Durante MAKS -2013, la cooperazione di aziende nazionali delle strutture di Roscosmos e Rosatom ha presentato un modello aggiornato di un modulo di trasporto ed energia (TEM) con un'unità di propulsione nucleare spaziale (NPP) di classe megawatt (NK n. 10, 2013, pag. 4). Questo progetto è stato presentato pubblicamente esattamente quattro anni fa, nell'ottobre 2009 (Codice Fiscale n. 12, 2009, p. 40). Cosa è cambiato in questo periodo?
Cronaca del progetto
Ricordiamo che l'obiettivo del progetto è creare una base di propulsione energetica e, sulla sua base, nuovi veicoli spaziali con un elevato rapporto potenza-peso per l'attuazione di ambiziosi programmi per lo studio e l'esplorazione dello spazio. Questi mezzi consentono di realizzare spedizioni nello spazio profondo, un aumento di oltre 20 volte dell'efficienza economica delle operazioni di trasporto spaziale e un aumento di oltre 10 volte della potenza elettrica a bordo del veicolo spaziale.
La centrale nucleare si basa su un reattore nucleare con un convertitore di turbomacchine a lunga durata. Lo sviluppo di TEM viene effettuato per ordine del Presidente della Russia del 22 giugno 2010 n. 419-rp. La sua creazione è prevista dal programma statale "Attività spaziali della Russia per il 2013 - 2020" e dal programma del presidente per la modernizzazione dell'economia. I lavori nell'ambito del contratto sono finanziati dal bilancio federale nell'ambito del programma speciale "Attuazione dei progetti della Commissione sotto il presidente della Federazione Russa per la modernizzazione e lo sviluppo tecnologico dell'economia russa" *.
Più di 17 miliardi di rubli sono stanziati per l'attuazione di questo progetto avanzato nel periodo dal 2010 al 2018. L'esatta distribuzione dei fondi è la seguente: 7,245 miliardi di rubli sono assegnati alla società statale Rosatom per lo sviluppo del reattore, 3,955 miliardi di rubli - per il Centro di ricerca MV Keldysh per la creazione di una centrale nucleare e circa 5,8 miliardi di rubli - per RSC Energia per la produzione di TEM. L'organizzazione principale responsabile dello sviluppo del reattore nucleare stesso è l'Istituto di ricerca e sviluppo delle tecnologie energetiche (NIKIET), che fa parte del sistema Rosatom. La cooperazione comprende anche l'Istituto tecnologico di ricerca scientifica di Podolsk, l'RRC "Kurchatov Institute", l'Istituto di fisica e ingegneria energetica di Obninsk, l'Istituto di ricerca scientifica NPO "Luch", l'Istituto di ricerca scientifica dei reattori atomici (NIIAR) e un certo numero di altre imprese e organizzazioni. Il Keldysh Center, il Design Bureau for Chemical Engineering e il Design Bureau for Chemical Automation hanno fatto molto sul circuito del fluido di lavoro. L'Istituto di Elettromeccanica è stato collegato allo sviluppo del generatore.
Per la prima volta, il progetto implementa tecnologie innovative che per molti aspetti non hanno analoghi al mondo:
circuito di conversione ad alta efficienza;
reattore compatto a neutroni veloci ad alta temperatura con sistemi di raffreddamento a gas, che garantisce la sicurezza nucleare e dalle radiazioni in tutte le fasi del funzionamento;
elementi di combustibile a base di combustibile ad alta densità;
sistema di propulsione da crociera basato su un blocco di potenti motori elettrici a razzo ad alte prestazioni (EJE);
turbine ad alta temperatura e scambiatori di calore compatti con una durata di progetto di dieci anni;
generatori-convertitori elettrici ad alta velocità di alta potenza;
dispiegamento di strutture di grandi dimensioni nello spazio, ecc.
