convertidor de turbomáquina es de dos circuitos. En el primer circuito, se utiliza un intercambiador de calor de placas: un recuperador y un intercambiador de calor tubular-refrigerador. Este último separa el circuito de extracción de calor principal (primer) y el segundo circuito de retorno de calor.
Respecto a una de las soluciones más interesantes que se están desarrollando en el marco del proyecto (la elección del tipo de frigoríficos-radiadores del segundo circuito), se dio la respuesta que se está considerando tanto intercambiadores de calor de goteo como de panel, y hasta ahora el no se ha hecho elección. En la maqueta y los carteles demostrados, la opción preferida se presentó con un refrigerador-radiador de goteo. Paralelamente, se está trabajando en el intercambiador de calor de paneles. Tenga en cuenta que toda la estructura del TEM es transformable: en el lanzamiento, el módulo encaja debajo del carenado de la cabeza LV y, en órbita, "extiende sus alas": las varillas se expanden, extendiendo el reactor, los motores y la carga útil a una gran distancia.
El TEM utilizará un montón de EPE mejorados y extremadamente potentes: cuatro "pétalos" de seis motores principales con un diámetro de 500 mm, más ocho motores más pequeños para control de balanceo y corrección de rumbo. En la sala de exposición MAKS-2013 se mostró un motor en funcionamiento, que ya se está probando (hasta ahora en empuje parcial, con una potencia eléctrica de hasta 5 kW). Los EJE funcionan con xenón. Este es el mejor fluido de trabajo, pero también el más caro. Se consideraron otras opciones: en particular, metales: litio y sodio. Sin embargo, los motores basados en un medio de trabajo de este tipo son menos económicos y es muy difícil realizar pruebas en tierra con estos EJE.
El recurso estimado de la central nuclear, incluido en el proyecto, es de diez años. Se supone que las pruebas de recursos se realizarán directamente en la instalación completa, y las unidades se operarán de manera autónoma en la base de bancos de empresas de cooperación. En particular, el turbocompresor desarrollado en KBHM ya se ha fabricado y se está probando en una cámara de vacío en el Keldysh Center. También se realizó un simulador térmico de un reactor de potencia eléctrica de 1 MW.
