El desarrollo de una planta de energía nuclear de clase megavatio para tecnología espacial de una nueva generación ha comenzado en Rusia. La tarea está confiada al Centro de Investigación Keldysh. Anatoly KOROTEEV, Director del Centro, Presidente de la Academia Rusa de Cosmonáutica Tsiolkovsky, le cuenta a Interfax-AVN sobre la importancia de este proyecto para la cosmonáutica rusa y su importancia, escribe Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, el desarrollo de una central nuclear se ha convertido en un objetivo prioritario, para cuyo logro se concentrarán recursos considerables. ¿Es este realmente un proyecto del que depende el futuro de la astronáutica?
- Exactamente. Veamos qué está haciendo la astronáutica hoy. Veremos áreas como las comunicaciones por satélite, la navegación espacial de alta precisión, la teledetección de la Tierra, es decir, todo lo relacionado con el soporte de información. La segunda dirección es la solución de problemas relacionados con la expansión de nuestro conocimiento del espacio más allá de los límites del espacio cercano a la Tierra. Finalmente, la cosmonáutica, tanto en nuestro país como en otros países, está trabajando para resolver un cierto abanico de tareas de defensa. Estos son convencionalmente tres conjuntos de tareas en las actividades espaciales de hoy. Para resolverlos se utilizan sistemas de transporte probados y comprobados.
Si miramos lo que esperamos de la astronáutica mañana, entonces, junto con la mejora de la gama de tareas que ya se están resolviendo, se están planteando los problemas del desarrollo de tecnologías de producción en el espacio. También estamos hablando de expediciones a la Luna y Marte. Y no de visitar expediciones, que fue la expedición americana a la luna, sino de una larga estancia en otros planetas para que puedas dedicar el tiempo suficiente a su estudio.
Además, se están planteando interrogantes sobre el posible suministro de energía de la Tierra desde el espacio, sobre la lucha contra el peligro de asteroide-cometario. Todas estas tareas son de un orden completamente diferente a las de hoy. Entonces, si pensamos en cómo este complejo de tareas es proporcionado por la estructura de transporte y energía, veremos que existe una seria necesidad de aumentar el suministro de energía de nuestra nave espacial y la eficiencia de los motores.
Hoy tenemos vehículos antieconómicos. Imagínese, por cada 100 toneladas que vuelan de la Tierra, el 3% en el mejor de los casos se convierte en una carga útil. Esto es para todos los cohetes modernos. Todo lo demás se tira como combustible quemado.
Con respecto a las tareas a largo plazo, es extremadamente importante que nos movamos en el espacio de manera suficientemente económica. Aquí está el concepto de empuje específico, que caracteriza la eficiencia del motor. Esta es la relación entre el empuje que genera y el consumo de combustible en masa. Si tomamos el primer cohete FAU-2 alemán, entonces su empuje específico en las antiguas unidades de medida era de 220 segundos. Hoy en día, el mejor sistema de energía de propulsión, que utiliza hidrógeno con oxígeno, proporciona un empuje específico de hasta 450 segundos. Es decir, 60-70 años de trabajo de las mejores mentes del mundo han aumentado el empuje específico de los motores de cohetes tradicionales solo dos veces.
¿Es posible aumentar este indicador varias veces o en órdenes de magnitud? Resulta que lo hay. Por ejemplo, utilizando motores nucleares, podríamos aumentar el empuje específico a unos 900 segundos, es decir, otras dos veces. Y utilizando un fluido de trabajo ionizado para la aceleración, podrían alcanzar valores de 9000-10000 segundos, es decir, elevarían el empuje específico 20 veces. Y esto ya se ha logrado parcialmente hoy: en satélites de bajo empuje, se utilizan motores de plasma, que dan un empuje específico del orden de 1600 segundos. Sin embargo, estos dispositivos todavía necesitan suficiente energía eléctrica. Si no tiene en cuenta una estructura completamente única: la Estación Espacial Internacional, donde el nivel de electricidad es de aproximadamente 100 kW, hoy en día los satélites más potentes tienen un nivel de suministro eléctrico de solo 20-30 kW. Es muy difícil resolver una serie de tareas si nos mantenemos en este nivel.
- ¿Es decir, necesitas un salto cualitativo?
