Tijdens MAKS -2013 presenteerde de samenwerking van binnenlandse bedrijven uit de structuren van Roscosmos en Rosatom een bijgewerkt model van een transport- en energiemodule (TEM) met een voortstuwingseenheid voor ruimtekernenergie (NPP) van een megawattklasse (NK nr. 10, 2013, blz. 4). Dit project werd precies vier jaar geleden, in oktober 2009 publiekelijk gepresenteerd (Tax Code No. 12, 2009, p. 40). Wat is er in deze tijd veranderd?
Kroniek van het project
Bedenk dat het doel van het project is om een basis voor energievoortstuwing te creëren en, op basis daarvan, nieuwe ruimtevoertuigen met een hoge vermogen-gewichtsverhouding voor de implementatie van ambitieuze programma's voor de studie en verkenning van de ruimte. Deze middelen maken het mogelijk om expedities naar de verre ruimte uit te voeren, een meer dan 20-voudige toename van de economische efficiëntie van ruimtetransportoperaties en een meer dan 10-voudige toename van het elektrisch vermogen aan boord van het ruimtevaartuig.
De kerncentrale is gebaseerd op een kernreactor met een turbomachine-converter met een lange levensduur. De ontwikkeling van TEM wordt uitgevoerd in opdracht van de president van Rusland van 22 juni 2010 nr. 419-rp. De oprichting ervan wordt voorzien door het staatsprogramma "Ruimte-activiteiten van Rusland voor 2013 - 2020", en het programma van de president voor de modernisering van de economie. Het werk in het kader van het contract wordt gefinancierd uit de federale begroting in het kader van het speciale programma "Uitvoering van de projecten van de Commissie onder de president van de Russische Federatie voor de modernisering en technologische ontwikkeling van de Russische economie" *.
Meer dan 17 miljard roebel wordt toegewezen voor de uitvoering van dit geavanceerde project in de periode van 2010 tot 2018. De exacte verdeling van de middelen is als volgt: 7,245 miljard roebel wordt toegewezen aan het staatsbedrijf Rosatom voor de ontwikkeling van de reactor, 3,955 miljard roebel - voor het MV Keldysh Research Center voor de oprichting van een kerncentrale, en ongeveer 5,8 miljard roebel - voor RSC Energia voor de vervaardiging van TEM. De hoofdorganisatie die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van de kernreactor zelf is het Research and Development Institute of Energy Technologies (NIKIET), dat deel uitmaakt van het Rosatom-systeem. De samenwerking omvat ook het Podolsk Scientific Research Technological Institute, het RRC "Kurchatov Institute", het Physics and Power Engineering Institute in Obninsk, het Scientific Research Institute NPO "Luch", het Scientific Research Institute of Atomic Reactors (NIIAR) en een aantal andere ondernemingen en organisaties. Het Keldysh Center, het Design Bureau for Chemical Engineering en het Design Bureau for Chemical Automation hebben veel gedaan aan het werkvloeistofcircuit. Het Instituut voor Elektromechanica was verbonden aan de ontwikkeling van de generator.
Voor het eerst implementeert het project innovatieve technologieën die in veel opzichten geen analogen hebben in de wereld:
zeer efficiënt conversiecircuit;
compacte snelle neutronenreactor op hoge temperatuur met gaskoelsystemen, waardoor nucleaire en stralingsveiligheid in alle stadia van de operatie wordt gegarandeerd;
op brandstof gebaseerde splijtstofelementen met hoge dichtheid;
cruise-voortstuwingssysteem op basis van een blok krachtige krachtige elektrische raketmotoren (EJE);
hogetemperatuurturbines en compacte warmtewisselaars met een ontwerplevensduur van tien jaar;
high-speed elektrische generatoren-converters van hoog vermogen;
plaatsing van grote constructies in de ruimte, enz.
In het voorgestelde schema wekt een kernreactor elektriciteit op: een gaskoelmiddel, aangedreven door de kern, draait een turbine, die een elektrische generator en een compressor roteert, die de werkvloeistof in een gesloten lus laat circuleren. De stof uit de reactor komt niet in het milieu terecht, dat wil zeggen dat radioactieve besmetting uitgesloten is. Elektriciteit wordt verbruikt voor de werking van een elektrische voortstuwingsmotor, die meer dan 20 keer zuiniger is dan chemische analogen in termen van het verbruik van de werkvloeistof. De massa en afmetingen van de basiselementen van de kerncentrale moeten ervoor zorgen dat ze worden geplaatst in ruimtekoppen van de bestaande en toekomstige Russische lanceervoertuigen "Proton" en "Angara".
