Durante MAKS -2013, a cooperação de empresas domésticas das estruturas de Roscosmos e Rosatom apresentou um modelo atualizado de um módulo de transporte e energia (TEM) com uma unidade de propulsão de energia nuclear espacial (NPP) de uma classe megawatt (NK No. 10, 2013, p. 4). Este projeto foi apresentado publicamente há exatamente quatro anos, em outubro de 2009 (Código Tributário nº 12, 2009, p. 40). O que mudou durante esse tempo?
Crônica do projeto
Recorde-se que o objetivo do projeto é criar uma base de propulsão energética e, a partir dela, novos veículos espaciais com elevada relação potência / peso para a implementação de programas ambiciosos de estudo e exploração do espaço sideral. Esses meios tornam possível implementar expedições ao espaço profundo, aumento de mais de 20 vezes na eficiência econômica das operações de transporte espacial e aumento de mais de 10 vezes na energia elétrica a bordo da espaçonave.
A usina nuclear é baseada em um reator nuclear com um conversor turbo-máquina de longa vida. O desenvolvimento do TEM é realizado por despacho do Presidente da Rússia de 22 de junho de 2010 nº 419-rp. A sua criação está prevista no programa estadual "Atividades espaciais da Rússia para 2013-2020" e no programa do presidente para a modernização da economia. O trabalho no âmbito do contrato é financiado pelo orçamento federal no âmbito do programa especial “Implementação dos projetos da Comissão sob o Presidente da Federação Russa para a modernização e o desenvolvimento tecnológico da economia russa” *.
Mais de 17 bilhões de rublos são alocados para a implementação deste projeto avançado no período de 2010 a 2018. A distribuição exata dos fundos é a seguinte: 7,245 bilhões de rublos são alocados para a corporação estatal Rosatom para o desenvolvimento do reator, 3,955 bilhões de rublos - para o Centro de Pesquisa MV Keldysh para a criação de uma usina nuclear e cerca de 5,8 bilhões de rublos - para RSC Energia para a fabricação de TEM. A organização responsável pelo desenvolvimento do próprio reator nuclear é o Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento de Tecnologias Energéticas (NIKIET), que faz parte do sistema Rosatom. A cooperação também inclui o Instituto Tecnológico de Pesquisa Científica de Podolsk, o RRC "Instituto Kurchatov", o Instituto de Engenharia de Física e Energia em Obninsk, o Instituto de Pesquisa Científica NPO "Luch", o Instituto de Pesquisa Científica de Reatores Atômicos (NIIAR) e vários outras empresas e organizações. O Keldysh Center, o Design Bureau for Chemical Engineering e o Design Bureau for Chemical Automation fizeram muito no circuito de fluido de trabalho. O Instituto de Eletromecânica esteve ligado ao desenvolvimento do gerador.
Pela primeira vez, o projeto implementa tecnologias inovadoras que em muitos aspectos não têm análogos no mundo:
circuito de conversão altamente eficiente;
reator nêutron compacto de alta temperatura com sistema de resfriamento de gás, garantindo segurança nuclear e radiológica em todas as fases da operação;
elementos de combustível à base de combustível de alta densidade;
sistema de propulsão de cruzeiro baseado em um bloco de potentes motores de foguetes elétricos de alto desempenho (EJE);
turbinas de alta temperatura e trocadores de calor compactos com vida útil de dez anos;
geradores-conversores elétricos de alta velocidade de alta potência;
implantação de estruturas de grande porte no espaço, etc.
No esquema proposto, um reator nuclear gera eletricidade: um gás refrigerante, acionado através do núcleo, gira uma turbina, que gira um gerador elétrico e um compressor, que circula o fluido de trabalho em um circuito fechado. A substância do reator não sai para o meio ambiente, ou seja, exclui-se a contaminação radioativa. A eletricidade é consumida para o funcionamento de um motor de propulsão elétrica, que é mais de 20 vezes mais econômico do que os análogos químicos em termos de consumo do fluido de trabalho. A massa e as dimensões dos elementos básicos da usina nuclear devem garantir a sua colocação em ogivas espaciais dos veículos de lançamento russos existentes e futuros "Proton" e "Angara".
A crônica do projeto mostra seu rápido desenvolvimento nos tempos modernos. Em 30 de abril de 2010, o Diretor Geral Adjunto da State Atomic Energy Corporation Rosatom, Diretor da Diretoria do Complexo de Armas Nucleares IM Kamenskikh aprovou os termos de referência para o desenvolvimento de uma instalação de reator e TEM no âmbito do projeto “Criação de um módulo de transporte e energia baseado em uma usina nuclear de megawatt”. O documento foi acordado e aprovado pela Roskosmos. Em 22 de junho de 2010, o presidente russo Dmitry A. Medvedev assinou uma Ordem sobre a determinação dos contratantes únicos para o projeto.
Em 9 de fevereiro de 2011 em Moscou com base no Keldysh Center uma videoconferência de empresas - desenvolvedores TEM foi realizada. Estiveram presentes o chefe da Roscosmos A. N. Perminov, presidente e designer geral (RSC) Energia V. A. Lopota, diretor do Keldysh Centre A. S. Koroteev, diretor geral designer NIKIET ** Yu. G. Dragunov e vice-presidente chefe Smetannikov, designer de energia espacial fábricas na NIKIET. Foi dada especial atenção à necessidade de criar um stand "Resource" para testar uma instalação de reator com uma unidade de conversão de energia.
Em 25 de abril de 2011, a Roscosmos anunciou um concurso público para o desenvolvimento de uma usina nuclear, uma plataforma multifuncional em órbita geoestacionária e espaçonave interplanetária. Como resultado do concurso (o vencedor foi o NIKIET em 25 de maio do mesmo ano), foi assinado um contrato estatal válido até 2015 no valor de 805 milhões de rublos para a criação de uma amostra de bancada da instalação.
