O desenvolvimento de uma usina nuclear da classe megawatt para tecnologia espacial de uma nova geração começou na Rússia. A tarefa é confiada ao Centro de Pesquisa Keldysh. Anatoly KOROTEEV, Diretor do Centro, Presidente da Academia Russa de Cosmonáutica Tsiolkovsky, disse à Interfax-AVN sobre a importância deste projeto para a cosmonáutica russa e seu significado, escreve Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, o desenvolvimento de uma usina nuclear tornou-se uma meta prioritária, para cuja realização serão concentrados recursos consideráveis. Este é realmente um projeto do qual depende o futuro da astronáutica?
- Exatamente. Vamos ver o que a astronáutica está fazendo hoje. Veremos áreas como comunicações por satélite, navegação espacial de alta precisão, sensoriamento remoto da Terra - ou seja, tudo relacionado ao suporte de informações. A segunda direção é a solução de questões relacionadas à expansão de nosso conhecimento do espaço além dos limites do espaço próximo à Terra. Por fim, a cosmonáutica, tanto em nosso país como em outros países, está trabalhando para resolver uma certa gama de tarefas de defesa. Esses são, convencionalmente, três conjuntos de tarefas nas atividades espaciais hoje. Sistemas de transporte testados e comprovados são usados para resolvê-los.
Se olharmos para o que esperamos da astronáutica amanhã, junto com a melhoria da gama de tarefas já sendo resolvidas, as questões do desenvolvimento de tecnologias de produção no espaço estão sendo levantadas. Também estamos falando sobre expedições à Lua e Marte. E não sobre expedições de visita, que era a expedição americana à lua, mas sobre uma longa permanência em outros planetas para que você possa dedicar tempo suficiente ao seu estudo.
Além disso, questões estão sendo levantadas sobre o possível fornecimento de energia da Terra a partir do espaço, sobre a luta contra o asteróide cometa. Todas essas tarefas são de uma ordem completamente diferente das de hoje. Portanto, se pensarmos em como esse complexo de tarefas é fornecido pela estrutura de transporte e energia, veremos que há uma necessidade séria de aumentar o suprimento de energia de nossas espaçonaves e a eficiência dos motores.
Temos veículos não econômicos hoje. Imagine, para cada 100 toneladas voando para fora da Terra, 3% na melhor das hipóteses se transforma em uma carga útil. Isso é para todos os foguetes modernos. Todo o resto é jogado fora como combustível queimado.
No que diz respeito às tarefas de longo prazo, é extremamente importante que nos movamos no espaço com economia suficiente. Aqui está o conceito de empuxo específico, que caracteriza a eficiência do motor. Esta é a razão entre o empuxo que ele cria e o consumo de combustível em massa. Se pegarmos o primeiro foguete alemão FAU-2, então seu impulso específico nas unidades de medida antigas foi de 220 segundos. Hoje, o melhor sistema de propulsão-energia, usando hidrogênio com oxigênio, dá um impulso específico de até 450 segundos. Ou seja, 60-70 anos de trabalho das melhores mentes do mundo aumentaram o impulso específico dos motores de foguetes tradicionais apenas duas vezes.
É possível aumentar este indicador várias vezes ou em ordens de magnitude? Acontece que existe. Por exemplo, usando motores nucleares, poderíamos aumentar o empuxo específico para cerca de 900 segundos, ou seja, mais duas vezes. E usando um fluido de trabalho ionizado para aceleração, eles poderiam atingir valores de 9000-10000 segundos, ou seja, aumentariam o empuxo específico 20 vezes. E isso já foi parcialmente alcançado hoje: em satélites de baixo empuxo, são usados motores de plasma, que dão um empuxo específico da ordem de 1600 segundos. No entanto, esses dispositivos ainda precisam de energia elétrica suficiente. Se você não levar em consideração uma estrutura completamente única - a Estação Espacial Internacional, onde o nível de eletricidade é de cerca de 100 kW, hoje os satélites mais poderosos têm um nível de fornecimento de eletricidade de apenas 20-30 kW. É muito difícil resolver uma série de tarefas se permanecermos neste nível.
