Jeden z najbardziej ambitnych sowiecko-rosyjskich projektów w dziedzinie eksploracji kosmosu jest na ukończeniu i wchodzi w fazę natychmiastowej praktycznej realizacji. Mówimy o stworzeniu elektrowni jądrowej klasy megawatowej. Stworzenie i przetestowanie takiego silnika może znacząco zmienić stan rzeczy w przestrzeni bliskiej Ziemi.
Megawatowa elektrownia atomowa (NPPU) to wspólny projekt grupy rosyjskich przedsiębiorstw wchodzących w skład Roskosmosu i Rosatomu. Projekt ten ma na celu budowę megawatowej elektrowni jądrowej. Został zaprojektowany specjalnie do wyposażenia nowego statku kosmicznego o roboczej nazwie TEM (moduł transportowo-energetyczny). Głównym wykonawcą prac nad projektem budowy elektrowni jądrowej jest Federalne Przedsiębiorstwo Unitarne „Centrum Badawcze im. M. V. Keldysha” (Moskwa). Celem tego ambitnego projektu jest doprowadzenie Rosji do wiodącej pozycji w tworzeniu kompleksów energetycznych do celów kosmicznych, które są wysoce wydajne i zdolne do rozwiązywania imponującego zakresu zadań w przestrzeni kosmicznej. Na przykład eksploracja Księżyca, a także odległych planet naszego Układu Słonecznego, w tym tworzenie na nich automatycznych baz.
Obecnie loty kosmiczne w kosmosie przyziemnym odbywają się na rakietach, które wprawiane są w ruch na skutek spalania w ich silnikach ciekłego lub stałego paliwa rakietowego. Ciekłe paliwo rakietowe dzieli się na utleniacz i paliwo. Te elementy znajdują się w różnych zbiornikach rakiety w stanie ciekłym. Mieszanie składników odbywa się już w komorze spalania, zwykle za pomocą wtryskiwaczy. Ciśnienie powstaje w wyniku pracy układu pompy wyporowej lub turbosprężarki. Ponadto komponenty miotające służą do chłodzenia dyszy silnika rakietowego. Stałe paliwo rakietowe dzieli się również na paliwo i utleniacz, ale występują one w postaci mieszaniny ciał stałych.
W ciągu ostatnich dziesięcioleci technologia wykorzystania tego rodzaju paliwa rakietowego została w wielu krajach dopracowana w najdrobniejszych szczegółach. Jednocześnie sami naukowcy zajmujący się rakietami przyznają, że dalszy rozwój takich technologii jest problematyczny. Były szef Rosyjskiej Federalnej Agencji Kosmicznej Anatolij Perminow zauważył: „Z grubsza rzecz biorąc, z istniejących silników rakietowych zostało wyciśnięte wszystko, zarówno płynne, jak i stałe. Próby zwiększenia ich siły, konkretny impuls wydają się po prostu beznadziejne.” Na tym tle interesujące są inne rozwiązania techniczne. Na przykład elektrownie jądrowe, które mogą czasami zapewniać wzrost ciągu i impuls właściwy. Anatolij Perminow podał przykład lotu na Marsa, do którego teraz trzeba lecieć 1,5-2 lata tam iz powrotem. Dzięki zastosowaniu napędu jądrowego czas lotu można skrócić do 2-4 miesięcy.
Biorąc to pod uwagę, w Rosji od 2010 roku realizowany jest projekt stworzenia kosmicznego modułu transportowo-energetycznego na bazie niemającej odpowiednika na świecie elektrowni jądrowej klasy megawatowej. Odpowiednie zamówienie podpisał Dmitrij Miedwiediew. Na realizację tego projektu do 2018 r. z budżetu federalnego Roscosmos i Rosatom planowano przeznaczyć 17 mld rubli, 7,2 mld rubli z tej kwoty przeznaczono na państwową korporację Rosatom na stworzenie reaktora (Badania i Design Institute Dollezhal Energy Technicians), 4 mld rubli - do Centrum Keldysha na opracowanie systemu napędowego energii jądrowej, 5,8 mld rubli - do RSC Energia, która miała stworzyć moduł transportowo-energetyczny. Zgodnie z nowym federalnym programem kosmicznym w latach 2016-2025 na dalsze prace nad projektem przewidziano przeznaczenie kolejnych 22 mld 890 mln rubli.
Wszystkie te prace są wykonywane w Rosji nie od zera. Możliwość wykorzystania energii jądrowej w kosmosie od połowy lat pięćdziesiątych rozważali tak wybitni rosyjscy specjaliści jak Keldysh, Kurczatow i Korolow. Tylko w latach 1970-1988 Związek Radziecki wystrzelił w kosmos ponad 30 satelitów rozpoznawczych, które były wyposażone w elektrownie jądrowe małej mocy, takie jak Topaz i Buk. Satelity te zostały wykorzystane do stworzenia systemu nadzoru na każdą pogodę dla celów powierzchniowych na całym obszarze wodnym Oceanu Światowego, a także do wydawania oznaczeń celów z transmisją do stanowisk dowodzenia lub nośników broni - morskiego rozpoznania kosmicznego Legend i celu system oznaczeń (1978). Ponadto w latach 1960-1980 w naszym kraju na poligonie Semipalatinsk opracowano i przetestowano silnik rakietowy jądrowy, podała agencja TASS.