O contrato prevê o desenvolvimento de: uma proposta técnica para a criação de uma amostra de bancada (com simulador térmico de reator nuclear) de uma usina nuclear; seu projeto de rascunho; projeto e documentação tecnológica para protótipos de componentes de um produto de bancada e elementos básicos de uma usina nuclear; processos tecnológicos, bem como preparação da produção para a fabricação de protótipos dos componentes do produto de bancada e dos elementos básicos da instalação; fazer uma amostra de bancada e realizar o seu desenvolvimento experimental.
A composição do modelo de bancada da central nuclear deve incluir os elementos básicos de uma instalação normalizada, concebida para assegurar a subsequente criação de instalações de várias capacidades com base num princípio modular. A amostra de bancada deve gerar uma determinada potência - térmica e elétrica, bem como criar impulsos de empuxo típicos para todas as etapas da operação da usina nuclear como parte da espaçonave. Um reator de nêutrons rápido resfriado a gás de alta temperatura com uma potência térmica de até 4 MW foi selecionado para o projeto.
No dia 23 de agosto de 2012 foi realizada uma reunião de representantes da Rosatom e da Roscosmos, dedicada à organização dos trabalhos de criação de um complexo de ensaios para os ensaios de endurance necessários à implementação do projeto TEM. Foi realizado no A. P. Aleksandrov Scientific Research Technological Institute em Sosnovy Bor, perto de São Petersburgo, onde está planejada a criação do complexo especificado.
O projeto preliminar do TEM foi concluído em março deste ano. Os resultados obtidos permitiram passar em 2013 à fase de projecto de pormenor e fabrico de equipamentos e amostras para ensaios autónomos. O teste e o desenvolvimento de tecnologias de refrigerante começaram este ano no reator de pesquisa MIR no NIIAR (Dimitrovgrad), onde um circuito para testar o refrigerante de hélio-xenônio em temperaturas acima de 1000 ° C foi instalado.
Um protótipo terrestre da planta do reator está planejado para ser criado até 2015, e até 2018 uma planta do reator para completar o sistema de propulsão de energia nuclear deve ser fabricada e seus testes iniciados em Sosnovy Bor. O primeiro TEM para testes de vôo pode aparecer em 2020.
A próxima reunião sobre o projeto foi realizada no dia 10 de setembro de 2013 na estatal Rosatom. O chefe do NIKIET Yu, G. Dragunov apresentou informações sobre o estado do trabalho e os principais problemas na implementação do programa. Salientou que neste momento os especialistas do Instituto desenvolveram a documentação do desenho técnico da central nuclear, identificaram as principais soluções de desenho e realizaram os trabalhos de acordo com o "roteiro" do projecto. Após a reunião, o chefe da corporação Rosatom, S. V. Kirienko, instruiu a NIKIET a preparar propostas para otimizar o roteiro.
Alguns detalhes do projeto e características do projeto da usina nuclear foram descobertos durante uma conversa com representantes do Centro Keldysh no show aéreo MAKS-2013. Em particular, os desenvolvedores relataram que a instalação será feita imediatamente de forma completa. versão em tamanho, sem fazer um protótipo reduzido.
A usina nuclear tem características extremamente altas (para o seu tipo): com uma potência térmica do reator de 4 MW, a energia elétrica do gerador será de 1 MW, ou seja, a eficiência chegará a 25%, o que é considerado um indicador muito bom.
O conversor da turbo-máquina é de dois circuitos. No primeiro circuito, é utilizado um trocador de calor a placas - um recuperador e um trocador de calor tubular-refrigerador. Este último separa o circuito principal (primeiro) de remoção de calor e o segundo circuito de retorno de calor.
Relativamente a uma das soluções mais interessantes a desenvolver no âmbito do projecto (a escolha do tipo de frigoríficos-radiadores do segundo circuito), a resposta foi dada que estão a ser considerados permutadores de gotejamento e de painel, e até agora os escolha não foi feita. No mock-up demonstrado e nos pôsteres, a opção preferida foi apresentada com um refrigerador-radiador de gotejamento. Paralelamente, estão em andamento as obras do trocador de calor do painel. Observe que toda a estrutura do TEM é transformável: no lançamento, o módulo se encaixa sob a carenagem da cabeça do VE e em órbita “abre suas asas” - as hastes se expandem, espalhando o reator, os motores e a carga útil por uma longa distância.
O TEM usará um monte de EPEs extremamente potentes aprimorados - quatro "pétalas" de seis motores principais com um diâmetro de 500 mm, além de oito motores menores para controle de rotação e correção de curso. No showroom da MAKS-2013, foi apresentado um motor em funcionamento, que já se encontra em fase de testes (até o momento com empuxo parcial, com potência elétrica de até 5 kW). EJEs funcionam com xenônio. Este é o melhor, mas também o fluido de trabalho mais caro. Outras opções foram consideradas: em particular, metais - lítio e sódio. No entanto, os motores baseados em tal meio de trabalho são menos econômicos e é muito difícil realizar testes de solo em tais EJEs.
O recurso estimado da usina nuclear, incluída no projeto, é de dez anos. Os testes de recursos devem ser realizados diretamente na instalação completa, e as unidades serão operadas de forma autônoma na base de bancada de empresas de cooperação. Em particular, o turboalimentador desenvolvido na KBHM já foi fabricado e está sendo testado em uma câmara de vácuo no Centro Keldysh. Um simulador térmico de um reator de energia elétrica de 1 MW também foi feito.
