In Russia è iniziato lo sviluppo di una centrale nucleare di classe megawatt per la tecnologia spaziale di nuova generazione. Il compito è affidato al Keldysh Research Center. Anatoly KOROTEEV, direttore del Centro, presidente dell'Accademia russa di cosmonautica Tsiolkovsky, racconta a Interfax-AVN l'importanza di questo progetto per la cosmonautica russa e il suo significato, scrive Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, lo sviluppo di una centrale nucleare è diventato un obiettivo prioritario, per il cui raggiungimento saranno concentrate notevoli risorse. È davvero questo un progetto da cui dipende il futuro dell'astronautica?
- Esattamente. Vediamo cosa sta facendo oggi l'astronautica. Vedremo aree come le comunicazioni satellitari, la navigazione spaziale ad alta precisione, il telerilevamento della Terra, ovvero tutto ciò che riguarda il supporto delle informazioni. La seconda direzione è la soluzione dei problemi relativi all'espansione della nostra conoscenza dello spazio oltre i limiti dello spazio vicino alla terra. Infine, la cosmonautica, sia nel nostro paese che in altri paesi, sta lavorando per risolvere una certa gamma di compiti di difesa. Questi sono convenzionalmente tre serie di compiti nelle attività spaziali di oggi. Per risolverli vengono utilizzati sistemi di trasporto collaudati e collaudati.
Se guardiamo a cosa ci aspettiamo dall'astronautica domani, allora insieme al miglioramento della gamma di compiti già risolti, vengono sollevate le questioni dello sviluppo delle tecnologie di produzione nello spazio. Si tratta anche di spedizioni sulla Luna e su Marte. E non sulle spedizioni di visita, che è stata la spedizione americana sulla luna, ma su un lungo soggiorno su altri pianeti in modo da poter dedicare tempo sufficiente al loro studio.
Inoltre, vengono sollevati interrogativi sulla possibile alimentazione della Terra dallo spazio, sulla lotta contro il pericolo asteroide-cometa. Tutti questi compiti sono di un ordine completamente diverso da quelli di oggi. Quindi, se pensiamo a come questo complesso di compiti è fornito dalla struttura dei trasporti e dell'energia, vedremo che c'è un serio bisogno di aumentare l'approvvigionamento energetico del nostro veicolo spaziale e l'efficienza dei motori.
Abbiamo veicoli antieconomici oggi. Immagina, per ogni 100 tonnellate che volano via dalla Terra, il 3% nella migliore delle ipotesi si trasforma in un carico utile. Questo è per tutti i razzi moderni. Tutto il resto viene buttato via come combustibile bruciato.
Per quanto riguarda le attività a lungo termine, è estremamente importante che ci muoviamo nello spazio in modo sufficientemente economico. Qui c'è il concetto di spinta specifica, che caratterizza l'efficienza del motore. Questo è il rapporto tra la spinta che crea e il consumo di carburante di massa. Se prendiamo il primo razzo tedesco FAU-2, la sua spinta specifica nelle vecchie unità di misura era di 220 secondi. Oggi, il miglior sistema di propulsione energetica, che utilizza l'idrogeno con l'ossigeno, fornisce una spinta specifica fino a 450 secondi. Cioè, 60-70 anni di lavoro delle migliori menti del mondo hanno alzato solo di due volte la spinta specifica dei tradizionali motori a razzo.
È possibile aumentare questo indicatore più volte o per ordini di grandezza? Si scopre che c'è. Ad esempio, utilizzando motori nucleari, potremmo aumentare la spinta specifica a circa 900 secondi, cioè altre due volte. E utilizzando un fluido di lavoro ionizzato per l'accelerazione, potrebbero raggiungere valori di 9000-10000 secondi, cioè aumenterebbero la spinta specifica di 20 volte. E questo è già stato parzialmente ottenuto oggi: sui satelliti a bassa spinta vengono utilizzati motori al plasma, che danno una spinta specifica dell'ordine di 1600 secondi. Tuttavia, tali dispositivi necessitano ancora di energia elettrica sufficiente. Se non si tiene conto di una struttura completamente unica: la Stazione Spaziale Internazionale, dove il livello di elettricità è di circa 100 kW, oggi i satelliti più potenti hanno un livello di alimentazione elettrica di soli 20-30 kW. È molto difficile risolvere una serie di compiti se rimaniamo a questo livello.
- Cioè, hai bisogno di un salto di qualità?