- Sí. La astronáutica vive hoy un estado cercano al que se encontraba la aviación después de la Segunda Guerra Mundial, cuando quedó claro que ya no era posible aumentar la velocidad con motores de pistón, era imposible aumentar seriamente el alcance y, en general, tener una aviación económicamente rentable. Luego, como recordará, hubo un salto en la aviación, y cambiaron de motores de pistón a motores a reacción. Aproximadamente la misma situación se encuentra ahora en la tecnología espacial. Carecemos de la excelencia energética para hacer frente a desafíos serios.
Por cierto, hoy quedó claro que no. Ya en los años 60 y 70, tanto en nuestro país como en Estados Unidos, se comenzó a trabajar en el uso de la energía nuclear en el espacio. Inicialmente, la tarea se estableció para crear motores de cohetes que, en lugar de la energía química de la combustión de combustible y oxidante, usarían el calentamiento del hidrógeno a una temperatura de aproximadamente 3000 grados. Pero resultó que un camino tan directo sigue siendo ineficaz. Recibimos un alto empuje por poco tiempo, pero al mismo tiempo arrojamos un chorro que, en caso de funcionamiento anormal del reactor, puede resultar contaminado radioactivamente.
A pesar de la enorme cantidad de trabajo que se llevó a cabo en los años 60 y 70 en la URSS y los EE. UU., Ni nosotros ni los estadounidenses pudimos crear motores de trabajo confiables en ese momento. Funcionaron, pero no mucho, porque calentar hidrógeno hasta 3000 mil grados en un reactor nuclear es una tarea seria.
También hubo problemas ambientales durante las pruebas en tierra de los motores, ya que se lanzaron chorros radioactivos a la atmósfera. En la URSS, este trabajo se llevó a cabo en el sitio de pruebas de Semipalatinsk especialmente preparado para pruebas nucleares, que permaneció en Kazajstán.
Y, sin embargo, en términos del uso de la energía nuclear para el suministro de energía de las naves espaciales, la URSS dio un paso muy serio en esos años. Se fabricaron 32 satélites. Con el uso de energía nuclear en los dispositivos, fue posible obtener energía eléctrica en un orden de magnitud mayor que a partir de la energía solar.
Posteriormente, la URSS y los EE. UU., Por diversas razones, detuvieron este trabajo durante algún tiempo. Hoy está claro que deben renovarse. Pero nos pareció irrazonable reanudar de esa manera frontal para hacer un motor nuclear, que tiene las desventajas antes mencionadas, y propusimos un enfoque completamente diferente.
- ¿Y cuál es la diferencia fundamental entre el nuevo enfoque?
“Este enfoque era diferente del anterior de la misma manera que un automóvil híbrido se diferencia de un automóvil convencional. En un automóvil convencional, el motor hace girar las ruedas, mientras que en los automóviles híbridos, la electricidad se genera a partir del motor y esta electricidad hace girar las ruedas. Es decir, se está creando una especie de central eléctrica intermedia.
De la misma forma, hemos propuesto un esquema en el que un reactor espacial no calienta el chorro expulsado de él, sino que genera electricidad. El gas caliente del reactor hace girar la turbina, la turbina hace girar el generador eléctrico y el compresor, que hace circular el fluido de trabajo en un circuito cerrado. El generador genera electricidad para un motor de plasma con un empuje específico 20 veces mayor que el de los motores químicos.
¿Cuáles son las principales ventajas de este enfoque? Primero, no es necesario el sitio de prueba de Semipalatinsk. Podemos realizar todas las pruebas en el territorio de Rusia sin involucrarnos en negociaciones internacionales largas y difíciles sobre el uso de la energía nuclear fuera del estado. En segundo lugar, el chorro que sale del motor no será radiactivo, ya que un fluido de trabajo completamente diferente pasa a través del reactor, que está en un circuito cerrado. Además, no necesitamos calentar hidrógeno en este esquema, aquí circula un fluido de trabajo inerte en el reactor, que se calienta hasta 1500 grados. Estamos simplificando seriamente nuestra tarea. Finalmente, al final, aumentaremos el empuje específico no dos veces, sino 20 veces en comparación con los motores químicos.
- ¿Puedes nombrar el momento del proyecto?