Reaktor jądrowy "Topaz" (model zredukowany)
Eksperci podkreślają następujące zalety systemów napędowych energetyki jądrowej:
- Możliwość przelotu na Marsa w 1,5 miesiąca i powrotu, natomiast lot przy użyciu konwencjonalnych silników rakietowych może trwać nawet 1,5 roku bez możliwości powrotu.
- Nowe możliwości w badaniu przestrzeni bliskiej Ziemi.
- Zdolność do manewrowania i przyspieszania, w przeciwieństwie do instalacji, które mogą tylko przyspieszać, a następnie latać po danej trajektorii.
- Obniżenie kosztów utrzymania, co jest osiągane dzięki dużym zasobom, możliwa jest 10-letnia eksploatacja.
- Znaczny wzrost masy ładunku wynoszonego na orbitę ze względu na brak dużych zbiorników paliwa.
20 lipca 2014 r. Otrzymano patent Federacji Rosyjskiej pod numerem RU2522971 na „Elektrownię jądrową” (NPP), autorem jest akademik A. Koroteev. Później na wystawie „Porządek państwowy – dla uczciwych zamówień 2016”, JSC „NIKIET” im. Dollezhala zaprezentował model reaktora dla elektrowni jądrowej klasy megawatowej. Wiadomo, że rozwijana w naszym kraju elektrownia jądrowa składa się z trzech głównych elementów: reaktora z płynem roboczym oraz urządzeń pomocniczych, takich jak turbogenerator-sprężarka i wymiennik ciepła-rekuperator; elektryczny system napędowy rakiety i chłodnica lodówka (system odprowadzania ciepła w przestrzeń). Biorąc pod uwagę postęp prac, można zauważyć, że Federacja Rosyjska ma wszelkie szanse, aby jako pierwsza wystrzelić na orbitę statek kosmiczny, który będzie wyposażony w elektrownię atomową.
Planuje się, że do 2019 r. powstanie model elektrowni jądrowej w żelazie do testów. A pierwsze loty w kosmos z wykorzystaniem takiej elektrowni odbędą się w latach dwudziestych. Dmitrij Makarow, dyrektor Instytutu Materiałów Reaktorowych (IRM, obwód swierdłowski), powiedział dziennikarzom w kwietniu 2016 r., że pierwsze testy w locie jądrowego systemu napędowego kosmicznego zaplanowano na lata 20. XX wieku. Odpowiadając na pytania dziennikarzy TASS zaznaczył, że w niedalekiej przyszłości w Rosji powstanie naziemne stanowisko prototypowe tego urządzenia, a pierwsze testy w locie w kosmosie odbędą się w latach dwudziestych. Taka instalacja klasy megawatowej pozwoli na utworzenie potężnych elektrycznych silników jądrowych, które mogą przyspieszyć pojazdy międzyplanetarne do poważnych prędkości. W ramach tego projektu Rosatom tworzy serce obiektu – reaktor jądrowy.
Model reaktora dla elektrowni jądrowej klasy megawatowej
Według Makarowa IRM pomyślnie zakończył testy elementów przewodzących ciepło (TVEL) dla tej instalacji, określając, że przetestowano elementy paliwowe w pełnej skali, które mają być stosowane w takich reaktorach. Makarow nie ma wątpliwości, że w oparciu o doświadczenie i kompetencje instytutów Roskosmosu i Rosatomu uda się stworzyć jądrowy system napędowy, który pozwoli naszemu krajowi dotrzeć nie tylko do najbliższych, ale i odległych planet Układu Słonecznego. W rzeczywistości zostanie opracowana platforma, za pomocą której będzie można realizować poważne programy badawcze mające na celu badanie kosmosu.
Rozwój elektrowni jądrowej w Rosji ma następujące praktyczne zalety. Po pierwsze, jest to znaczące rozszerzenie możliwości Rosji i całej ludzkości. Statek kosmiczny napędzany energią jądrową sprawi, że podróże ludzi na Marsa i inne planety staną się rzeczywistością.
Po drugie, takie statki znacznie zwiększą aktywność człowieka w kosmosie blisko Ziemi, dając realną szansę na rozpoczęcie kolonizacji Księżyca (są już projekty budowy elektrowni jądrowych na satelicie Ziemi). „Rozważa się wykorzystanie elektrowni jądrowych w dużych załogowych systemach kosmicznych, a nie w małych statkach kosmicznych, które mogą latać na innych typach instalacji wykorzystujących silniki jonowe lub energię wiatru słonecznego. Możliwe będzie wykorzystanie jądrowych systemów napędowych na holownikach międzyorbitalnych wielokrotnego użytku. Na przykład, aby przenosić różne ładunki między niską a wysoką orbitą, wykonywać loty na asteroidy. Możliwe będzie również wysłanie ekspedycji na Marsa lub stworzenie holownika księżycowego wielokrotnego użytku”- mówi profesor Oleg Gorszkow. Takie statki są w stanie zmienić całą ekonomię eksploracji kosmosu. Jak zauważają specjaliści RSC Energia, rakieta nośna o napędzie jądrowym będzie w stanie obniżyć koszt wystrzelenia ładunku na orbitę okołoksiężycową ponad dwukrotnie w porównaniu z rakietami wyposażonymi w silniki na paliwo ciekłe.
Po trzecie, rozwój ten to nowe technologie i materiały, które z pewnością pojawią się podczas realizacji projektu. Można je wprowadzić do innych gałęzi przemysłu rosyjskiego - inżynierii mechanicznej, metalurgii itp. To przełomowy projekt, który w przypadku pomyślnej realizacji może dać nowy impuls rosyjskiej gospodarce.