- Ou seja, você precisa de um salto qualitativo?
- Sim. A astronáutica hoje vive um estado próximo daquele em que a aviação se encontrava após a Segunda Guerra Mundial, quando ficou claro que não era mais possível aumentar a velocidade com motores a pistão, era impossível aumentar seriamente o alcance e, em geral. ter uma aviação economicamente lucrativa. Então, como você se lembra, houve um salto na aviação, e eles mudaram de motores a pistão para motores a jato. Praticamente a mesma situação ocorre agora na tecnologia espacial. Não temos excelência em energia para enfrentar desafios sérios.
A propósito, ficou claro que não hoje. Já nas décadas de 60 e 70, tanto em nosso país como nos Estados Unidos, começaram os trabalhos sobre o uso da energia nuclear no espaço. Inicialmente, a tarefa foi criar motores de foguete que, ao invés da energia química de combustão do combustível e do oxidante, usassem o aquecimento do hidrogênio a uma temperatura de cerca de 3000 graus. Mas descobriu-se que esse caminho direto ainda é ineficaz. Recebemos alto empuxo por um curto período, mas ao mesmo tempo lançamos um jato que, em caso de funcionamento anormal do reator, pode ficar contaminado radioativamente.
Apesar do enorme trabalho realizado nas décadas de 60 e 70 na URSS e nos EUA, nem nós nem os americanos fomos capazes de criar motores de trabalho confiáveis naquela época. Eles funcionaram, mas não muito, porque aquecer o hidrogênio a 3.000 mil graus em um reator nuclear é uma tarefa séria.
Também ocorreram problemas ambientais durante os testes de solo de motores, uma vez que jatos radioativos foram lançados na atmosfera. Na URSS, esse trabalho foi realizado no local de testes de Semipalatinsk especialmente preparado para testes nucleares, que permaneceu no Cazaquistão.
E ainda, em termos de uso de energia nuclear para fornecimento de energia de espaçonaves, a URSS deu um passo muito sério naqueles anos. 32 satélites foram fabricados. Com o uso da energia nuclear nos aparelhos, foi possível obter energia elétrica em uma ordem de magnitude maior do que a solar.
Posteriormente, a URSS e os EUA, por motivos diversos, interromperam esse trabalho por algum tempo. Hoje está claro que eles devem ser renovados. Mas não nos pareceu razoável retomar de maneira tão direta para fazer um motor nuclear, que tem as desvantagens acima mencionadas, e propusemos uma abordagem completamente diferente.
- E qual é a diferença fundamental entre a nova abordagem?
“Essa abordagem era diferente da anterior da mesma forma que um carro híbrido difere de um carro convencional. Em um carro convencional, o motor gira as rodas, enquanto nos carros híbridos, a eletricidade é gerada a partir do motor, e essa eletricidade gira as rodas. Ou seja, uma espécie de usina intermediária está sendo criada.
Da mesma forma, propusemos um esquema em que um reator espacial não aquece o jato ejetado dele, mas gera eletricidade. O gás quente do reator gira a turbina, a turbina gira o gerador elétrico e o compressor, que faz circular o fluido de trabalho em circuito fechado. O gerador gera eletricidade para um motor de plasma com um empuxo específico 20 vezes maior do que o de motores químicos.
Quais são as principais vantagens desta abordagem. Primeiro, não há necessidade do site de teste de Semipalatinsk. Podemos realizar todos os testes no território da Rússia sem nos envolvermos em negociações internacionais longas e difíceis sobre o uso de energia nuclear fora do estado. Em segundo lugar, o jato que sai do motor não será radioativo, pois um fluido de trabalho completamente diferente passa pelo reator, que está em circuito fechado. Além disso, não precisamos aquecer o hidrogênio neste esquema, aqui um fluido de trabalho inerte circula no reator, que aquece até 1.500 graus. Estamos simplificando seriamente nossa tarefa. Finalmente, no final, aumentaremos o empuxo específico não duas vezes, mas 20 vezes em comparação com os motores químicos.
- Você pode citar o tempo do projeto?
