In ons land gaat de ontwikkeling van een transport- en energiemodule TEM met een kerncentrale van een megawattklasse (NPPU) door. Het uiterlijk van een dergelijk model, geschikt voor gebruik, zal een serieuze impact hebben op de verdere ontwikkeling van de binnenlandse en wereldruimtevaart. TEM bevindt zich intussen in de ontwerpfase en onlangs kreeg het publiek opnieuw een model van een dergelijk product in zijn huidige vorm te zien.
Tentoonstelling MAKS-2019
In de afgelopen jaren zijn verschillende materialen over TEM en kernenergie voortstuwingssystemen daarvoor herhaaldelijk gepubliceerd. De ontwikkelaars toonden onder meer tekeningen met het mogelijke uiterlijk van zo'n monster. Eind augustus vond in het kader van de salon MAKS-2019 de eerste demonstratie plaats van de nieuwe TEM-layout, die de huidige visie op dit project weergeeft. Het model was aanwezig in het Roscosmos-paviljoen op de stand van Arsenal KB.
De huidige versie van het TEM-ontwerp wijkt sterk af van de eerder gedemonstreerde versies, maar behoudt bepaalde kenmerken. In het bijzonder zijn de algemene bepalingen van de assemblage van eenheden en benaderingen van ontwerp bewaard gebleven. Tegelijkertijd zijn er een aantal kenmerkende verschillen.
Het grootste element van de breadboard-module is een telescopische vierdelige truss met een cirkelvormige doorsnede, die de basis vormt voor het samenstellen van de units. De kop is voorzien van een conische truss en een gesloten compartiment. Aan de zijkanten van de truss zitten zes koelpanelen. Het staartgedeelte van de TEM is gemaakt in de vorm van een gesloten rechthoekig lichaam. De hoofdtruss wordt er vooraan op bevestigd, zonnepanelen aan de zijkanten. De romp herbergt een nieuw type raketmotor en andere eenheden.
Nieuw en oud
Eerder verschenen in publicaties over het onderwerp TEM en kernenergievoortstuwingssystemen afbeeldingen met apparatuur met een ander uiterlijk. Volgens een van de latere versies van het project zou de transport-energiemodule gebaseerd moeten zijn op een longitudinale glijdende truss met een vierkante dwarsdoorsnede en een grote verlenging, wat de lancering van het product in een baan om de aarde vergemakkelijkt. Een compartiment met een reactor is in het kopgedeelte geplaatst, een elektrische raketmotor en andere systemen op inzetbare steunen in het staartgedeelte. Het was de bedoeling om koelapparatuur langs de ondersteunende truss te plaatsen.
De lay-out van KB "Arsenal" heeft een aantal karakteristieke kenmerken en wijkt af van oudere afbeeldingen. Allereerst onderscheidt het zich door het ontwerp van de hoofdtruss en de lay-out van de units. De nieuwe versie van de TEM wordt gekenmerkt door een massievere dragende truss van een ander ontwerp. Hij verloor ook de X-vormige staartbomen, die tijdens de vlucht waren ingezet en enkele instrumenten bij zich hadden.
Het ontwerp van de lay-out zorgt voor een verandering in lay-out. Misschien bevat het grote staartlichaam nu niet alleen een elektrische raketmotor, maar ook een kernreactor met bijbehorende systemen. In dit geval kan het kleinere koplichaam worden gebruikt om besturingssystemen of andere apparatuur onder te brengen.
Verschillende diagrammen bevatten voorheen verschillende configuraties van het koelsysteem. Hetzelfde geldt voor de nieuwe lay-out. Deze keer, om overtollige warmte in de ruimte uit te stralen, wordt voorgesteld om zes panelen-emitters te gebruiken die langs de truss zijn geïnstalleerd in de vorm van drie parallelle "vlakken". Voorheen werden andere koelerconfiguraties aangeboden, incl. aggregaten van een groter gebied, die bijna de gehele lengte van de dragende truss beslaan.
In november vorig jaar publiceerde de televisiestudio Roskosmos een video waarin de mogelijke verschijning van een toekomstige TEM met een kerncentrale te zien is. Deze versie van de module was heel anders dan de eerder gedemonstreerde versies. Met behoud van de lineaire architectuur op basis van een glijdende truss, moest een dergelijke TEM staartunits hebben in de vorm van een open cilinder. In deze vorm zou de elektriciteitscentrale, koeling etc. uitgevoerd moeten zijn.
Het is gemakkelijk te zien dat de huidige lay-out van de TEM ook verschilt van de "vorige jaar" versie van de look. Tegelijkertijd komt het qua uiterlijk en ontwerp veel dichter bij eerdere versies van het project.