De kroniek van het project toont zijn snelle ontwikkeling in de moderne tijd. Op 30 april 2010 keurde adjunct-directeur-generaal van de State Atomic Energy Corporation Rosatom, directeur van het directoraat voor het kernwapencomplex IM Kamenskikh de taakomschrijving goed voor de ontwikkeling van een reactorfaciliteit en TEM in het kader van het project Creation van een transport- en energiemodule op basis van een megawatt kerncentrale”. Het document is overeengekomen en goedgekeurd door Roskosmos. Op 22 juni 2010 ondertekende de Russische president Dmitry A. Medvedev een bevel over de bepaling van de enige aannemers voor het project.
Op 9 februari 2011 werd in Moskou op basis van het Keldysh Center een videoconferentie van ondernemingen - TEM-ontwikkelaars gehouden. Het werd bijgewoond door het hoofd van Roscosmos A. N. Perminov, president en algemeen ontwerper (RSC) Energia V. A. Lopota, directeur van het Keldysh Center A. S. Koroteev, directeur-generaal ontwerper NIKIET ** Yu. G. Dragunov en Chief VP Smetannikov, ontwerper van ruimtekracht planten bij NIKIET. Bijzondere aandacht werd besteed aan de noodzaak om een "Resource"-stand te creëren voor het testen van een reactorinstallatie met een energieconversie-eenheid.
Op 25 april 2011 kondigde Roscosmos een open aanbesteding aan voor de ontwikkeling van een kerncentrale, een multifunctioneel platform in een geostationaire baan en interplanetaire ruimtevaartuigen. Als resultaat van de wedstrijd (waarvan NIKIET op 25 mei van hetzelfde jaar de winnaar was), werd een staatscontract ondertekend dat geldig was tot 2015 ter waarde van 805 miljoen roebel voor het maken van een proefbank van de installatie.
Het contract voorziet in de ontwikkeling van: een technisch voorstel voor de creatie van een bank (met een thermische simulator van een kernreactor) monster van een kerncentrale; zijn schetsontwerp; ontwerp en technologische documentatie voor prototypes van componenten van een bankproduct en basiselementen van een kerncentrale; technologische processen, evenals voorbereiding van productie voor de vervaardiging van prototypen van de componenten van het bankproduct en de basiselementen van de installatie; het maken van een proefbankmonster en het uitvoeren van de experimentele ontwikkeling ervan.
De samenstelling van het bankmodel van de kerncentrale moet de basiselementen bevatten van een standaardinstallatie, ontworpen om de daaropvolgende creatie van installaties met verschillende capaciteiten op basis van een modulair principe te garanderen. Het bankmonster moet een bepaald vermogen genereren - thermisch en elektrisch, en ook stuwkrachtimpulsen creëren die typerend zijn voor alle stadia van de werking van de kerncentrale als onderdeel van het ruimtevaartuig. Voor het project is gekozen voor een gasgekoelde snelle neutronenreactor op hoge temperatuur met een thermisch vermogen tot 4 MW.
Op 23 augustus 2012 vond een bijeenkomst plaats van vertegenwoordigers van Rosatom en Roscosmos, gewijd aan de organisatie van de werkzaamheden voor de oprichting van een testcomplex voor duurtests die nodig zijn voor de uitvoering van het TEM-project. Het vond plaats in het A. P. Aleksandrov Scientific Research Technological Institute in Sosnovy Bor in de buurt van St. Petersburg, waar het de bedoeling is om het gespecificeerde complex te creëren.
Het voorlopig ontwerp van de TEM is in maart dit jaar opgeleverd. De verkregen resultaten maakten het mogelijk om in 2013 over te gaan naar het stadium van gedetailleerd ontwerp en fabricage van apparatuur en monsters voor autonome tests. Het testen en ontwikkelen van koelvloeistoftechnologieën begon dit jaar in de MIR-onderzoeksreactor in NIIAR (Dimitrovgrad), waar een lus werd geïnstalleerd voor het testen van de helium-xenon-koelvloeistof bij temperaturen boven 1000 ° C.
