De ontwikkeling van een kerncentrale van megawattklasse voor ruimtetechnologie van een nieuwe generatie is begonnen in Rusland. De taak is toevertrouwd aan het Keldysh Research Center. Anatoly KOROTEEV, directeur van het centrum, voorzitter van de Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics, vertelt Interfax-AVN over het belang van dit project voor de Russische kosmonauten en de betekenis ervan, schrijft Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, de ontwikkeling van een kerncentrale is een prioritair doel geworden, waarvoor aanzienlijke middelen zullen worden geconcentreerd. Is dit echt een project waarvan de toekomst van de ruimtevaart afhangt?
- Precies. Laten we eens kijken wat de ruimtevaart vandaag doet. We zullen gebieden zien als satellietcommunicatie, zeer nauwkeurige ruimtenavigatie, teledetectie van de aarde - dat wil zeggen, alles wat te maken heeft met informatieondersteuning. De tweede richting is de oplossing van problemen die verband houden met de uitbreiding van onze kennis van de ruimte buiten de grenzen van de nabije aarde. Tot slot werkt de kosmonauten, zowel in ons land als in andere landen, aan het oplossen van een aantal defensietaken. Dit zijn conventioneel drie reeksen taken in ruimteactiviteiten vandaag. Om deze op te lossen worden beproefde, beproefde transportsystemen gebruikt.
Als we kijken naar wat we morgen van de ruimtevaart verwachten, worden naast de verbetering van het takenpakket dat al is opgelost, ook de problemen van de ontwikkeling van productietechnologieën in de ruimte aan de orde gesteld. We hebben het ook over expedities naar de maan en Mars. En dan niet over het bezoeken van expedities, dat was de Amerikaanse expeditie naar de maan, maar over een lang verblijf op andere planeten zodat je voldoende tijd aan hun studie kunt besteden.
Daarnaast worden er vragen gesteld over de mogelijke stroomvoorziening van de aarde vanuit de ruimte, over de strijd tegen het asteroïde-komeetgevaar. Al deze taken zijn van een heel andere orde dan die van nu. Dus als we nadenken over hoe dit complex van taken wordt geleverd door de transport- en energiestructuur, zullen we zien dat er een serieuze behoefte is om de energievoorziening van ons ruimtevaartuig en de efficiëntie van motoren te vergroten.
We hebben tegenwoordig onzuinige voertuigen. Stel je voor, voor elke 100 ton die van de aarde vliegt, verandert in het beste geval 3% in een nuttige lading. Dit is voor alle moderne raketten. Al het andere wordt weggegooid als verbrande brandstof.
Bij langdurige opgaven is het van groot belang dat we ons economisch genoeg in de ruimte verplaatsen. Hier is er het concept van specifieke stuwkracht, dat de efficiëntie van de motor kenmerkt. Dit is de verhouding van de stuwkracht die het creëert tot het massale brandstofverbruik. Als we de eerste Duitse FAU-2-raket nemen, was de specifieke stuwkracht in de oude meeteenheden 220 seconden. Tegenwoordig geeft het beste voortstuwings-energiesysteem, dat waterstof met zuurstof gebruikt, een specifieke stuwkracht van maximaal 450 seconden. Dat wil zeggen, 60-70 jaar werk van de knapste koppen ter wereld heeft de specifieke stuwkracht van traditionele raketmotoren slechts twee keer verhoogd.
Is het mogelijk om deze indicator meerdere keren of in ordes van grootte te verhogen? Het blijkt er te zijn. Als we bijvoorbeeld kernmotoren gebruiken, kunnen we de specifieke stuwkracht verhogen tot ongeveer 900 seconden, dat wil zeggen nog eens twee keer. En met behulp van een geïoniseerde werkvloeistof voor versnelling, zouden ze waarden van 9000-10000 seconden kunnen bereiken, dat wil zeggen, ze zouden de specifieke stuwkracht 20 keer verhogen. En dat is vandaag al gedeeltelijk bereikt: op satellieten met lage stuwkracht worden plasmamotoren gebruikt, die een specifieke stuwkracht geven in de orde van grootte van 1600 seconden. Dergelijke apparaten hebben echter nog steeds voldoende elektrisch vermogen nodig. Als je geen rekening houdt met een volledig unieke structuur - het internationale ruimtestation, waar het elektriciteitsniveau ongeveer 100 kW is, dan hebben de krachtigste satellieten tegenwoordig een elektrisch voedingsniveau van slechts 20-30 kW. Het is erg moeilijk om een aantal taken op te lossen als we op dit niveau blijven.
- Dat wil zeggen, je hebt een kwalitatieve sprong nodig?