- El proyecto comprende las siguientes etapas: en 2010 - el inicio de las obras; en 2012: finalización del diseño preliminar y modelado informático detallado del flujo de trabajo; en 2015: la creación de un sistema de propulsión de energía nuclear; en 2018: la creación de un módulo de transporte utilizando este sistema de propulsión con el fin de preparar el sistema para el vuelo en el mismo año.
Por cierto, la fase de modelado por computadora no era antes típica de los productos de tecnología espacial creados, pero hoy es absolutamente necesaria. En el ejemplo de los motores más recientes, que se desarrollaron en Rusia, Francia y los EE. UU., Quedó claro que el método antiguo clásico, cuando se hicieron una gran cantidad de prototipos para probar, es obsoleto.
Hoy en día, cuando las capacidades de la tecnología informática son muy altas, especialmente con la llegada de las supercomputadoras, podemos proporcionar modelado físico y matemático de procesos, crear un motor virtual, reproducir situaciones posibles, ver dónde están las trampas y solo después de eso ir a crear un motor, como dicen "en hardware".
He aquí un buen ejemplo. Probablemente haya oído hablar del motor RD-180 para el cohete Atlas creado para los estadounidenses en el Energomash Design Bureau. En lugar de 25-30 copias, que generalmente se gastaban en probar el motor, solo tomó 8, y el RD-180 inmediatamente cobró vida. Porque los desarrolladores se tomaron la molestia de "reproducir" todo esto en las computadoras.
- ¿Cuál es el precio de la emisión?
- Hoy, se han declarado 17 mil millones de rublos para todo el proyecto hasta 2018 inclusive. Directamente para 2010, se han asignado 500 millones de rublos, incluidos 430 millones de rublos, para Rosatom y 70 millones de rublos, para Roskosmos.
Naturalmente, nos gustaría creer que si el liderazgo del país dice que esta es un área prioritaria y el dinero ha sido asignado, entonces se dará.
El monto declarado es menor de lo que nos gustaría, pero creo que es suficiente para los próximos años y con este dinero se pueden realizar una gran variedad de trabajos.
Nuestro instituto ha sido designado jefe de la planta de energía nuclear, el módulo de transporte, muy probablemente, será realizado por Energia Rocket and Space Corporation.
En general, el proyecto se basa en la cooperación, formada principalmente por las empresas Rosatom, que deben fabricar el reactor, y Roskosmos, que fabricarán turbocompresores, generadores y los propios motores.
Por supuesto, el trabajo utilizará la base científica creada en años anteriores. Por ejemplo, el desarrollo de un reactor se basa en una gran cantidad de decisiones que se tomaron anteriormente en un motor nuclear. La cooperación es la misma. Este es el Instituto Tecnológico de Investigación Científica Podolsk, el Centro Kurchatov, el Instituto Obninsk de Física e Ingeniería Energética. El Centro Keldysh, la Oficina de Diseño de Ingeniería Química y la Oficina de Diseño de Voronezh para Automatización Química han hecho mucho en un circuito cerrado. Aprovecharemos al máximo esta experiencia al crear un turbocompresor. Para el generador, conectamos al Instituto de Electromecánica, que tiene experiencia en la creación de generadores voladores.
En una palabra, hay una base considerable, el trabajo no comienza de cero.
- ¿Puede Rusia adelantarse a otros países en este trabajo?
- No excluyo esto. Tuve una reunión con el subdirector de la NASA, discutimos temas relacionados con el regreso al trabajo de la energía nuclear en el espacio, y dijo que los estadounidenses están mostrando un gran interés en este tema. En su opinión, no se puede descartar la posibilidad de acelerar los trabajos en esta dirección en Occidente.
No excluyo que China pueda responder con acciones activas de su parte, por lo que debemos trabajar rápidamente. Y no solo para adelantar a alguien medio paso. Tenemos que trabajar rápido, en primer lugar, para que en la cooperación internacional emergente, y de facto que se está formando hoy, parezcamos dignos. Para que nos llevaran allí, y no para asumir el papel de personas que deberían hacer granjas de metal, sino para que la actitud hacia nosotros fuera la misma que era, por ejemplo, en los 90. Luego se desclasificó un gran conjunto de trabajos sobre fuentes nucleares en el espacio. Cuando estas obras se dieron a conocer a los estadounidenses, les otorgaron calificaciones muy altas. Hasta el punto que se elaboraron programas conjuntos con nosotros.
