Een van de meest gedurfde projecten van de afgelopen jaren op het gebied van ruimtetechnologie is in ontwikkeling, en er is reden voor goed nieuws. Onlangs werd bekend over de voltooiing van de werkzaamheden aan het project "Creatie van een transport- en energiemodule op basis van een kerncentrale van een megawatt-klasse". Nu moeten wetenschappers een aantal vervolgwerkzaamheden uitvoeren en het eindresultaat zal de opkomst zijn van een volwaardige module die geschikt is voor gebruik.
Werkrapport
Eind juli keurde Roskosmos een rapport van 2018 goed met daarin de belangrijkste activiteitsgebieden en de successen van de organisatie. Het rapport vermeldt onder meer het project "Creatie van een transport- en energiemodule op basis van een kerncentrale van een megawattklasse", ontwikkeld in het kader van het staatsprogramma "Ruimte-activiteiten van Rusland voor 2013-2020".
Volgens het rapport is dit project vorig jaar afgerond. Als onderdeel van dit werk werd ontwerpdocumentatie opgesteld, individuele producten vervaardigd en getest. Terwijl we het hebben over de componenten van de toekomstige lay-out van het grondprototype van de transport- en energiemodule (TEM).
Het werk aan de totstandkoming van TEM stopt daar niet. Alle verdere activiteiten zullen worden uitgevoerd in het kader van het bestaande federale ruimteprogramma. Helaas geeft het Roscosmos-rapport geen technische details van het TEM-project in zijn huidige vorm, en ook niet de timing van het werk. Deze gegevens zijn echter uit andere bronnen bekend.
Geschiedenis van het probleem
Volgens het Roscosmos-rapport gaat het werk aan TEM door en zou het binnenkort een nieuwe fase in moeten gaan. Dit betekent dat de plannen om een fundamenteel nieuwe raket- en ruimtetechnologie te creëren, die bijna 10 jaar geleden is goedgekeurd, binnen afzienbare tijd zullen worden gerealiseerd.
Het idee van een transport- en energiemodule op basis van een kerncentrale (NPP) in zijn huidige vorm werd in 2009 voorgesteld. De ontwikkeling van dit product zou worden uitgevoerd door de ondernemingen Roscosmos en Rosatom. De hoofdrol in het project wordt gespeeld door de Rocket and Space Corporation Energia en het Federal State Unitary Enterprise Keldysh Center.
In 2010 startte het project, het eerste onderzoeks- en ontwerpwerk begon. Destijds werd beweerd dat de belangrijkste componenten van de kerncentrale en TEM tegen het einde van het decennium klaar zouden zijn. Het voorlopige ontwerp van de TEM is in 2013 voorbereid. In 2014 is begonnen met het testen van de componenten van de kerncentrale en de ID-500 ionenmotor. In de toekomst waren er tal van meldingen van verschillende werken en successen. Diverse onderdelen van kerncentrale en TEM zijn gebouwd en getest en er is gezocht naar toepassingsgebieden van nieuwe technologie.
Tijdens de ontwikkeling van het TEM-project werden regelmatig afbeeldingen gepubliceerd die het uiterlijk van dit product bij benadering weergeven in open bronnen. De laatste keer dat dergelijke materialen verschenen in november vorig jaar. Het is merkwaardig dat deze versie van het uiterlijk aanzienlijk verschilde van de vorige, hoewel het enige gelijkenis vertoonde in basisfuncties.
Technische kenmerken
De transport- en energiemodule wordt beschouwd als een multifunctioneel voertuig voor het werken in de ruimte, zowel in banen om de aarde als op andere trajecten. Met zijn hulp is het de bedoeling om in de toekomst de lading in banen te lanceren of naar andere hemellichamen te sturen. TEM kan ook worden gebruikt voor het onderhoud van ruimtevaartuigen of voor het bestrijden van ruimteschroot.
TEM krijgt verschuifbare draagspanten, waardoor de nodige maatvoering wordt voorzien. Op de boerderijen wordt voorgesteld om een power unit te monteren met een reactorinstallatie, een instrumentatie- en montagecomplex, dockingfaciliteiten, zonnepanelen, etc. In het staartgedeelte van de module zullen cruise- en rangeer-elektrische raketmotoren worden geplaatst. De lading wordt vervoerd met behulp van docking devices.
Het belangrijkste onderdeel van de TEM is de kerncentrale van een megawattklasse, die sinds 2009 is ontwikkeld. De reactor van de installatie moet worden onderscheiden door een speciale weerstand tegen temperatuurbelastingen, die verband houdt met speciale werkingsmodi. Als koelmiddel werd een helium-xenonmengsel gekozen. Het thermisch vermogen van de installatie zal 3,8 MW bereiken en het elektrische vermogen - 1 MW. Om overtollige warmte af te voeren, wordt voorgesteld om een druppelradiatorkoelkast te gebruiken.
