Jeden z najśmielszych projektów ostatnich lat w dziedzinie technologii kosmicznej rozwija się i są powody do dobrych wiadomości. Niedawno dowiedziała się o zakończeniu prac nad projektem „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego na bazie elektrowni jądrowej klasy megawatowej”. Teraz naukowcy muszą przeprowadzić szereg kolejnych prac, a efektem końcowym będzie powstanie pełnoprawnego modułu nadającego się do wykorzystania.
Raport pracy
Pod koniec lipca Roskosmos zatwierdził raport z 2018 r. wskazujący główne obszary działalności i sukcesy organizacji. Raport wspomina m.in. o projekcie „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego na bazie elektrowni jądrowej klasy megawatowej”, opracowanym w ramach Państwowego Programu „Działania kosmiczne Rosji na lata 2013-2020”.
Według raportu projekt ten został ukończony w ubiegłym roku. W ramach tych prac wykonano dokumentację projektową, wyprodukowano i przetestowano poszczególne produkty. Podczas gdy mówimy o elementach przyszłego układu prototypu naziemnego modułu transportowo-energetycznego (TEM).
Na tym prace nad stworzeniem TEM nie kończą się. Wszystkie dalsze działania będą prowadzone w ramach istniejącego federalnego programu kosmicznego. Niestety raport Roskosmosu nie podaje szczegółów technicznych projektu TEM w jego obecnej formie, a także nie wskazuje harmonogramu prac. Dane te są jednak znane z innych źródeł.
Historia problemu
Według raportu Roscosmos prace nad TEM trwają i wkrótce powinny wejść w nowy etap. Oznacza to, że plany stworzenia całkowicie nowej technologii rakietowej i kosmicznej, zatwierdzone prawie 10 lat temu, zostaną zrealizowane w dającej się przewidzieć przyszłości.
Pomysł modułu transportowo-energetycznego opartego na elektrowni jądrowej (NPP) w obecnej formie został zaproponowany w 2009 roku. Rozwój tego produktu miały być realizowane przez przedsiębiorstwa Roscosmos i Rosatom. Wiodącą rolę w projekcie odgrywają Rocket and Space Corporation Energia oraz Federal State Unitary Enterprise Keldysh Center.
W 2010 roku ruszył projekt, rozpoczęły się pierwsze prace badawczo-projektowe. Argumentowano wówczas, że główne elementy elektrowni jądrowej i TEM będą gotowe do końca dekady. Wstępny projekt TEM został przygotowany w 2013 roku. W 2014 roku rozpoczęto testy podzespołów elektrowni jądrowej i silnika jonowego ID-500. W przyszłości pojawiły się liczne doniesienia o różnych pracach i sukcesach. Zbudowano i przetestowano różne elementy elektrowni jądrowej i TEM oraz prowadzono poszukiwania obszarów zastosowań nowych technologii.
W miarę rozwoju projektu TEM obrazy przedstawiające przybliżony wygląd tego produktu były regularnie publikowane w otwartych źródłach. Ostatni raz takie materiały pojawiły się w listopadzie ubiegłego roku. Ciekawe, że ta wersja wyglądu znacznie różniła się od poprzednich, chociaż miała pewne podobieństwo w podstawowych cechach.
Właściwości techniczne
Moduł transportowo-energetyczny uważany jest za wielozadaniowy pojazd do pracy w kosmosie, zarówno na orbicie okołoziemskiej, jak i na innych trajektoriach. Z jego pomocą w przyszłości planowane jest wystrzelenie ładunku na orbity lub wysłanie go do innych ciał niebieskich. TEM może być również używany do serwisowania statków kosmicznych lub zwalczania kosmicznych śmieci.
TEM otrzyma przesuwne kratownice nośne, dzięki czemu zapewnione zostaną niezbędne wymiary. Na farmach proponuje się montaż bloku energetycznego z instalacją reaktora, zespołem oprzyrządowania i montażu, dokami, panelami słonecznymi itp. W części ogonowej modułu będą zlokalizowane elektryczne silniki rakietowe rejsowe i manewrowe. Ładunek będzie transportowany za pomocą urządzeń dokujących.
Głównym elementem TEM jest elektrownia jądrowa klasy megawatowej, która rozwijana jest od 2009 roku. Reaktor instalacji powinien wyróżniać się szczególną odpornością na obciążenia temperaturowe, co wiąże się ze specjalnymi trybami jego pracy. Jako chłodziwo wybrano mieszaninę helowo-ksenonową. Moc cieplna instalacji osiągnie 3,8 MW, a moc elektryczna 1 MW. Aby zrzucić nadmiar ciepła, proponuje się zastosowanie chłodziarki z chłodnicą kroplową.