En principio, es posible que exista un programa internacional para una central nuclear, similar al programa de cooperación en curso sobre fusión termonuclear controlada.
- Anatoly Sazonovich, en 2011 el mundo celebrará el aniversario del primer vuelo tripulado al espacio. Esta es una buena razón para recordar los logros de nuestro país en el espacio.
- Creo que sí. Después de todo, no fue solo el primer vuelo tripulado al espacio. El vuelo fue posible gracias a la solución de una amplia gama de problemas científicos, técnicos y médicos. Por primera vez un hombre voló al espacio y regresó a la Tierra, por primera vez se demostró que el sistema de protección térmica funciona con normalidad. El vuelo tuvo un gran impacto internacional. No olvidemos que solo han pasado 16 años desde el final de la guerra más difícil para el país. Y ahora resultó que un país que ha perdido a más de 20 millones de personas y ha sufrido una destrucción colosal es capaz no solo de hacer algo al más alto nivel mundial, sino incluso de superar al mundo entero durante un período determinado. Fue una manifestación sumamente importante que elevó la autoridad del país y el orgullo de la gente.
En mi vida hubo dos hechos de similar importancia. Este es el Día de la Victoria y la reunión de Yuri Gagarin, que vi personalmente. El 9 de mayo de 1945, todo Moscú, desde la Plaza Roja hasta las afueras, salió a celebrar a las calles. Fue verdaderamente un impulso espontáneo, y el mismo impulso impresionante fue en abril de 1961 cuando Gagarin voló.
Debe reforzarse la importancia internacional del medio siglo del primer vuelo. Es necesario enfatizar y recordar a la sociedad el papel de nuestro país en la exploración espacial. Desafortunadamente, en los últimos 20 años, no lo hacemos con mucha frecuencia. Si abres Internet, verás una gran cantidad de material relacionado, por ejemplo, con la expedición estadounidense a la luna, pero no hay demasiado material relacionado con el vuelo de Gagarin. Si hablas con escolares actuales, no sé de quién se conocen mejor, Armstrong o Gagarin. Por tanto, considero absolutamente correcto tomar la decisión de celebrar el 50 aniversario del primer vuelo espacial tripulado a nivel estatal y darle un sonido internacional.
La Academia Rusa de Cosmonáutica Tsiolkovsky emitirá una medalla para este evento, que se otorgará a las personas que participaron en el primer vuelo o hicieron una contribución suficiente al desarrollo de la astronáutica. Además, nos estamos preparando para celebrar una gran conferencia internacional, en la que está previsto discutir con socios extranjeros y rusos aquellas características de la exploración espacial tripulada que son características de la etapa actual. Aquí hay muchas preguntas difíciles.
Si hoy paramos a un centenar de personas en la calle y preguntamos cuál de los cosmonautas está volando ahora en el espacio, Dios no lo quiera, si nos responden tres o cuatro personas, y no estoy convencido de eso. Y si hacemos la pregunta, ¿qué están haciendo los astronautas en la estación, menos aún?Creo que la promoción de la vida espacial real, los vuelos tripulados es extremadamente importante y no se está haciendo lo suficiente. Hay muchos materiales estúpidos en la televisión, cuando alguien se encontró con extraterrestres o cómo los extraterrestres se llevaron a alguien.
Repito, el cincuentenario del primer vuelo espacial tripulado es un acontecimiento verdaderamente histórico, debe celebrarse de la manera más digna, tanto dentro de nuestro país como a nivel internacional. Y, por supuesto, nuestro instituto participará directamente en esto, quien estuvo relacionado con este vuelo y participó en él. Varios de nuestros empleados de ese período recibieron premios estatales por resolver problemas de vuelo en particular. Por ejemplo, el subdirector del entonces instituto, el académico Georgy Petrov, recibió el título de Héroe del Trabajo Socialista por el desarrollo de métodos para la protección térmica de un barco durante el descenso de la órbita. Por supuesto, intentaremos celebrar este evento con dignidad.