- O projeto envolve as seguintes etapas: em 2010 - início das obras; em 2012 - conclusão do projeto de projeto e modelagem computacional detalhada do fluxo de trabalho; em 2015 - a criação de um sistema de propulsão de energia nuclear; em 2018 - a criação de um módulo de transporte usando esse sistema de propulsão, a fim de preparar o sistema para voar no mesmo ano.
A propósito, a fase de modelagem por computador não era típica para os produtos de tecnologia espacial criados, mas hoje é absolutamente necessária. No exemplo dos motores mais recentes, que foram desenvolvidos na Rússia, França e EUA, ficou claro que o método antigo clássico, quando um grande número de protótipos foram feitos para teste, está obsoleto.
Hoje, quando as capacidades da tecnologia da computação são muito altas, principalmente com o advento dos supercomputadores, podemos fornecer modelagem física e matemática de processos, criar um motor virtual, jogar situações possíveis, ver onde estão as armadilhas, e só depois ir para criar um motor, como dizem “em hardware”.
Aqui está um bom exemplo. Você provavelmente já ouviu falar sobre o motor RD-180 para o foguete Atlas criado para os americanos no Energomash Design Bureau. Em vez de 25-30 cópias, que normalmente eram gastas em testes do motor, demorou apenas 8, e o RD-180 imediatamente entrou em vida. Porque os desenvolvedores se deram ao trabalho de “jogar” tudo isso nos computadores.
- Qual é o preço da emissão?
- Hoje, 17 bilhões de rublos foram declarados para todo o projeto até 2018 inclusive. Diretamente para 2010, 500 milhões de rublos foram alocados, incluindo 430 milhões de rublos - para Rosatom e 70 milhões de rublos - para Roskosmos.
Naturalmente, gostaríamos de acreditar que se a liderança do país disser que esta é uma área prioritária e o dinheiro tiver sido alocado, então ele será dado.
O valor declarado é menor do que gostaríamos, mas acho que é suficiente para os próximos anos e uma grande variedade de obras podem ser realizadas com esse dinheiro.
Nosso instituto foi nomeado chefe da usina nuclear, o módulo de transporte, muito provavelmente, será feito pela Energia Rocket and Space Corporation.
Em geral, o projeto é baseado na cooperação, formada principalmente pelas empresas Rosatom, que fará o reator, e Roskosmos, que fabricará turbocompressores, geradores e os próprios motores.
Claro, o trabalho usará a base científica criada em anos anteriores. Por exemplo, o desenvolvimento de um reator é baseado em um grande número de decisões que foram feitas anteriormente sobre um motor nuclear. A cooperação é a mesma. Este é o Podolsk Scientific Research Technological Institute, o Kurchatov Center, o Obninsk Institute of Physics and Power Engineering. O Keldysh Center, o Design Bureau for Chemical Engineering e o Voronezh Design Bureau for Chemical Automation fizeram muito em um circuito fechado. Vamos aproveitar ao máximo essa experiência ao criar um turboalimentador. Para o gerador, conectamos o Instituto de Eletromecânica, que tem experiência na criação de geradores voadores.
Em suma, há um alicerce considerável, o trabalho não começa do zero.
- A Rússia pode estar à frente de outros países neste trabalho?
- Eu não excluo isso. Tive uma reunião com o vice-chefe da NASA, discutimos questões relacionadas ao retorno aos trabalhos com energia nuclear no espaço, e ele disse que os americanos estão demonstrando grande interesse pelo assunto. Em sua opinião, não se pode descartar a possibilidade de acelerar os trabalhos nessa direção no Ocidente.
Não excluo que a China possa responder com ações ativas de sua parte, portanto, precisamos trabalhar rapidamente. E não só para estar a meio passo à frente de alguém. Precisamos trabalhar rapidamente, antes de mais nada, para que na cooperação internacional emergente, e de fato ela está se formando hoje, pareçamos dignos. Para que nos levassem lá, e não assumissem o papel de gente que deveria fazer fazendas de metal, mas para que a atitude em relação a nós fosse a mesma que era, por exemplo, nos anos 90. Então, um grande conjunto de trabalhos sobre fontes nucleares no espaço foi desclassificado. Quando esses trabalhos se tornaram conhecidos pelos americanos, eles lhes deram notas muito altas. Até ao ponto em que foram elaborados programas conjuntos connosco.
