Русские космические корабли с ядерными двигателями

fritzmorgen — 27.11.2012

Россия разрабатывает ядерные ионно-ксеноновые двигатели для дальних космических полётов. В соответствии с картой проекта, уже к 2018 году наши учёные планируют в 30 раз повысить уровень электрической мощности космических систем:

http://atominfo.ru/newsc/l0499.htm

Первую стадию разработки техпроекта ядерного космического двигателя мегаваттного класса наши учёные завершат уже в этом году. Технические решения по выбору конкретной конструкции ТВЭЛ и реактора уже выбраны:

http://atominfo.ru/newsb/k0856.htm

Идея применения ядерных двигателей на космических аппаратах не нова: решение о разработке ядерных ракетных двигателей в СССР в 1960-е годы принимали еще академики Мстислав Келдыш, Игорь Курчатов и Сергей Королев. Подобные разработки велись не только в СССР, но и в США.

На заре космической эпохи ученые пытались создать ядерный ракетный двигатель, в котором рабочее тело, создававшее тягу, нагревалось непосредственно в реакторе. Однако такие установки давали "выхлоп" крайне высокой радиоактивности.

Новый проект предполагает использование ионных электрореактивных двигателей, в которых реактивная тяга создается за счет ускоренного электрическим полем потока ионов.
Ядерный реактор "поставляет" необходимый для этого процесса электрический ток, и радиоактивные вещества не попадают во внешнюю среду.

Предполагается, что рабочим телом в двигателе будет ксенон.

Всего на разработку выделено 17 миллиардов рублей. Это небольшие для России деньги: для сравнения, на модернизацию нашей армии уйдёт в тысячу раз большая сумма.

Как мы будем использовать эти двигатели?

Во-первых, такой двигатель будет установлен на космический буксир, который, наконец-то, сможет тягать спутники туда-сюда по орбитам и обслуживать их:

http://www.federalspace.ru/main.php?id=402

Если бы во время неудачи с Фобос-грунтом у нас был такой буксир, спутник с большой долей вероятности можно было бы спасти.

Кроме того, ядерный двигатель пригодится нам во время пилотируемого полёта на Марс. Люди не умеют впадать в спячку: поэтому долгие месяцы в обычном космическом корабле будут для них слишком суровым испытанием, на грани смертельного. С ядерными же двигателями время полёта к Марсу сократится в разы.

При этом в процессе подготовки к этой исторической экспедиции будут решаться и другие принципиальные проблемы дальних перелётов. Например, уже сейчас разрабатывается система защиты кораблей от солнечной радиации:

http://atominfo.ru/newsc/l0053.htm

Специальные сверхпроводящие магниты будут двойной спиралью опоясывать корабль, а создаваемое ими магнитное поле будет защищать астронавтов от космических лучей.

Отмечу, что ядерный космический двигатель — это полностью российский проект:

http://www.nikiet.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=426%3A-2012-280812&catid=6&Itemid=5

Технологии американцев — нашего единственного полноценного конкурента в космосе — пока не позволяют им продвинуться в разработке собственного варианта ядерной тяги.

Поэтому NASA сейчас удовлетворяется тем, что готовит к запуску в космос обычные реакторы — реакторы для выработки электричества. В настоящее время насисты корпят над проектом реактора для лунной базы. Если первый в истории США чернокожий президент не похерит окончательно экономику своей могучей страны, эта база будет построена на Луне к 2020 году. Питать её будет маленький традиционный реактор мощностью в 40 Киловатт:

http://atominfo.ru/news/air6608.htm

Для полноразмерной базы, конечно же, этого будет недостаточно. Наши учёные считают, что для нормальных размеров базы на другом небесном теле нужна будет на три порядка большая мощность — около 25 Мегаватт:

http://www.nikiet.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=434%3A2012-28092012&catid=6&Itemid=5

Впрочем, для небольшой научно-исследовательской миссии вполне хватит и американского реактора.

В любом случае, на нашей родной планете мы уже вовсю ходим вокруг гигаваттной планки. К примеру, очень перспективный реактор нового поколения, который сейчас разрабатывают наши учёные, будет только в первой своей реализации иметь мощность в 300 Мегаватт:

http://ru.wikipedia.org/wiki/БРЕСТ

Это реактор так называемого «замкнутого цикла»: он значительно безопаснее, дешевле и чище реакторов, которые стоят в современных АЭС.