Technische uitdagingen
Het TEM-project onderscheidt zich door de hoogste technische complexiteit en voor een succesvolle implementatie is het noodzakelijk om veel speciale problemen op te lossen. Om zo'n module te maken, zijn nieuwe ontwerpen van componenten en samenstellingen, nieuwe technologieën en materialen met speciale kenmerken nodig. De noodzaak om al deze problemen op te lossen heeft ertoe geleid dat de ontwikkeling van kerncentrales en TEM wordt uitgevoerd door een aantal ondernemingen uit Roscosmos en Rosatom.
Op verschillende tijdstippen bevatten de gepubliceerde materialen verschillende versies van TEM, en de reden hiervoor kan precies worden beschouwd als de algemene complexiteit van het project. Het succes bij het vinden van oplossingen voor bepaalde problemen leidde tot overeenkomstige veranderingen in het algehele uiterlijk van de module. Dienovereenkomstig toont de nieuwste lay-out van de TEM van KB "Arsenal" de huidige opvattingen over het project.
Volgens bekende gegevens is als basis voor de kerncentrale gekozen voor een gasgekoelde snelle neutronen kernreactor. In het eerste circuit van het koelsysteem wordt een helium-xenon mengsel gebruikt. Brandstof met een verhoogde verrijkingsgraad wordt in de kern geplaatst. De kerntemperatuur zal 1500°K bereiken. Het is de bedoeling dat het de hoogste ontwerphulpbronnen biedt, waardoor de TEM 10-12 jaar kan werken.
Dergelijke kerncentrales met dergelijke kenmerken zijn nog niet gebouwd en geëxploiteerd. Voor de constructie van een dergelijke structuur zijn materialen met een hoge weerstand tegen thermische en mechanische spanning vereist. Het is ook noodzakelijk om het ontwerp zelf uit te werken, zodat het, met het vereiste vermogen, acceptabele afmetingen en gewicht heeft.
Er zijn moeilijkheden op het gebied van koelsystemen. De kerncentrale van een megawattklasse moet vergelijkbare hoeveelheden thermische energie de ruimte in afvoeren. Moderne radiatoren voor ruimtetechnologie kunnen nog niet bogen op dergelijke kenmerken. Dus het ISS-koelsysteem valt ca. 70 kW thermische energie is meerdere malen minder dan nodig is voor de kerncentrale en TEM.
Er worden verschillende varianten van koelers voor TEM uitgewerkt, wat tot uiting komt in de figuren en tijdens de montage van de modellen. Blijkbaar wordt een set platte radiatoren op de lay-out van Arsenal momenteel beschouwd als het meest winstgevende ontwerp met optimale eigenschappen. Het is echter goed mogelijk dat dit systeem niet de definitieve versie zal zijn.
Ondanks alle moeilijkheden zijn er binnen het TEM-project merkbare successen geboekt. Dus, enkele jaren geleden, begonnen tests met de ID-500 elektrische raketmotor, speciaal gemaakt voor de toekomstige kerncentrale. In 2017 werkte zo'n product 300 uur op de stand, met een vermogen van 35 kW.
De montage en beproeving van losse onderdelen van de kerncentrale en TEM vindt regelmatig plaats. Zo is vorig jaar een prototype druppelkoelsysteem getest. Andere componenten van de reactor, hulpsystemen en de transport- en vermogensmodule als geheel worden getest.
Transport van de verre toekomst
Het doel van de huidige projecten van kerncentrale en TEM is om een veelbelovend complex te creëren dat nieuwe problemen in de ruimte kan oplossen. De transport- en energiemodule met een reactor en een elektrische raketmotor zal belangrijke voordelen hebben ten opzichte van traditionele raketsystemen en zal het mogelijk maken om met succes nieuwe missies te organiseren.
Het belangrijkste gebied van TEM-toepassing wordt beschouwd als vluchten naar andere hemellichamen. De NPP vertoont de hoogste brandstofefficiëntie en heeft een unieke specifieke impuls, die vluchten naar de maan of Mars vereenvoudigt. Ook wordt het mogelijk om het laadvermogen te vergroten in vergelijking met de huidige raket- en ruimtesystemen. Een belangrijk kenmerk van de TEM is de mogelijkheid om stroom te leveren aan de belasting met behulp van de standaardmiddelen van de module.
Het verkrijgen van dergelijke resultaten is echter pas in de verre toekomst mogelijk. Volgens de huidige plannen zullen de testvluchten van de TEM in volledige configuratie niet eerder beginnen dan eind jaren twintig. De start van de operatie en de betrokkenheid van de module bij het echte werk zijn pas begin jaren dertig mogelijk.
Het TEM-werk zal nog enkele jaren doorgaan en gedurende deze tijd kan het project aanzienlijke veranderingen ondergaan. In dit opzicht kan worden aangenomen dat de lay-out van de module voor MAKS-2019 binnenkort niet meer het echte uiterlijk van het product dat wordt gemaakt, weerspiegelt. Een verandering in opvattingen over de structuur en zijn elementen zal echter leiden tot de opkomst van nieuwe demonstratiematerialen - al bij de volgende tentoonstellingen.