- Ja. De ruimtevaart beleeft vandaag een toestand die dicht in de buurt komt van die waarin de luchtvaart zich bevond na de Tweede Wereldoorlog, toen duidelijk werd dat het niet langer mogelijk was om de snelheid met zuigermotoren te verhogen, het onmogelijk was om het bereik serieus te vergroten, en in het algemeen economisch winstgevende luchtvaart te hebben. Toen, zoals je je herinnert, was er een sprong in de luchtvaart, en ze schakelden over van zuigermotoren naar straalmotoren. Ongeveer dezelfde situatie is nu in de ruimtetechnologie. We missen de energie-excellentie om serieuze uitdagingen aan te gaan.
Trouwens, het werd duidelijk niet vandaag. Al in de jaren '60 en '70, zowel in ons land als in de Verenigde Staten, werd begonnen met het gebruik van kernenergie in de ruimte. Aanvankelijk was de taak om raketmotoren te maken die, in plaats van de chemische energie van verbranding van brandstof en oxidatiemiddel, de verwarming van waterstof tot een temperatuur van ongeveer 3000 graden zouden gebruiken. Maar het bleek dat zo'n direct pad nog steeds niet effectief is. We krijgen korte tijd hoge stuwkracht, maar tegelijkertijd stoten we een straal uit, die bij een abnormale werking van de reactor radioactief besmet kan blijken te zijn.
Ondanks de enorme hoeveelheid werk die in de jaren 60 en 70 in de USSR en de VS werd uitgevoerd, waren wij noch de Amerikanen in die tijd in staat om betrouwbare werkende motoren te maken. Ze werkten, maar niet veel, want het opwarmen van waterstof tot 3000 duizend graden in een kernreactor is een serieuze taak.
Er waren ook milieuproblemen tijdens grondtests van motoren, omdat radioactieve stralen in de atmosfeer werden gegooid. In de USSR werd dit werk uitgevoerd op de testlocatie in Semipalatinsk, speciaal voorbereid voor kernproeven, die in Kazachstan bleef.
En toch, in termen van het gebruik van kernenergie voor de stroomvoorziening van ruimtevaartuigen, heeft de USSR in die jaren een zeer serieuze stap gezet. 32 satellieten werden vervaardigd. Met het gebruik van kernenergie op de apparaten was het mogelijk om elektrisch vermogen te verkrijgen dat een orde van grootte hoger lag dan uit zonne-energie.
Vervolgens hebben de USSR en de VS om verschillende redenen dit werk enige tijd stopgezet. Vandaag is duidelijk dat ze vernieuwd moeten worden. Maar het leek ons onredelijk om op zo'n frontale manier verder te gaan met het maken van een kernmotor, die de bovengenoemde nadelen heeft, en we stelden een heel andere aanpak voor.
- En wat is het fundamentele verschil tussen de nieuwe aanpak?
“Deze aanpak was anders dan de oude, net zoals een hybride auto verschilt van een conventionele auto. In een conventionele auto draait de motor de wielen, terwijl in hybride auto's elektriciteit wordt opgewekt door de motor en deze elektriciteit laat de wielen draaien. Dat wil zeggen, er ontstaat een soort tussencentrale.
Op dezelfde manier hebben we een schema voorgesteld waarin een ruimtereactor de uitgeworpen straal niet verwarmt, maar elektriciteit opwekt. Het hete gas uit de reactor laat de turbine draaien, de turbine draait de elektrische generator en de compressor, die de werkvloeistof in een gesloten kringloop laat circuleren. De generator wekt elektriciteit op voor een plasmamotor met een specifieke stuwkracht die 20 keer hoger is dan die van chemische motoren.
Wat zijn de belangrijkste voordelen van deze aanpak. Ten eerste is de testsite van Semipalatinsk niet nodig. We kunnen alle tests op het grondgebied van Rusland uitvoeren zonder betrokken te raken bij lange moeilijke internationale onderhandelingen over het gebruik van kernenergie buiten de staat. Ten tweede zal de straal die de motor verlaat niet radioactief zijn, omdat een heel andere werkvloeistof door de reactor stroomt, die zich in een gesloten lus bevindt. Bovendien hoeven we waterstof in dit schema niet te verwarmen, hier circuleert een inerte werkvloeistof in de reactor, die opwarmt tot 1500 graden. We zijn onze taak serieus aan het vereenvoudigen. Uiteindelijk zullen we de specifieke stuwkracht uiteindelijk niet twee keer verhogen, maar 20 keer in vergelijking met chemische motoren.
- Kunt u de timing van het project noemen?