Nello schema proposto, un reattore nucleare genera elettricità: un refrigerante a gas, guidato attraverso il nucleo, fa girare una turbina, che fa ruotare un generatore elettrico e un compressore, che fa circolare il fluido di lavoro in un circuito chiuso. La sostanza dal reattore non esce nell'ambiente, cioè la contaminazione radioattiva è esclusa. L'elettricità viene consumata per il funzionamento di un motore di propulsione elettrico, che è più di 20 volte più economico degli analoghi chimici in termini di consumo del fluido di lavoro. La massa e le dimensioni degli elementi di base della centrale nucleare dovrebbero garantire il loro posizionamento nelle testate spaziali dei veicoli di lancio russi esistenti e potenziali "Proton" e "Angara".
La cronaca del progetto mostra il suo rapido sviluppo nei tempi moderni. Il 30 aprile 2010, il vicedirettore generale dell'ente statale per l'energia atomica Rosatom, direttore della direzione per il complesso di armi nucleari IM Kamenskikh ha approvato i termini di riferimento per lo sviluppo di un impianto di reattori e TEM nell'ambito del progetto Creazione di un modulo di trasporto e potenza basato su una centrale nucleare da megawatt”. Il documento è stato concordato e approvato da Roskosmos. Il 22 giugno 2010, il presidente russo Dmitry A. Medvedev ha firmato un ordine sulla determinazione degli appaltatori unici per il progetto.
Il 9 febbraio 2011 a Mosca, sulla base del Centro Keldysh, si è tenuta una videoconferenza di imprese - sviluppatori TEM. Hanno partecipato il capo di Roscosmos A. N. Perminov, Presidente e Progettista Generale (RSC) Energia V. A. Lopota, Direttore del Centro Keldysh A. S. Koroteev, Direttore Generale Designer NIKIET ** Yu. G. Dragunov e Capo VP Smetannikov, progettista di energia spaziale piante a NIKIET. Particolare attenzione è stata posta alla necessità di realizzare uno stand "Resource" per il collaudo di un impianto di reattore con unità di conversione dell'energia.
Il 25 aprile 2011, Roscosmos ha annunciato una gara d'appalto aperta per lo sviluppo di una centrale nucleare, una piattaforma multifunzionale in orbita geostazionaria e un veicolo spaziale interplanetario. A seguito del concorso (il cui vincitore è stato NIKIET il 25 maggio dello stesso anno), è stato firmato un contratto statale valido fino al 2015 del valore di 805 milioni di rubli per la creazione di un campione da banco dell'installazione.
Il contratto prevede lo sviluppo di: una proposta tecnica per la realizzazione di un banco campione (con simulatore termico di reattore nucleare) di una centrale nucleare; il suo progetto di progetto; progettazione e documentazione tecnologica per prototipi di componenti di un prodotto da banco ed elementi base di una centrale nucleare; processi tecnologici, nonché preparazione della produzione per la fabbricazione di prototipi dei componenti del prodotto da banco e degli elementi base dell'installazione; realizzazione di un campione da banco e realizzazione del suo sviluppo sperimentale.
La composizione del modello da banco della centrale nucleare dovrebbe includere gli elementi di base di un'installazione standard, progettata per garantire la successiva creazione di impianti di varie capacità sulla base di un principio modulare. Il campione da banco dovrebbe generare una data potenza - termica ed elettrica, oltre a creare impulsi di spinta tipici di tutte le fasi del funzionamento della centrale nucleare come parte del veicolo spaziale. Per il progetto è stato selezionato un reattore a neutroni veloci raffreddato a gas ad alta temperatura con una potenza termica fino a 4 MW.
Il 23 agosto 2012 si è tenuta una riunione dei rappresentanti di Rosatom e Roscosmos, dedicata all'organizzazione dei lavori per la realizzazione di un complesso di prove per prove di resistenza necessarie per l'attuazione del progetto TEM. Si è svolto presso l'A. P. Aleksandrov Scientific Research Technological Institute di Sosnovy Bor vicino a San Pietroburgo, dove si prevede di creare il complesso specificato.
Il progetto preliminare del TEM è stato completato nel marzo di quest'anno. I risultati ottenuti hanno permesso di passare nel 2013 alla fase di progettazione dettagliata e realizzazione di apparecchiature e campioni per prove autonome. I test e lo sviluppo delle tecnologie di raffreddamento sono iniziati quest'anno presso il reattore di ricerca MIR a NIIAR (Dimitrovgrad), dove è stato installato un circuito per testare il refrigerante elio-xenon a temperature superiori a 1000 ° C.