Het is de bedoeling dat er tegen 2015 een op de grond gebouwd prototype van de reactorfabriek wordt gebouwd en tegen 2018 moet een reactorfabriek voor de voltooiing van het kernenergievoortstuwingssysteem worden vervaardigd en moeten de tests worden gestart in Sosnovy Bor. De eerste TEM voor vliegtesten kan in 2020 verschijnen.
De volgende bijeenkomst over het project vond plaats op 10 september 2013 bij het staatsbedrijf Rosatom. Het hoofd van NIKIET Yu. G. Dragunov presenteerde informatie over de stand van zaken en de belangrijkste problemen bij de uitvoering van het programma. Hij benadrukte dat de specialisten van het Instituut momenteel de documentatie van het technische ontwerp van de kerncentrale hebben ontwikkeld, de belangrijkste ontwerpoplossingen hebben geïdentificeerd en het werk hebben uitgevoerd in overeenstemming met de "roadmap" van het project. Na de bijeenkomst gaf het hoofd van de Rosatom-onderneming S. V. Kirienko NIKIET de opdracht om voorstellen voor te bereiden voor het optimaliseren van de routekaart.
Sommige details van het ontwerp en de ontwerpkenmerken van de kerncentrale kwamen aan het licht tijdens een gesprek met vertegenwoordigers van het Keldysh Center op de vliegshow MAKS-2013. De ontwikkelaars meldden met name dat de installatie onmiddellijk in een volledig maatversie, zonder een verkleind prototype te maken.
De kerncentrale heeft extreem hoge (voor zijn type) kenmerken: met een thermisch vermogen van de reactor van 4 MW, zal het elektrische vermogen van de generator 1 MW zijn, dat wil zeggen, het rendement zal 25% bereiken, wat als een zeer goede indicatie.
De turbomachine-converter is een met twee circuits. In het eerste circuit wordt een platenwarmtewisselaar gebruikt - een recuperator en een buisvormige warmtewisselaar-koelkast. Deze laatste scheidt het hoofd (eerste) warmteafvoercircuit en het tweede warmteretourcircuit.
Met betrekking tot een van de meest interessante oplossingen die in het kader van het project worden ontwikkeld (de keuze van het type koelkasten-radiatoren van het tweede circuit), werd het antwoord gegeven dat zowel druppel- als paneelwarmtewisselaars worden overwogen, en tot nu toe keuze is niet gemaakt. Op de gedemonstreerde mock-up en posters werd de voorkeursoptie gepresenteerd met een druppelkoelkast-radiator. Tegelijkertijd wordt er gewerkt aan de paneelwarmtewisselaar. Merk op dat de hele structuur van de TEM kan worden getransformeerd: bij de lancering past de module onder de LV-kopkuip en in een baan om de aarde "spreidt hij zijn vleugels" - de staven zetten uit, waardoor de reactor, motoren en nuttige lading over een lange afstand worden verspreid.
De TEM zal een hele reeks verbeterde extreem krachtige EPE's gebruiken - vier "bloemblaadjes" van zes hoofdmotoren met een diameter van 500 mm, plus acht kleinere motoren voor rolcontrole en koerscorrectie. In de showroom van MAKS-2013 werd een werkende motor getoond, die al wordt getest (tot nu toe met gedeeltelijke stuwkracht, met een elektrisch vermogen tot 5 kW). EJE's werken op xenon. Dit is de beste, maar ook de duurste werkvloeistof. Andere opties werden overwogen: met name metalen - lithium en natrium. Motoren op basis van een dergelijk werkmedium zijn echter minder zuinig en het is erg moeilijk om grondtests uit te voeren op dergelijke EJE's.
De geschatte resource van de kerncentrale, opgenomen in het project, is tien jaar. Resourcetests zouden rechtstreeks op de volledige installatie moeten worden uitgevoerd en de eenheden zullen autonoom worden bediend op de bankbasis van samenwerkingsondernemingen. Met name de bij KBHM ontwikkelde turbocompressor is al geproduceerd en wordt getest in een vacuümkamer in het Keldysh Center. Er werd ook een thermische simulator gemaakt van een elektrische reactor van 1 MW.