- Het project omvat de volgende fasen: in 2010 - de start van de werken; in 2012 - voltooiing van het conceptontwerp en gedetailleerde computermodellering van de workflow; in 2015 - de oprichting van een voortstuwingssysteem voor kernenergie; in 2018 - de oprichting van een transportmodule met behulp van dit voortstuwingssysteem om het systeem voor te bereiden op de vlucht in hetzelfde jaar.
Trouwens, de fase van computermodellering was voorheen niet typisch voor de gecreëerde ruimtetechnologieproducten, maar vandaag is het absoluut noodzakelijk. Aan de hand van de nieuwste motoren, die ontwikkeld werden in Rusland, Frankrijk en de VS, werd duidelijk dat de klassieke oude methode, toen een groot aantal prototypes werden gemaakt om te testen, achterhaald is.
Tegenwoordig, wanneer de mogelijkheden van computertechnologie zeer hoog zijn, vooral met de komst van supercomputers, kunnen we fysieke en wiskundige modellering van processen bieden, een virtuele motor creëren, mogelijke situaties spelen, zien waar de valkuilen zijn, en pas daarna gaan we naar maak een engine, zoals ze zeggen "in hardware".
Hier is een goed voorbeeld. Je hebt waarschijnlijk gehoord van de RD - 180-motor voor de Atlas-raket die voor de Amerikanen is gemaakt bij het Energomash Design Bureau. In plaats van 25-30 exemplaren, die gewoonlijk werden besteed aan het testen van de motor, waren er maar 8 nodig, en de RD-180 kwam onmiddellijk tot leven. Omdat de ontwikkelaars de moeite hebben genomen om dit allemaal op computers te "spelen".
- Wat is de prijs van het probleem?
- Vandaag is er voor het hele project tot en met 2018 17 miljard roebel gedeclareerd. Direct voor 2010 is 500 miljoen roebel toegewezen, waaronder 430 miljoen roebel - voor Rosatom en 70 miljoen roebel - voor Roskosmos.
Natuurlijk willen we graag geloven dat als het leiderschap van het land zegt dat dit een prioriteitsgebied is, en het geld is toegewezen, het zal worden gegeven.
Het gedeclareerde bedrag is minder dan we zouden willen, maar ik denk dat dit voldoende is voor de komende jaren en met dit geld kan een groot aantal werken worden uitgevoerd.
Ons instituut is benoemd tot hoofd van de kerncentrale, de transportmodule zal hoogstwaarschijnlijk worden gemaakt door de Energia Rocket and Space Corporation.
Over het algemeen is het project gebaseerd op samenwerking, voornamelijk bestaande uit de ondernemingen van Rosatom, die de reactor moeten maken, en Roskosmos, die zelf turbocompressoren, generatoren en de motoren zal produceren.
Uiteraard zal het werk gebruik maken van de wetenschappelijke basis die in voorgaande jaren is gecreëerd. Zo is de ontwikkeling van een reactor gebaseerd op een groot aantal beslissingen die eerder werden genomen over een kernmotor. De samenwerking is hetzelfde. Dit is het Podolsk Scientific Research Technological Institute, het Kurchatov Center, het Obninsk Institute of Physics and Power Engineering. Het Keldysh Center, het Design Bureau for Chemical Engineering en het Voronezh Design Bureau for Chemical Automation hebben veel gedaan in een gesloten kringloop. We zullen deze ervaring ten volle benutten bij het maken van een turbolader. Voor de generator sluiten we het Instituut voor Elektromechanica aan, dat ervaring heeft met het maken van vliegende generatoren.
Kortom, er is veel grondwerk, het werk begint niet bij nul.
- Kan Rusland in dit werk voorlopen op andere landen?
- Ik sluit dit niet uit. Ik had een ontmoeting met het plaatsvervangend hoofd van NASA, we bespraken kwesties met betrekking tot de terugkeer naar het werk aan kernenergie in de ruimte, en hij zei dat de Amerikanen grote belangstelling tonen voor deze kwestie. Naar zijn mening kan de mogelijkheid om het werk in deze richting in het Westen te versnellen niet worden uitgesloten.
Ik sluit niet uit dat China kan reageren met actieve acties van zijn kant, dus we moeten snel werken. En niet alleen om iemand een halve stap voor te zijn. We moeten in de eerste plaats snel werken, zodat we er waardig uitzien in de opkomende internationale samenwerking, en de facto die vandaag wordt gevormd. Zodat ze ons daarheen zouden brengen, en niet de rol op zich nemen van mensen die metaalboerderijen zouden moeten maken, maar zodat de houding tegenover ons hetzelfde zou zijn als bijvoorbeeld in de jaren 90. Toen werd een groot aantal werkzaamheden aan nucleaire bronnen in de ruimte vrijgegeven. Toen deze werken bekend werden bij de Amerikanen, gaven ze ze zeer hoge cijfers. Tot het punt dat er gezamenlijke programma's met ons zijn opgesteld.