Entro il 2015 è prevista la creazione di un prototipo a terra dell'impianto di reattore, entro il 2018 dovrebbe essere fabbricato un impianto di reattore per completare il sistema di propulsione nucleare e i suoi test dovrebbero essere avviati a Sosnovy Bor. Il primo TEM per i test di volo potrebbe apparire entro il 2020.
Il prossimo incontro sul progetto si è tenuto il 10 settembre 2013 presso l'ente statale Rosatom. Il capo di NIKIET Yu. G. Dragunov ha presentato informazioni sullo stato dei lavori e sui principali problemi nell'attuazione del programma. Ha sottolineato che allo stato attuale gli specialisti dell'Istituto hanno sviluppato la documentazione della progettazione tecnica della centrale nucleare, individuato le principali soluzioni progettuali ed eseguito i lavori secondo la "roadmap" del progetto. Dopo l'incontro, il capo della società Rosatom S. V. Kirienko ha incaricato NIKIET di preparare proposte per l'ottimizzazione della road map.
Alcuni dettagli del design e delle caratteristiche progettuali della centrale nucleare sono stati scoperti durante una conversazione con i rappresentanti del Keldysh Center all'air show MAKS- 2013. In particolare, gli sviluppatori hanno riferito che l'installazione verrà eseguita immediatamente in modo completo- versione taglia, senza realizzare un prototipo ridotto.
La centrale nucleare ha caratteristiche (per la sua tipologia) estremamente elevate: con una potenza termica del reattore di 4 MW, la potenza elettrica sul generatore sarà di 1 MW, cioè l'efficienza raggiungerà il 25%, che è considerata un ottimo indicatore.
Il convertitore della turbomacchina è a due circuiti. Nel primo circuito viene utilizzato uno scambiatore di calore a piastre: un recuperatore e uno scambiatore di calore tubolare-frigorifero. Quest'ultimo separa il circuito principale (primo) di rimozione del calore e il secondo circuito di ritorno del calore.
Riguardo ad una delle soluzioni più interessanti in fase di sviluppo nell'ambito del progetto (la scelta della tipologia di frigo-radiatori del secondo circuito), si è risposto che si stanno considerando sia scambiatori a goccia che a pannello, e finora il scelta non è stata fatta. Sul modello e sui poster dimostrati, l'opzione preferita è stata presentata con un termosifone a goccia. Parallelamente, sono in corso i lavori sullo scambiatore di calore a pannelli. Si noti che l'intera struttura del TEM è trasformabile: al momento del lancio, il modulo si inserisce sotto la carenatura della testata LV e in orbita "spiega le ali" - le aste si espandono, diffondendo il reattore, i motori e il carico utile su una lunga distanza.
Il TEM utilizzerà tutta una serie di EPE estremamente potenti migliorati: quattro "petali" di sei motori principali con un diametro di 500 mm, più otto motori più piccoli per il controllo del rollio e la correzione della rotta. Presso lo showroom MAKS-2013 è stato mostrato un motore funzionante, già in fase di collaudo (finora a spinta parziale, con potenza elettrica fino a 5 kW). Gli EJE funzionano con lo xeno. Questo è il fluido di lavoro migliore, ma anche il più costoso. Sono state prese in considerazione altre opzioni: in particolare, metalli - litio e sodio. Tuttavia, i motori basati su un tale mezzo di lavoro sono meno economici ed è molto difficile eseguire test a terra su tali EJE.
La risorsa stimata della centrale nucleare, inclusa nel progetto, è di dieci anni. I test delle risorse dovrebbero essere eseguiti direttamente sull'installazione completa e le unità saranno gestite autonomamente sulla base di banchi di imprese di cooperazione. In particolare, il turbocompressore sviluppato presso KBHM è già stato prodotto ed è in fase di test in una camera a vuoto presso il Keldysh Center. È stato inoltre realizzato un simulatore termico di un reattore di potenza elettrica da 1 MW.
