Um dos projetos soviético-russos mais ambiciosos no campo da exploração espacial está perto de ser concluído e está entrando na fase de implementação prática imediata. Estamos falando sobre a criação de uma usina nuclear da classe megawatt. A criação e o teste de tal motor podem mudar significativamente o estado das coisas no espaço próximo à Terra.
A usina nuclear de classe megawatt (NPPU) é um projeto conjunto de um grupo de empresas russas que fazem parte da Roscosmos e da Rosatom. Este projeto visa o desenvolvimento de uma usina nuclear da classe megawatt. Ele é projetado especificamente para equipar uma nova nave espacial com o nome de trabalho TEM (módulo de transporte e energia). O principal executor do trabalho no projeto de criação de uma usina nuclear é o Federal State Unitary Enterprise "Research Center em homenagem a M. V. Keldysh" (Moscou). O objetivo do ambicioso projeto é levar a Rússia a uma posição de liderança na criação de complexos de energia para fins espaciais, que são altamente eficientes e capazes de resolver uma gama impressionante de tarefas no espaço sideral. Por exemplo, a exploração da Lua, bem como planetas distantes do nosso sistema solar, incluindo a criação de bases automáticas sobre eles.
Atualmente, os voos espaciais no espaço próximo à Terra são realizados em foguetes, que são colocados em movimento devido à combustão de combustível líquido ou sólido de foguete em seus motores. O combustível líquido para foguetes é dividido em um oxidante e um combustível. Esses componentes estão nos vários tanques do foguete em estado líquido. A mistura dos componentes ocorre já na câmara de combustão, geralmente por meio de injetores. A pressão é criada devido ao trabalho de um sistema de bomba de deslocamento ou turbo. Além disso, os componentes do propelente são usados para resfriar o bico do motor do foguete. O combustível sólido de foguete também é dividido em combustível e oxidante, mas eles estão na forma de uma mistura de sólidos.
Nas últimas décadas, a tecnologia de uso desses tipos de combustível de foguete foi aperfeiçoada nos mínimos detalhes em muitos países. Ao mesmo tempo, os próprios cientistas de foguetes admitem que o desenvolvimento de tais tecnologias é problemático. O ex-chefe da Agência Espacial Federal Russa, Anatoly Perminov, observou: “A grosso modo, tudo foi extraído dos motores de foguete existentes, sejam líquidos ou sólidos. As tentativas de aumentar seu impulso, impulso específico, parecem simplesmente sem esperança. Neste contexto, outras soluções técnicas são de interesse. Por exemplo, usinas nucleares, que podem fornecer um aumento no empuxo e impulso específico às vezes. Anatoly Perminov deu um exemplo de um vôo para Marte, para o qual agora é necessário voar 1, 5-2 anos de ida e volta. Com o uso de um sistema de propulsão nuclear, o tempo de vôo pode ser reduzido para 2 a 4 meses.
Levando isso em consideração, na Rússia, desde 2010, está sendo implementado um projeto para a criação de um módulo de transporte e energia espacial baseado em uma usina nuclear de classe megawatt que não tem análogos no mundo. O pedido correspondente foi assinado por Dmitry Medvedev. Para a implementação deste projeto até 2018 do orçamento federal, Roscosmos e Rosatom, foi planejado alocar 17 bilhões de rublos, 7, 2 bilhões de rublos deste montante foram alocados para a empresa estatal Rosatom para a criação de um reator (Pesquisa e Design Institute Dollezhal Energy Technicians), 4 bilhões de rublos - para o Centro Keldysh para o desenvolvimento de um sistema de propulsão de energia nuclear, 5,8 bilhões de rublos - para RSC Energia, que deveria criar um módulo de transporte e energia. De acordo com o novo programa espacial federal em 2016-2025 para trabalhos futuros no projeto, previa-se alocar outros 22 bilhões 890 milhões de rublos.
Todos esses trabalhos são realizados na Rússia, não do zero. A possibilidade de usar energia nuclear no espaço foi considerada desde meados da década de 1950 por proeminentes especialistas russos como Keldysh, Kurchatov e Korolev. Somente de 1970 a 1988, a União Soviética lançou mais de 30 satélites de reconhecimento ao espaço, equipados com usinas nucleares de baixa potência, como Topaz e Buk. Esses satélites foram usados para criar um sistema de vigilância para todos os climas para alvos de superfície em toda a área de água do Oceano Mundial, bem como para emitir designação de alvos com transmissão para postos de comando ou porta-armas - o reconhecimento espacial marinho Legend e alvos sistema de designação (1978). Além disso, no período de 1960 a 1980, um motor de foguete nuclear foi desenvolvido e testado em nosso país no local de teste de Semipalatinsk, informou a agência TASS.
Reator-conversor nuclear "Topázio" (modelo reduzido)
Os especialistas destacam as seguintes vantagens dos sistemas de propulsão de energia nuclear:
- A capacidade de voar a Marte em 1, 5 meses e retornar, enquanto um voo com motores convencionais de foguete pode levar até 1, 5 anos sem a possibilidade de retorno.