Energia elektryczna z instalacji jądrowej musi być dostarczana do elektrycznego silnika rakietowego. Obiecujący silnik jonowy ID-500 jest na etapie testów. Przy sprawności do 75% powinien wykazywać moc 35 kW i ciąg do 750 mN. Podczas testów w 2017 roku produkt ID-500 pracował na stoisku przez 300 godzin przy mocy 35 kW.
Według danych z lat ubiegłych TEM w pozycji roboczej będzie miał długość ponad 50-52 m przy średnicy (dla kratownic otwartych i znajdujących się na nich elementów) ponad 20 m. Masa co najmniej 20 ton lub kilka pojazdów nośnych z późniejszym montażem. Następnie ładunek musi do niego zadokować. Projektowana żywotność, ograniczona żywotnością reaktora, wynosi 10 lat.
Świetne perspektywy
Główną cechą TEM z elektrownią jądrową, która zasadniczo odróżnia go od innych technologii rakietowych i kosmicznych, jest najwyższy impuls właściwy. Zastosowanie specjalnej elektrowni i elektrycznego silnika rakietowego umożliwia uzyskanie wymaganych parametrów ciągu przy minimalnym zużyciu paliwa jądrowego. Tak więc TEM teoretycznie jest w stanie rozwiązać problemy niedostępne dla tradycyjnych systemów rakietowych zasilanych paliwem chemicznym.
Dzięki temu możliwe jest bardziej aktywne wykorzystanie silników podtrzymujących i manewrowych podczas całego lotu. W szczególności pozwala to na wykorzystanie korzystniejszych torów lotu do innych ciał niebieskich. 10-letni okres użytkowania pozwala na wielokrotne wykorzystanie TEM w różnych misjach, zmniejszając koszty ich organizacji. Ogólnie rzecz biorąc, pojawienie się systemów takich jak TEM z elektrownią jądrową da kosmonautyce nowe możliwości we wszystkich głównych sferach działalności.
Standardowe silniki TEM muszą wykorzystywać tylko część energii elektrycznej z systemów wytwórczych. W związku z tym pozostaje duży margines mocy odpowiedniej do wykorzystania przez docelowy sprzęt.
Jednak są też poważne wady. Przede wszystkim jest to konieczność opracowania całej gamy nowych technologii oraz ogólna złożoność projektu. W rezultacie stworzenie TEM wymaga dużo czasu i odpowiedniego finansowania. Tak więc projekt Roscosmos jest rozwijany od około 10 lat, ale praktyczne zastosowanie gotowego TEM jest jeszcze w odległej przyszłości. Całkowity koszt projektu szacowany jest na 17 miliardów rubli.
Wykorzystanie elektrowni jądrowej prowadzi do poważnych ograniczeń na różnych etapach. Na przykład testowanie gotowej elektrowni jądrowej lub TEM jako całości jest możliwe tylko na orbitach, co zminimalizuje szkody spowodowane możliwymi sytuacjami awaryjnymi. To samo dotyczy działania gotowego modułu transportowo-energetycznego.
Bliska przyszłość
Zgodnie z najnowszymi doniesieniami, pomyślnie zakończył się rozwój projektu „Stworzenie modułu transportowo-energetycznego opartego na megawatowej elektrowni jądrowej”. Niektóre makiety wymagane do testów są już gotowe. W najbliższych latach przedsiębiorstwa z Roskosmosu i Rosatomu będą musiały wykonać szereg ważnych prac z tymi i innymi produktami.
Lotny prototyp TEM ma powstać w latach 2022-23. Potem powinny rozpocząć się różne testy, które potrwają kilka lat. Pełne uruchomienie operacji TEM spodziewane jest w 2030 roku.
Pod koniec czerwca dowiedział się o przygotowaniu terenu pod działanie TEM. Taki sprzęt zostanie wystrzelony z kosmodromu Wostoczny. Nie tak dawno ogłoszono konkurs na opracowanie i budowę zestawu obiektów do przygotowania statku kosmicznego oraz modułu transportowo-energetycznego. Dokumentacja projektowa kompleksu technicznego powinna zostać opracowana w latach 2025-26. Rozpoczęcie budowy planowane jest na 2027 r., a oddanie do użytku w 2030 r. Koszt kontraktu to 13,2 mld rubli.
W związku z tym różne prace na temat zaawansowanej technologii rakietowej i kosmicznej z elektrowniami jądrowymi będą kontynuowane przez następną dekadę. Niektóre organizacje będą musiały zakończyć rozwój i przetestować moduł transportowo-energetyczny, podczas gdy inne przygotują infrastrukturę do jego funkcjonowania. Bazując na wynikach wszystkich tych prac, w 2030 r. rosyjski przemysł kosmiczny będzie miał do dyspozycji całkowicie nową technologię o szerokich możliwościach. Jednak złożoność wszystkich etapów obiecującego programu może prowadzić do zmiany harmonogramu.