- Sì. L'astronautica vive oggi uno stato vicino a quello in cui si è trovata l'aviazione dopo la seconda guerra mondiale, quando è apparso chiaro che non era più possibile aumentare la velocità con i motori a pistoni, era impossibile aumentare seriamente l'autonomia, e in generale avere un'aviazione economicamente redditizia. Poi, come ricorderete, c'è stato un salto nell'aviazione e sono passati dai motori a pistoni ai motori a reazione. Più o meno la stessa situazione è ora nella tecnologia spaziale. Ci manca l'eccellenza energetica per affrontare sfide serie.
A proposito, è diventato chiaro non oggi. Già negli anni '60 e '70, sia nel nostro paese che negli Stati Uniti, iniziarono i lavori sull'uso dell'energia nucleare nello spazio. Inizialmente, il compito era creare motori a razzo che, invece dell'energia chimica di combustione del carburante e dell'ossidante, utilizzassero il riscaldamento dell'idrogeno a una temperatura di circa 3000 gradi. Ma si è scoperto che un percorso così diretto è ancora inefficace. Riceviamo un'elevata spinta per un breve periodo, ma allo stesso tempo buttiamo fuori un jet, che, in caso di funzionamento anomalo del reattore, potrebbe risultare contaminato radioattivamente.
Nonostante l'enorme quantità di lavoro svolto negli anni '60 e '70 in URSS e negli Stati Uniti, né noi né gli americani siamo stati in grado di creare motori funzionanti affidabili in quel momento. Hanno funzionato, ma non molto, perché riscaldare l'idrogeno fino a 3000 mila gradi in un reattore nucleare è un compito serio.
Ci sono stati anche problemi ambientali durante i test a terra dei motori, poiché i getti radioattivi sono stati lanciati nell'atmosfera. In URSS, questo lavoro è stato svolto nel sito di test di Semipalatinsk appositamente preparato per i test nucleari, che è rimasto in Kazakistan.
Eppure, in termini di utilizzo dell'energia nucleare per l'alimentazione di veicoli spaziali, l'URSS fece un passo molto serio in quegli anni. Sono stati prodotti 32 satelliti. Con l'uso dell'energia nucleare sui dispositivi, è stato possibile ottenere energia elettrica di un ordine di grandezza superiore a quella dell'energia solare.
Successivamente, l'URSS e gli Stati Uniti, per vari motivi, hanno interrotto per qualche tempo questo lavoro. Oggi è chiaro che devono essere rinnovati. Ma ci è sembrato irragionevole riprendere in modo così frontale per realizzare un motore nucleare, che presenta gli svantaggi sopra menzionati, e abbiamo proposto un approccio completamente diverso.
- E qual è la differenza fondamentale tra il nuovo approccio?
“Questo approccio era diverso da quello vecchio nello stesso modo in cui un'auto ibrida differisce da un'auto convenzionale. In un'auto convenzionale, il motore fa girare le ruote, mentre nelle auto ibride, l'elettricità viene generata dal motore e questa elettricità fa girare le ruote. Cioè, si sta creando una sorta di centrale elettrica intermedia.
Allo stesso modo, abbiamo proposto uno schema in cui un reattore spaziale non riscalda il getto espulso da esso, ma genera elettricità. Il gas caldo del reattore fa girare la turbina, la turbina fa girare il generatore elettrico e il compressore, che fa circolare il fluido di lavoro in un circuito chiuso. Il generatore genera elettricità per un motore al plasma con una spinta specifica 20 volte superiore a quella dei motori chimici.
Quali sono i principali vantaggi di questo approccio. Innanzitutto, non è necessario il sito di prova di Semipalatinsk. Possiamo effettuare tutti i test sul territorio della Russia senza essere coinvolti in lunghi e difficili negoziati internazionali sull'uso dell'energia nucleare al di fuori dello Stato. In secondo luogo, il getto in uscita dal motore non sarà radioattivo, poiché un fluido di lavoro completamente diverso passa attraverso il reattore, che si trova in un circuito chiuso. Inoltre, non è necessario riscaldare l'idrogeno in questo schema, qui nel reattore circola un fluido di lavoro inerte, che si riscalda fino a 1500 gradi. Stiamo seriamente semplificando il nostro compito. Infine, alla fine, alzeremo la spinta specifica non due volte, ma 20 volte rispetto ai motori chimici.
- Puoi nominare la tempistica del progetto?
- Il progetto prevede le seguenti fasi: nel 2010 - l'inizio dei lavori; nel 2012 - completamento della bozza di progetto e modellazione informatica di dettaglio del flusso di lavoro; nel 2015 - la creazione di un sistema di propulsione nucleare; nel 2018 - la creazione di un modulo di trasporto che utilizza questo sistema di propulsione per preparare il sistema per il volo nello stesso anno.
A proposito, la fase della modellazione al computer non era precedentemente tipica per i prodotti della tecnologia spaziale creati, ma oggi è assolutamente necessaria. Sull'esempio degli ultimi motori, che sono stati sviluppati in Russia, Francia e Stati Uniti, è diventato chiaro che il vecchio metodo classico, quando sono stati realizzati un gran numero di prototipi per i test, è obsoleto.
Oggi, quando le capacità della tecnologia informatica sono molto elevate, soprattutto con l'avvento dei supercomputer, possiamo fornire modelli fisici e matematici dei processi, creare un motore virtuale, riprodurre situazioni possibili, vedere dove sono le insidie e solo dopo andare a creare un motore, come si dice “in hardware”.
Ecco un buon esempio. Probabilmente hai sentito parlare del motore RD - 180 per il razzo Atlas creato per gli americani presso l'Energomash Design Bureau. Invece di 25-30 copie, che di solito venivano spese per testare il motore, ce ne sono volute solo 8 e l'RD-180 è entrato immediatamente in vita. Perché gli sviluppatori si sono presi la briga di "riprodurre" tutto questo sui computer.
- Qual è il prezzo del problema?
- Oggi sono stati dichiarati 17 miliardi di rubli per l'intero progetto fino al 2018 compreso. Direttamente per il 2010 sono stati stanziati 500 milioni di rubli, di cui 430 milioni di rubli - per Rosatom e 70 milioni di rubli - per Roskosmos.
Naturalmente, vorremmo credere che se la leadership del paese dice che questa è un'area prioritaria e il denaro è stato stanziato, allora sarà dato.
L'importo dichiarato è inferiore a quello che vorremmo, ma penso che questo sia sufficiente per i prossimi anni e con questo denaro si possono eseguire una vasta gamma di lavori.
Il nostro istituto è stato nominato capo della centrale nucleare, il modulo di trasporto, molto probabilmente, sarà realizzato dall'Energia Rocket and Space Corporation.
In generale, il progetto si basa sulla cooperazione, costituita principalmente dalle imprese di Rosatom, che dovrebbe realizzare il reattore, e Roskosmos, che produrrà turbocompressori, generatori e gli stessi motori.
Naturalmente, il lavoro utilizzerà le basi scientifiche create negli anni precedenti. Ad esempio, lo sviluppo di un reattore si basa su un gran numero di decisioni precedentemente prese su un motore nucleare. La collaborazione è la stessa. Questo è l'Istituto tecnologico di ricerca scientifica di Podolsk, il Centro Kurchatov, l'Istituto di fisica e ingegneria energetica di Obninsk. Il Keldysh Center, il Design Bureau for Chemical Engineering e il Voronezh Design Bureau for Chemical Automation hanno fatto molto in un ciclo chiuso. Faremo pieno uso di questa esperienza durante la creazione di un turbocompressore. Per il generatore, colleghiamo l'Istituto di Elettromeccanica, che ha esperienza nella creazione di generatori volanti.
In una parola, ci sono notevoli basi, il lavoro non parte da zero.
- Può la Russia superare gli altri paesi in questo lavoro?
- Non lo escludo. Ho avuto un incontro con il vice capo della NASA, abbiamo discusso di questioni relative al ritorno al lavoro sull'energia nucleare nello spazio e ha detto che gli americani stanno mostrando un grande interesse per questo problema. A suo avviso, non si può escludere la possibilità di accelerare i lavori in questa direzione in Occidente.
Non escludo che la Cina possa rispondere con azioni attive da parte sua, quindi bisogna lavorare in fretta. E non solo per anticipare qualcuno di mezzo passo. Dobbiamo lavorare rapidamente, prima di tutto, in modo che nella cooperazione internazionale emergente, e di fatto si sta formando oggi, sembriamo degni. In modo che ci portassero lì e non assumessero il ruolo di persone che dovrebbero fare fattorie di metallo, ma in modo che l'atteggiamento nei nostri confronti fosse lo stesso di quello che era, ad esempio, negli anni '90. Quindi una vasta serie di lavori sulle fonti nucleari nello spazio è stata declassificata. Quando queste opere divennero note agli americani, diedero loro voti molto alti. Fino al punto che con noi sono stati stilati programmi congiunti.