На разработку новых «земных» реакторов Россия выделяет уже довольно серьёзные ресурсы. Только прямые инвестиции в ядерный центр в Димитровграде составят 120 миллиардов рублей:

http://expert.ru/2011/10/19/nteres-k-atomu/

Что важно, вполне конкретные результаты центр в Димитровграде даёт уже сейчас. Например, в следующем году Россия полностью закроет дефицит молибдена-99 на мировом рынке (этот изотоп используется в медицине).

А в 2013 году в Димитровграде открывается Центр медицинской радиологии, рассчитанный на лечение около 40 тысяч человек в год.

Россия сейчас является безусловным лидером в атомной энергетике. Практически все перспективные разработки делаются именно в нашей стране.

Например, сейчас ведётся работа над реакторной установкой СВБР-100. Этот реактор на быстрых нейтронах будет построен в течение ближайших четырёх лет. При помощи таких реакторов можно будет быстро и относительно недорого создавать так называемые «малые АЭС» по всему миру:

http://expert.ru/2011/02/8/yadernyij-reaktor-v-kazhdyij-dom/

Строиться такой реактор будет всего лишь два года, а срок его эксплуатации будет составлять 60 лет. Особенность этого реактора в том, что он почти полностью изготавливается на заводе. То есть, на месте нужно просто подготовить для него фундамент и установить туда уже готовые блоки: это относительно несложная процедура.

Мощность реактора можно будет выбирать в пределах 100-400 Мегаватт.

Представьте, крупное производство в какой-нибудь труднодоступной местности. Рядом — небольшой город. Где брать электричество?

Ставим малую АЭС на основе СВБР-100 — и вопрос решён. В ближайшие тридцать лет рынок таких установок составит, по оценкам экспертов, 300-600 миллиардов долларов.

Для сравнения, эти цифры больше, чем все доходы бюджета Российской Федерации в текущем году.

Кстати, покупать малые АЭС будет у нас, в частности, Канада. Три года назад они отказались от своего проекта с говорящим названием SLOWPOKE:

http://en.wikipedia.org/wiki/SLOWPOKE_reactor

Правительства большинства других стран не видят особого смысла финансировать собственные проекты в атомной сфере. Они понимают, что соревноваться на этом поле с Россией уже нереально. Куда как проще и эффективнее присоединяться к нашим проектам.

К 2019 году в России будет построен исследовательский реактор МБИР на быстрых нейтронах. Исследователи из США и других стран уже записываются в очередь, чтобы проводить на нём эксперименты:

http://www.nikiet.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=426%3A-2012-280812&catid=6&Itemid=5

Ещё один исследовательский реактор — ПИК — был запущен в конце прошлого года. Первые физические эксперименты начнут проводиться там через год.

Продолжаем мы и международную работу по термоядерному реактору. Реальных результатов в обозримом будущем ждать там не приходится, однако участие в программе ITER позволяет находить интересные с инженерной точки зрения решения, которые наши специалисты используют уже в практичных, промышленных реакторах.

Если вы запутались во всём этом выводке атомных проектов, вот небольшой перечень некоторых перспективных разработок:

http://www.atominfo.ru/newsc/l0523.htm

Итак, сейчас Россия успешно проводит сразу две революции в ядерной энергетике.

Во-первых, это проект «Прорыв» — безопасные и экономичные реакторы на быстрых нейтронах, которые будут работать по замкнутому циклу:

http://izvestia.ru/news/532115

Во-вторых, это проект мегаваттного космического реактора, который позволит нам начать полноценное освоение других планет.

Что важно, это не просто планы и мечты. Огромная часть работ уже проведена, а с разработок прошлых лет мы уже успешно получаем большие деньги.

Вот вам, например, свежая новость.

«Росатом» начал полномасштабное наступление на Европу. Вскоре мы начинаем поставки ядерного топлива на шведскую АЭС «Рингхальс-3», а если переговоры с французами пойдут по плану, то мы будем поставлять топливо и в сердце европейского атома — во Францию:

http://expert.ru/2012/11/26/nastuplenie-na-konkurentov/?n=66992

Очень сильны наши позиции на рынке Китая, который не перестаёт вводить в эксплуатацию всё новые и новые АЭС. Строим мы АЭС и в Индии. И знаете, что самое интересное?