In principe is het mogelijk dat er een internationaal programma komt voor een kerncentrale, vergelijkbaar met het lopende samenwerkingsprogramma op het gebied van gecontroleerde thermonucleaire fusie.
- Anatoly Sazonovich, in 2011 viert de wereld de verjaardag van de eerste bemande vlucht naar de ruimte. Dit is een goede reden om stil te staan bij de prestaties van ons land in de ruimte.
- Ik denk van wel. Het was tenslotte niet alleen de eerste bemande vlucht naar de ruimte. De vlucht werd mogelijk dankzij de oplossing van een zeer breed scala aan wetenschappelijke, technische en medische vraagstukken. Voor het eerst vloog een man de ruimte in en keerde terug naar de aarde, voor het eerst werd bewezen dat het thermische beveiligingssysteem normaal werkt. De vlucht had een enorme internationale impact. Laten we niet vergeten dat er slechts 16 jaar zijn verstreken sinds het einde van de moeilijkste oorlog voor het land. En nu bleek dat een land dat meer dan 20 miljoen mensen heeft verloren en kolossale vernietiging heeft geleden, niet alleen in staat is om iets op het hoogste wereldniveau te doen, maar zelfs de hele wereld voor een bepaalde periode te overtreffen. Het was een uiterst belangrijke demonstratie die het gezag van het land en de trots van het volk verhoogde.
In mijn leven waren er twee gebeurtenissen van vergelijkbaar belang. Dit is de Dag van de Overwinning en de ontmoeting van Yuri Gagarin, die ik persoonlijk heb gezien. Op 9 mei 1945 ging heel Moskou, van het Rode Plein tot de buitenwijken, de straat op om feest te vieren. Het was echt een spontane impuls, en dezelfde indrukwekkende impuls was in april 1961 toen Gagarin vloog.
De internationale betekenis van de halve eeuw verjaardag van de eerste vlucht moet worden versterkt. Het is noodzakelijk om de samenleving te benadrukken en te herinneren aan de rol van ons land in de verkenning van de ruimte. Helaas doen we dit de afgelopen 20 jaar niet zo vaak. Als je het internet opent, zie je een enorme hoeveelheid materiaal dat bijvoorbeeld te maken heeft met de Amerikaanse expeditie naar de maan, maar er is niet al te veel materiaal met betrekking tot de Gagarin-vlucht. Als je met huidige schoolkinderen praat, weet ik niet wiens naam ze beter weten, Armstrong of Gagarin. Daarom acht ik het absoluut juist om de beslissing te nemen om de 50ste verjaardag van de eerste bemande ruimtevlucht op staatsniveau te vieren en er een internationaal geluid aan te geven.
De Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics zal voor dit evenement een medaille uitreiken, die zal worden uitgereikt aan mensen die betrokken waren bij de eerste vlucht of een voldoende bijdrage hebben geleverd aan de ontwikkeling van de ruimtevaart. Daarnaast bereiden we ons voor op het houden van een grote internationale conferentie, waarop het de bedoeling is om met buitenlandse en Russische partners de kenmerken van bemande ruimteverkenning te bespreken die kenmerkend zijn voor de huidige fase. Er zijn hier veel moeilijke vragen.
Als we vandaag honderd mensen op straat tegenhouden en vragen welke van de kosmonauten nu in de ruimte vliegt, God verhoede, als drie of vier mensen ons antwoorden, en daar ben ik niet van overtuigd. En als we de vraag stellen, wat doen de astronauten op het station, dan nog minder. Ik denk dat de bevordering van het echte leven in de ruimte, bemande vluchten uiterst belangrijk is, en dat het niet genoeg wordt gedaan. Er is veel stom materiaal op tv, wanneer iemand buitenaardse wezens ontmoette, of hoe buitenaardse wezens iemand meenamen.
Ik herhaal, de vijftigste verjaardag van de eerste bemande ruimtevlucht is een gebeurtenis die werkelijk baanbrekend is en die op de meest waardige manier moet worden gevierd, zowel in ons land als op internationaal niveau. En natuurlijk zal ons instituut hier direct aan deelnemen, hij die verwant was aan deze vlucht en eraan heeft deelgenomen. Een aantal van onze medewerkers uit die periode ontving staatsonderscheidingen voor met name het oplossen van vliegproblemen. De adjunct-directeur van het toenmalige instituut, academicus Georgy Petrov, ontving bijvoorbeeld de titel van Held van Socialistische Arbeid voor de ontwikkeling van methoden voor thermische bescherming van een schip tijdens afdaling uit een baan. Natuurlijk zullen we proberen deze gebeurtenis met waardigheid te vieren.