Em princípio, é possível que exista um programa internacional para uma central nuclear, semelhante ao programa de cooperação em curso sobre fusão termonuclear controlada.
- Anatoly Sazonovich, em 2011 o mundo vai comemorar o aniversário do primeiro vôo tripulado ao espaço. Este é um bom motivo para relembrarmos as conquistas de nosso país no espaço.
- Acho que sim. Afinal, não foi apenas o primeiro vôo tripulado ao espaço. O voo tornou-se possível graças à solução de um amplo leque de questões científicas, técnicas e médicas. Pela primeira vez um homem voou ao espaço e voltou à Terra, pela primeira vez foi provado que o sistema de proteção térmica funciona normalmente. O vôo teve um grande impacto internacional. Não esqueçamos que apenas 16 anos se passaram desde o fim da guerra mais difícil para o país. E agora descobriu-se que um país que perdeu mais de 20 milhões de pessoas e sofreu uma destruição colossal é capaz não apenas de fazer algo no mais alto nível mundial, mas até mesmo ultrapassar o mundo inteiro por um certo período. Foi uma demonstração extremamente importante que elevou a autoridade do país e o orgulho do povo.
Na minha vida ocorreram dois eventos de importância semelhante. Este é o Dia da Vitória e o encontro de Yuri Gagarin, que vi pessoalmente. Em 9 de maio de 1945, Moscou inteira, da Praça Vermelha aos arredores, saiu para comemorar nas ruas. Foi realmente um impulso espontâneo, e o mesmo impulso impressionante ocorreu em abril de 1961, quando Gagarin voou.
O significado internacional do aniversário de meio século do primeiro vôo deve ser reforçado. É necessário enfatizar e lembrar a sociedade sobre o papel do nosso país na exploração espacial. Infelizmente, nos últimos 20 anos, não fizemos isso com muita frequência. Se você abrir a Internet, verá uma grande quantidade de material relacionado, por exemplo, à expedição americana à lua, mas não há muito material relacionado ao vôo de Gagarin. Se você conversar com os alunos atuais, não sei de quem é o nome que eles conhecem melhor, Armstrong ou Gagarin. Portanto, considero absolutamente correto tomar a decisão de comemorar o 50º aniversário do primeiro voo espacial tripulado em nível estadual e dar-lhe um som internacional.
A Academia Russa de Cosmonáutica Tsiolkovsky emitirá uma medalha para este evento, que será concedida às pessoas que estiveram envolvidas no primeiro voo ou deram uma contribuição suficiente para o desenvolvimento da astronáutica. Além disso, estamos nos preparando para realizar uma grande conferência internacional, na qual se planeja discutir com parceiros estrangeiros e russos as características da exploração espacial tripulada que são características do estágio atual. Existem muitas questões difíceis aqui.
Se hoje pararmos cem pessoas na rua e perguntarmos qual dos cosmonautas está voando no espaço agora, Deus nos livre, se três ou quatro pessoas nos responderem, e não estou convencido disso. E se fizermos a pergunta, o que os astronautas estão fazendo na estação, então menos ainda. Eu acho que a promoção da vida no espaço real, voos tripulados é extremamente importante, e isso não está sendo feito o suficiente. Existem muitos materiais estúpidos na TV, quando alguém se encontrou com alienígenas ou como os alienígenas levaram alguém embora.
Repito, o quinquagésimo aniversário do primeiro voo espacial tripulado é um acontecimento que marca verdadeiramente uma época, deve ser celebrado da forma mais digna, tanto no nosso país como a nível internacional. E claro que o nosso instituto vai participar direto nisso, ele que se relacionou com esse vôo e participou dele. Vários de nossos funcionários naquele período receberam prêmios estaduais por resolverem problemas de voo em particular. Por exemplo, o vice-diretor do então instituto, o acadêmico Georgy Petrov, recebeu o título de Herói do Trabalho Socialista pelo desenvolvimento de métodos de proteção térmica de um navio durante a descida da órbita. Claro, vamos tentar celebrar este evento com dignidade.