Когда говорят про космос, в первую очередь вспоминают недорогую американскую игрушку «Курьёзити». Когда говорят про инновации, разумеется, думают про последний айфон.

Однако про тот обширнейший пласт технологий, в котором мы не просто сильны, а являемся неоспоримым лидером, никто не знает. Потому что, увы, в искусстве самопиара наша страна пока ещё отстаёт от западного мира на много корпусов.

Собственно, я не настоящий сварщик. Внутри действующей атомной станции я был всего лишь раз в жизни, три года назад:

http://fritzmorgen.livejournal.com/192571.html

Мой короткий обзор — в котором наверняка специалисты найдут кучу неточностей — я сделал скорее от отчаяния, потому что считаю, что хоть кто-нибудь должен был об этом написать.

И, кстати, раз уж речь зашла об исследованиях, я хочу поблагодарить вас за ваше участие в работе над открытым корпусом текстов, про который я писал в предыдущем посте. Статистика проекта показывает, что над разметкой текста сегодня работает на 250 человек больше, чем вчера.

PS. Традиционное мнение пессимистов на «Эхе Москвы»:

http://echo.msk.ru/blog/fritz_morgen/957006-echo/#comments

Любопытно, но большая часть оппозиционеров ещё не в курсе, что ГЛОНАСС успешно функционирует.

Update 1. Ещё из очень востребованных проектов у нас есть плавучие АЭС:

http://www.atominfo.ru/news2/b0413.htm
http://www.okbm.nnov.ru/russian/lomonosov

Это расположенные на корблях небольшие атомные станции, энергия которых может питать средних размеров город или крупное производство. За ними уже выстраиваются очереди — как в России, так и по всей планете.

Update 2. По вопросу безопасности. Согласно международным договорённостям, включать ядерные реакторы разрешается на орбитах не ниже 800 километров. До этого момента ядерное топливо практически безопасно, с ним работают чуть ли не в обычных свинцовых перчатках:

http://zvercorner.com/?p=6375

Update 3. По вопросу охлаждения ядерного двигателя. Есть два варианта.

Первый уже летал на многих советских реакторах — это панели-радиаторы, охлаждение излучением. Температура неба в космосе — порядка 10~20 кельвин, поэтому тепло с горячего радиатора туда улетает с инфракрасным излучением.

Вот два типа советских спутниковых реакторов. Радиатор на них — это почти весь «конус», а сам реактор — его вершина, он очень маленький. Там всё подписано где что.

http://www.ippe.ru/podr/ippe1/rpr/rcosm.php
http://www.ippe.ru/podr/ippe1/rpr/1rcosm.php
http://www.ippe.ru/podr/ippe1/rpr/2rcosm.php

Второй вариант, над которым работают — это капельный холодильник. Он тоже охлаждает излучением, но вместо панели-излучателя создаёт поток капель горячего теплоносителя с очень большой суммарной площадью поверхности излучения. Но на проектируемом, похоже, будут простые панели-излучатели:

http://www.atomic-energy.ru/smi/2011/04/12/21062

Во многом база для космического реактора была наработана ещё в советское время, но целый ряд вопросов по-прежнему требует решений. Одной из сложнейших проблем, заставивших разработчиков ЯЭДУ пораскинуть мозгами, стал вопрос снятия тепла. Его удалось решить благодаря оригинальной конструкции капельного холодильника, разработанного специально для космического реактора.

Механизм заключается в следующем: форсунка разбрызгивает жидкость с высокой степенью энергоотдачи в специальную прозрачную камеру, где она охлаждается благодаря способности светиться (идея в том, что при достаточно большой площади поверхности жидкости в мелкодисперсном состоянии происходит максимальное «высвечивание» тепла), а затем возвращается в контур. Избытки тепла предполагается излучать в космос.

Вот ещё от Центра Келдыша, где разрабатывают капельные холодильники для космоса:

http://www.kerc.msk.ru/ipg/development/cooler/cooler.shtml

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив