Испытан ключевой элемент космического ядерного двигателя
В России завершились наземные испытания системы охлаждения космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, сообщается на сайте госзакупок. «Работы выполнены в полном объеме. Результаты соответствуют требованиям технического задания», — говорится в акте приемки работ. Отмечается, что система охлаждения — один из самых важных элементов ЯЭДУ.
Как следует из материалов, испытания указали закономерности работы элементов и узлов систем отвода тепла в условиях, максимально приближенных к космическому пространству.
Кроме того, «изготовлены и испытаны экспериментальные образцы генератора капель и элементов заборного устройства, выполнена программа экспериментальных исследований модели капельного холодильника-излучателя».
Заказчик работ — госкорпорация «Роскосмос», головной исполнитель — ГНЦ «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша».
Ядерные энергодвигательные установки, способные обеспечить полеты в космосе на дальние расстояния, сильно нагреваются, поэтому им требуется эффективная система охлаждения. При этом тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство — и только в виде излучения.
Традиционным способом решения этой задачи стали выносимые во внешнюю часть корабля панельные радиаторы, по трубам которых циркулирует жидкость-теплоноситель, «сбрасывающая» лишнее тепло в космос. Но такие радиаторы, как правило, слишком большие и тяжелые. Кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.
Российские специалисты разработали новое решение в виде так называемого капельного холодильника-излучателя. Это установка, похожая на душ, в которой жидкость (смесь гелия и ксенона) не циркулирует в трубах, а распыляется в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, а затем улавливается заборным устройством и проходит цикл заново.
Из-за большей площади поверхности капель жидкость охлаждается гораздо быстрее, а конструкция становится значительно легче, вдобавок повышается ее живучесть: метеорит, пролетевший через жидкость, никак не повредит систему охлаждения.
«Успешное испытание системы охлаждения означает, что российским ученым удалось решить ключевую проблему на пути создания ЯЭДУ. Дело в том, что у атомной силовой установки один большой недостаток — она очень сильно нагревается. Если на Земле ядерный реактор охлаждается под напором воды, то в космосе такая возможность отсутствует», — рассказал младший научный сотрудник НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ Василий Петров.
ЯЭДУ — перспективный двигатель для космических аппаратов, который позволит совершать межпланетные полеты в несколько раз быстрее, чем сейчас. С его помощью Россия получит возможность проводить исследования Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и создавать там автоматические базы, пишет RT.
«Принцип работы ЯЭДУ заключается в том, что компактный ядерный реактор вырабатывает тепловую энергию, которая с помощью турбины преобразуется в электрическую. Она нужна для того, чтобы питать энергией ионные электрореактивные двигатели и оборудование», — пояснил Василий Петров.
Инициатором создания ЯЭДУ считается академик отделения физико-технических проблем энергетики РАН, бывший генеральный директор Исследовательского центра имени М. В. Келдыша Анатолий Коротеев. Головной разработчик атомной энергодвигательной установки — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ).
Создание ЯЭДУ ведется в рамках запущенного в 2010 году проекта транспортно-энергетического модуля (ТЭМ), над которым работают предприятия «Росатома» и «Роскосмоса». Согласно графику Комиссии по модернизации при президенте РФ, опытный образец ядерного реактора мегаваттного класса должен появиться до конца 2018 года. В материалах «Росатома» подчеркивается, что проект не имеет аналогов в мире.
Как сообщил ранее генеральный конструктор НИКИЭТ доктор технических наук Юрий Драгунов, в основу ЯЭДУ лег накопленный с 1960-х годов опыт создания ядерных ракетных двигателей, термоэлектрических энергоустановок и эксплуатации всевозможной космической техники. Мощность первого образца ядерной энергодвигательной установки он оценил в 1 МВт.
Однако, как заявил Драгунов, в недалеком будущем Россия сможет производить 10-мегаваттные установки, «что подразумевает практически неограниченные возможности энергетики для космоса». По его словам, ЯЭДУ будет обладать более высоким коэффициентом полезного действия, так как тепловая энергия реактора не будет направляться на разогрев газовой смеси.
В процессе работы над космической атомной установкой специалисты НИИ НПО «Луч» (Подольск) впервые в мире разработали промышленную технологию создания монокристаллических длинномерных трубок из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал, ниобий) и сплавов. Это изобретение позволяет изготавливать агрегаты двигателей, способных работать при температуре 1500 °C.
Василий Петров рассказал, что достижения при разработке ЯЭДУ и ТЭМ позволят создать управляемый с Земли необитаемый космический аппарат, который сможет быстрее и эффективнее транспортировать различные грузы на другие планеты и выполнять функции межорбитального буксира. Сегодня для аналогичных целей используется разгонный блок «Фрегат».
«Надо понимать, что “Фрегат” — это одноразовый аппарат, расходующий гигантское количество топлива. После выполнения своей задачи он сгорает. Конечно, это недешевое удовольствие. Гораздо экономичнее иметь в космосе многоразовое транспортное средство, которое человек будет использовать по необходимости, причем на протяжении десятков лет. Это будет по-настоящему революционная разработка», — отметил Василий Петров.
Как полагает эксперт, ядерная энергодвигательная установка не несет опасности для окружающей среды. Отработавший свой ресурс реактор может быть отправлен на «орбиту захоронения», куда уводятся аппараты после выхода из строя. Василий Петров также не исключает, что через десятки лет человечество изобретет технологию утилизации ЯДЭУ.