- Novas oportunidades no estudo do espaço próximo à Terra.
- A capacidade de manobra e aceleração, em contraste com instalações que só podem acelerar e voar ao longo de uma determinada trajetória.
- Reduzindo os custos de manutenção, que é alcançado devido a um alto recurso, a operação de 10 anos é possível.
- Um aumento significativo na massa da carga útil colocada em órbita devido à ausência de grandes tanques de combustível.
Em 20 de julho de 2014, foi recebida uma patente da Federação Russa sob o número RU2522971 para a "Usina de Propulsão de Energia Nuclear" (NPP), cujo autor é o acadêmico A. Koroteev. Mais tarde, na exposição "Ordem do Estado - PARA Aquisição Justa 2016 ", JSC" NIKIET "em homenagem a Dollezhal apresentou um modelo de uma usina de reator para uma usina nuclear de classe megawatt. Sabe-se que a usina nuclear em desenvolvimento em nosso país é composta por três elementos principais: uma usina reatora com fluido de trabalho e dispositivos auxiliares, como turbina gerador-compressor e trocador de calor-recuperador; um sistema de propulsão de foguete elétrico e um refrigerador com radiador (um sistema para despejar calor no espaço). Considerando o andamento dos trabalhos, pode-se notar que a Federação Russa tem todas as chances de ser a primeira a lançar em órbita uma espaçonave, que será equipada com uma usina nuclear.
A previsão é que até 2019 seja criado um modelo de usina nuclear em ferro para teste. E os primeiros voos ao espaço usando essa usina ocorrerão na década de 2020. Dmitry Makarov, diretor do Instituto de Materiais do Reator (IRM, Região de Sverdlovsk), disse a jornalistas em abril de 2016 que os primeiros testes de voo de um sistema de propulsão espacial nuclear foram planejados para a década de 2020. Respondendo às perguntas dos jornalistas da TASS, ele observou que em um futuro próximo um estande de protótipo baseado em solo deste dispositivo será criado na Rússia, e os primeiros testes de vôo no espaço ocorrerão na década de 2020. Essa instalação de uma classe de megawatts permitirá a formação de poderosos motores nucleares elétricos que podem acelerar os veículos interplanetários a velocidades elevadas. Como parte desse projeto, a Rosatom está criando o coração da instalação - um reator nuclear.
Modelo de uma usina de reator para uma usina nuclear da classe megawatt
De acordo com Makarov, o IRM concluiu com sucesso os testes de elementos condutores de calor (TVEL) para esta instalação, especificando que foram testados elementos combustíveis em escala real, que estão previstos para serem usados nesses reatores. Makarov não tem dúvidas de que, com base na experiência e competência dos institutos Roscosmos e Rosatom, será possível criar um sistema de propulsão nuclear que permitirá ao nosso país chegar não só aos planetas mais próximos, mas também distantes do nosso sistema solar. Na verdade, uma plataforma será desenvolvida com a ajuda da qual será possível implementar programas de pesquisa sérios voltados para o estudo do espaço profundo.
O desenvolvimento de uma usina nuclear na Rússia tem os seguintes benefícios práticos. Em primeiro lugar, esta é uma expansão significativa das capacidades da Rússia e da humanidade em geral. A nave espacial com energia nuclear tornará a viagem humana a Marte e outros planetas uma realidade.
Em segundo lugar, essas naves irão aumentar significativamente a atividade humana no espaço próximo à Terra, dando uma oportunidade real de começar a colonizar a Lua (já existem projetos para construir usinas nucleares no satélite da Terra). “O uso de usinas nucleares está sendo considerado para grandes sistemas espaciais tripulados, e não para pequenas espaçonaves que podem voar em outros tipos de instalações usando motores iônicos ou energia eólica solar. Será possível usar sistemas de propulsão de energia nuclear em rebocadores interorbitais reutilizáveis. Por exemplo, para mover várias cargas entre órbitas baixas e altas, para realizar voos para asteróides. Também será possível enviar uma expedição a Marte ou criar um rebocador lunar reutilizável”, afirma o professor Oleg Gorshkov. Essas naves são capazes de mudar toda a economia da exploração espacial. Como observam os especialistas da RSC Energia, um veículo de lançamento movido a energia nuclear será capaz de reduzir o custo de lançar uma carga útil em uma órbita circunlunar em mais de duas vezes em comparação com foguetes equipados com motores de foguete de propelente líquido.
Em terceiro lugar, este desenvolvimento são novas tecnologias e materiais que certamente surgirão durante a implementação do projeto. Eles podem ser introduzidos em outros ramos da indústria russa - engenharia mecânica, metalurgia, etc. Este é um projeto inovador que, se implementado com sucesso, pode dar um novo impulso à economia russa.
