Em nosso país, continua o desenvolvimento de um módulo de transporte e energia TEM com uma usina nuclear da classe megawatt (NPPU). O surgimento de tal modelo, adequado para operação, terá um sério impacto no desenvolvimento da astronáutica nacional e mundial. Nesse ínterim, o TEM está em fase de trabalho de design e, recentemente, foi mostrado ao público novamente um modelo de tal produto em sua forma atual.
Exposição MAKS-2019
Nos últimos anos, vários materiais sobre TEM e sistemas de propulsão de energia nuclear para ele foram publicados repetidamente. Entre outras coisas, os desenvolvedores mostraram desenhos com a possível aparência de tal amostra. No final de agosto, no âmbito do salão MAKS-2019, ocorreu a primeira demonstração do novo layout do TEM, refletindo as visões atuais sobre este projeto. A maquete esteve presente no pavilhão Roscosmos no estande da Arsenal KB.
A versão atual do design do TEM difere marcadamente das versões demonstradas anteriormente, mas mantém alguns recursos. Em particular, as disposições gerais da montagem de unidades e abordagens para o projeto foram preservadas. Ao mesmo tempo, existem várias diferenças características.
O maior elemento do módulo breadboard é uma treliça telescópica de quatro seções com uma seção transversal circular, que é a base para a montagem das unidades. Sua cabeça é dotada de treliça cônica e compartimento fechado. Nas laterais da treliça estão seis painéis de resfriamento. A seção da cauda do TEM é feita na forma de um corpo retangular fechado. A treliça principal é fixada na frente e os painéis solares nas laterais. O casco abriga um novo tipo de motor de foguete e outras unidades.
Novo e velho
Anteriormente, em publicações sobre o tema TEM e sistemas de propulsão de energia nuclear, apareciam imagens com equipamentos de aspecto diferente. De acordo com uma das versões posteriores do projeto, o módulo de transporte de energia deve ser baseado em uma treliça deslizante longitudinal com seção transversal quadrada e grande alongamento, o que facilita o lançamento do produto em órbita. Um compartimento com um reator é colocado em sua seção dianteira, um motor de foguete elétrico e outros sistemas colocados em suportes destacáveis na seção traseira. Foi planejado colocar equipamento de resfriamento ao longo da treliça de suporte.
O layout do KB "Arsenal" possui uma série de recursos característicos e difere das imagens mais antigas. Em primeiro lugar, distingue-se pelo desenho da treliça principal e pela disposição das unidades. A nova versão do TEM é caracterizada por uma treliça de suporte de carga mais maciça de um design diferente. Ele também perdeu os booms da cauda em forma de X, implantados em vôo e carregando alguns dos instrumentos.
O design do layout permite uma mudança no layout. Talvez agora a grande cauda contenha não apenas um motor de foguete elétrico, mas também um reator nuclear com sistemas associados. Nesse caso, o corpo da cabeça menor pode ser usado para acomodar sistemas de controle ou outro equipamento.
Diferentes diagramas anteriormente apresentavam diferentes configurações de sistema de resfriamento. O mesmo se aplica ao novo layout. Desta vez, para irradiar o excesso de calor para o espaço, propõe-se a utilização de seis painéis-emissores instalados ao longo da treliça em forma de três "planos" paralelos. Anteriormente, outras configurações de cooler eram oferecidas, incl. agregados de uma área maior, ocupando quase todo o comprimento da treliça de rolamento.
Em novembro do ano passado, o estúdio de televisão Roskosmos publicou um vídeo mostrando a possível aparição de um futuro TEM com uma usina nuclear. Esta versão do módulo era muito diferente das demonstradas anteriormente. Embora mantendo a arquitetura linear baseada em uma treliça deslizante, tal TEM tinha que ter unidades de cauda feitas na forma de um cilindro aberto. Desta forma, a usina, resfriamento, etc. deve ter sido executado.
É fácil ver que o layout atual do TEM também difere da versão do "ano passado" do visual. Ao mesmo tempo, em aparência e design, está muito mais próximo das versões anteriores do projeto.