Elektriciteit uit een nucleaire installatie moet worden geleverd aan een elektrische raketmotor. Een veelbelovende ionenmotor ID-500 bevindt zich in de testfase. Met een rendement tot 75% moet het een vermogen van 35 kW en een stuwkracht tot 750 mN hebben. Tijdens tests in 2017 werkte het ID-500-product 300 uur op de stand met een vermogen van 35 kW.
Volgens de gegevens van voorgaande jaren zal de TEM in de werkstand een lengte hebben van meer dan 50-52 m met een diameter (voor open spanten en elementen daarop) van meer dan 20 m. De massa is minimaal 20 ton. verschillende draagraketten met daaropvolgende montage. Dan moet de lading er mee aanmeren. De ontwerplevensduur, beperkt door de levensduur van de reactor, is 10 jaar.
Geweldige vooruitzichten
Het belangrijkste kenmerk van een TEM met een kerncentrale, die het fundamenteel onderscheidt van andere raket- en ruimtetechnologie, is de hoogste specifieke impuls. Het gebruik van een speciale krachtcentrale en een elektrische raketmotor maakt het mogelijk om de vereiste stuwkrachtparameters te verkrijgen met een minimaal verbruik van nucleaire brandstof. TEM is dus in theorie in staat om problemen op te lossen die ontoegankelijk zijn voor traditionele raketsystemen die worden aangedreven door chemische brandstof.
Hierdoor wordt het mogelijk om gedurende de vlucht actiever gebruik te maken van de sustainer- en rangeermotoren. Dit maakt met name het gebruik van gunstiger vliegroutes naar andere hemellichamen mogelijk. Dankzij de levensduur van 10 jaar kan TEM meerdere keren worden gebruikt in verschillende missies, waardoor de organisatiekosten worden verlaagd. Over het algemeen zal de opkomst van systemen zoals TEM met een kerncentrale de kosmonauten nieuwe kansen geven op alle belangrijke werkterreinen.
Standaard TEM-motoren mogen slechts een deel van de elektriciteit van opwekkingssystemen gebruiken. Dienovereenkomstig blijft er een grote vermogensmarge die geschikt is voor gebruik door de doelapparatuur.
Er zijn echter ook belangrijke nadelen. Allereerst is het de noodzaak om een hele reeks nieuwe technologieën te ontwikkelen en de algehele complexiteit van het project. De totstandkoming van een TEM vergt daardoor veel tijd en passende financiering. Zo is het Roscosmos-project ongeveer 10 jaar ontwikkeld, maar de praktische toepassing van het voltooide TEM is nog in de verre toekomst. De totale kosten van het project worden geschat op 17 miljard roebel.
Het gebruik van een kerncentrale leidt in verschillende stadia tot ernstige beperkingen. Het testen van een voltooide kerncentrale of TEM als geheel is bijvoorbeeld alleen mogelijk in banen, waardoor schade door mogelijke noodsituaties tot een minimum wordt beperkt. Hetzelfde geldt voor de bediening van een kant-en-klare transport- en energiemodule.
Nabije toekomst
Volgens het laatste nieuws is de ontwikkeling van het project "Creatie van een transport- en energiemodule op basis van een kerncentrale van megawattklasse" succesvol afgerond. Sommige mock-ups die nodig zijn voor het testen zijn al klaar. De komende jaren zullen bedrijven uit Roskosmos en Rosatom met deze en andere producten een aantal belangrijke werkzaamheden moeten verrichten.
Het vluchtprototype van de TEM is gepland om in 2022-23 te worden gebouwd. Daarna zouden er verschillende testen moeten starten, die enkele jaren in beslag zullen nemen. De volledige lancering van de TEM-operatie wordt verwacht in 2030.
Eind juni werd bekend over de voorbereiding van het terrein voor de exploitatie van de TEM. Dergelijke apparatuur zal worden gelanceerd vanaf de Vostochny-cosmodrome. Nog niet zo lang geleden werd een prijsvraag uitgeschreven voor de ontwikkeling en bouw van een set faciliteiten voor de voorbereiding van ruimtevaartuigen en een transport- en energiemodule. De ontwerpdocumentatie voor het technische complex moet in 2025-26 worden ontwikkeld. De start van de bouw is gepland in 2027 en de ingebruikname zal plaatsvinden in 2030. De kosten van het contract bedragen RUB 13,2 miljard.
Zo zullen de komende tien jaar verschillende werkzaamheden op het gebied van geavanceerde raket- en ruimtetechnologie met kerncentrales worden voortgezet. Sommige organisaties zullen de ontwikkeling moeten afronden en de transport- en energiemodule moeten testen, terwijl andere de infrastructuur zullen voorbereiden op de exploitatie ervan. Op basis van de resultaten van al deze werken zal de Russische ruimtevaartindustrie in 2030 beschikken over een fundamenteel nieuwe technologie met brede mogelijkheden. De complexiteit van alle fasen van een kansrijk programma kan echter leiden tot een wijziging in de planning.