In linea di principio, è possibile che ci sia un programma internazionale per una centrale nucleare, simile al programma in corso di cooperazione sulla fusione termonucleare controllata.
- Anatoly Sazonovich, nel 2011 il mondo celebrerà l'anniversario del primo volo umano nello spazio. Questo è un buon motivo per ricordare le conquiste del nostro paese nello spazio.
- Penso di si. Dopotutto, non è stato solo il primo volo umano nello spazio. Il volo è diventato possibile grazie alla soluzione di una gamma molto ampia di problemi scientifici, tecnici e medici. Per la prima volta un uomo ha volato nello spazio ed è tornato sulla Terra, per la prima volta è stato dimostrato che il sistema di protezione termica funziona normalmente. Il volo ha avuto un enorme impatto internazionale. Non dimentichiamo che sono passati solo 16 anni dalla fine della guerra più difficile per il Paese. E ora si è scoperto che un paese che ha perso più di 20 milioni di persone e ha subito una distruzione colossale è in grado non solo di fare qualcosa al più alto livello mondiale, ma anche di superare il mondo intero per un certo periodo. È stata una manifestazione estremamente importante che ha sollevato l'autorità del Paese e l'orgoglio della gente.
Nella mia vita ci sono stati due eventi di importanza simile. Questo è il Giorno della Vittoria e l'incontro di Yuri Gagarin, che ho visto personalmente. Il 9 maggio 1945, tutta Mosca, dalla Piazza Rossa alla periferia, usciva a festeggiare per le strade. Fu davvero un impulso spontaneo, e lo stesso impulso impressionante fu nell'aprile del 1961 quando Gagarin volò.
Il significato internazionale del mezzo secolo del primo volo deve essere rafforzato. È necessario sottolineare e ricordare alla società il ruolo del nostro paese nell'esplorazione dello spazio. Sfortunatamente, negli ultimi 20 anni, non lo facciamo molto spesso. Se apri Internet, vedrai un'enorme quantità di materiale relativo, ad esempio, alla spedizione americana sulla luna, ma non c'è molto materiale relativo al volo di Gagarin. Se parli con gli attuali scolari, non so di chi conoscano meglio il nome, Armstrong o Gagarin. Pertanto, ritengo assolutamente corretto prendere la decisione di celebrare il 50° anniversario del primo volo spaziale con equipaggio a livello statale e dargli un suono internazionale.
L'Accademia russa di cosmonautica di Tsiolkovsky rilascerà una medaglia per questo evento, che verrà assegnata alle persone che sono state coinvolte nel primo volo o hanno dato un contributo sufficiente allo sviluppo dell'astronautica. Inoltre, ci stiamo preparando a tenere una grande conferenza internazionale, in cui si prevede di discutere con partner stranieri e russi quelle caratteristiche dell'esplorazione spaziale con equipaggio che sono caratteristiche della fase attuale. Ci sono molte domande difficili qui.
Se oggi fermiamo un centinaio di persone per strada e chiediamo quale dei cosmonauti sta volando nello spazio adesso, Dio non voglia, se tre o quattro persone ci rispondono, e io non ne sono convinto. E se ci poniamo la domanda, cosa ci fanno gli astronauti alla stazione, ancora meno. Penso che la promozione della vita nello spazio reale, i voli con equipaggio sia estremamente importante e non viene fatto abbastanza. Ci sono molti materiali stupidi in TV, quando qualcuno ha incontrato gli alieni o come gli alieni hanno portato via qualcuno.
Ripeto, il cinquantesimo anniversario del primo volo spaziale con equipaggio è un evento davvero epocale, deve essere celebrato nel modo più dignitoso, sia all'interno del nostro Paese che a livello internazionale. E naturalmente il nostro istituto vi prenderà parte direttamente, colui che era imparentato con questo volo e vi ha preso parte. Alcuni dei nostri dipendenti di quel periodo ricevettero premi statali per la risoluzione di problemi di volo in particolare. Ad esempio, il vicedirettore dell'allora istituto, l'accademico Georgy Petrov, ha ricevuto il titolo di Eroe del lavoro socialista per lo sviluppo di metodi per la protezione termica di una nave durante la discesa dall'orbita. Certamente, cercheremo di celebrare questo evento con dignità.