Desafios técnicos
O projeto TEM se distingue pela mais alta complexidade técnica e para sua implementação bem sucedida é necessário resolver uma série de problemas especiais. Para criar tal módulo, novos designs de componentes e conjuntos, novas tecnologias e materiais com características especiais são necessários. A necessidade de resolver todos esses problemas levou ao fato de que o desenvolvimento da usina nuclear e TEM é realizado por uma série de empresas de Roscosmos e Rosatom.
Em diferentes momentos, os materiais publicados continham diferentes versões do TEM, e a razão para isso pode ser considerada justamente a complexidade geral do projeto. O sucesso em encontrar soluções para certos problemas levou a mudanças correspondentes na aparência geral do módulo. Consequentemente, o layout mais recente do TEM do KB "Arsenal" mostra as visões atuais do projeto.
De acordo com dados conhecidos, um reator nuclear de nêutrons rápidos resfriado a gás foi escolhido como base para a usina nuclear. Uma mistura de hélio-xenônio será usada no primeiro circuito do sistema de resfriamento. O combustível com um maior grau de enriquecimento será colocado no núcleo. A temperatura central chegará a 1500 ° K. É planejado para fornecer o mais alto recurso de design, permitindo que o TEM opere por 10-12 anos.
Centrais nucleares desse tipo e com tais características ainda não foram criadas e operadas. Para a construção de tal estrutura, são necessários materiais com alta resistência aos esforços térmicos e mecânicos. É necessário também elaborar o próprio projeto para que, com a potência necessária, tenha dimensões e peso aceitáveis.
Existem dificuldades no campo dos sistemas de refrigeração. A usina nuclear de uma classe megawatt deve dissipar volumes comparáveis de energia térmica para o espaço. Os radiadores modernos para tecnologia espacial ainda não podem se orgulhar de tais características. Assim, o sistema de resfriamento ISS cai no espaço de aprox. 70 kW de energia térmica é várias vezes menor do que o necessário para a usina nuclear e TEM.
Estão sendo elaboradas diferentes variantes de coolers para TEM, o que se reflete nas figuras e durante a montagem dos modelos. Aparentemente, um conjunto de radiadores planos no layout do Arsenal é atualmente considerado o projeto mais lucrativo com características ideais. No entanto, é bem possível que este sistema não seja a versão final.
Apesar de todas as dificuldades, sucessos notáveis foram alcançados dentro do projeto TEM. Então, vários anos atrás, os testes começaram no motor de foguete elétrico ID-500, criado especificamente para a futura usina nuclear. Em 2017, esse produto funcionou no estande por 300 horas, apresentando uma potência de 35 kW.
A montagem e o teste de componentes individuais da usina nuclear e TEM são realizados regularmente. Por exemplo, um protótipo de sistema de resfriamento por gotejamento foi testado no ano passado. Outros componentes do reator, sistemas auxiliares e o módulo de transporte e potência como um todo estão sendo testados.
Transporte do futuro distante
O objetivo dos projetos atuais de usina nuclear e TEM é criar um complexo promissor capaz de resolver novos problemas no espaço sideral. O módulo de transporte e potência com reator e motor elétrico de foguete terá vantagens importantes sobre os sistemas de foguete de desenho tradicional e permitirá organizar com sucesso novas missões.
A principal esfera de aplicação de TEM é considerada como voos para outros corpos celestes. O NPP mostra a maior eficiência de combustível e tem um impulso específico único, o que simplifica os voos para a Lua ou Marte. Também se torna possível aumentar a carga útil em comparação com os atuais foguetes e sistemas espaciais. Uma característica importante do TEM é a capacidade de fornecer energia à carga usando os meios padrão do módulo.
No entanto, a obtenção de tais resultados só é possível em um futuro distante. De acordo com os planos atuais, os testes de voo do TEM em configuração completa não começarão antes do final dos anos vinte. O início da operação e o envolvimento do módulo no trabalho real são possíveis apenas no início dos anos trinta.
O trabalho do TEM continuará por mais alguns anos e, durante esse tempo, o projeto pode sofrer mudanças significativas. A este respeito, pode-se presumir que o layout do módulo para MAKS-2019 em breve deixará de refletir a aparência real do produto que está sendo criado. No entanto, uma mudança de visão sobre a estrutura e seus elementos levará ao surgimento de novos materiais de demonstração - já nas próximas exposições.
