V Rusiji se je začel razvoj jedrske elektrarne razreda megavat za vesoljsko tehnologijo nove generacije. Naloga je zaupana raziskovalnemu centru Keldysh. Anatolij KOROTEEV, direktor centra, predsednik Ruske akademije za kozmonavtiko Tsiolkovsky, za Interfax-AVN pravi o pomenu tega projekta za rusko kozmonavtiko in njegovem pomenu, piše Rewer.net.
- Anatolij Sazonovič, razvoj jedrske elektrarne je postal prednostni cilj, za dosego katerega bodo skoncentrirana precejšnja sredstva. Je to res projekt, od katerega je odvisna prihodnost astronavtike?
- Točno tako. Poglejmo, kaj danes počne astronavtika. Videli bomo takšna področja, kot so satelitske komunikacije, visoko natančna vesoljska navigacija, daljinsko zaznavanje Zemlje - torej vse, kar je povezano z informacijsko podporo. Druga smer je reševanje vprašanj, povezanih s širitvijo našega znanja o vesolju onkraj meja okolizemnega prostora. Končno si kozmonavtika tako pri nas kot v drugih državah prizadeva rešiti določeno paleto obrambnih nalog. To so običajno tri vrste nalog v vesoljskih dejavnostih danes. Za njihovo reševanje se uporabljajo časovno preizkušeni, preizkušeni transportni sistemi.
Če pogledamo, kaj jutri od astronavtike pričakujemo, se skupaj z izboljšanjem nabora nalog, ki se že rešujejo, postavljajo tudi vprašanja razvoja proizvodnih tehnologij v vesolju. Govorimo tudi o odpravah na Luno in Mars. Pa ne o obiskih odprav, ki je bila ameriška odprava na Luno, ampak o dolgem bivanju na drugih planetih, tako da lahko njihovemu študiju namenite dovolj časa.
Poleg tega se pojavljajo vprašanja o možni oskrbi Zemlje z vesoljem, o boju proti nevarnosti komete asteroidov. Vse te naloge so povsem drugačnega reda kot današnje. Če torej pomislimo, kako ta kompleks nalog zagotavlja transportna in energetska struktura, bomo videli, da obstaja resna potreba po povečanju oskrbe z energijo našega vesoljskega plovila in učinkovitosti motorjev.
Danes imamo neekonomična vozila. Predstavljajte si, da se na vsakih 100 ton, ki odletijo z Zemlje, 3% v najboljšem primeru spremeni v tovor. To velja za vse sodobne rakete. Vse ostalo se zavrže kot zgorelo gorivo.
Kar zadeva dolgoročne naloge, je izredno pomembno, da se v vesolju gibljemo dovolj gospodarno. Tu je koncept posebnega potiska, ki označuje učinkovitost motorja. To je razmerje med potiskom in masno porabo goriva. Če vzamemo prvo nemško raketo FAU-2, je bila njena specifična potiska v starih merskih enotah 220 sekund. Danes najboljši pogonsko-energetski sistem, ki uporablja vodik s kisikom, daje poseben potisk do 450 sekund. To pomeni, da je 60-70 let dela najboljših umov na svetu le za dvakrat povečalo specifično moč tradicionalnih raketnih motorjev.
Ali je mogoče ta kazalnik povečati večkrat ali za vrstni red velikosti? Izkazalo se je, da obstaja. Na primer, z jedrskimi motorji bi lahko specifični potisk povečali na približno 900 sekund, torej še dvakrat. Z uporabo ionizirane delovne tekočine za pospešek bi lahko dosegli vrednosti 9000-10000 sekund, to je, da bi specifični potisk dvignili 20-krat. In to je bilo danes že delno doseženo: na satelitih z nizkim potiskom se uporabljajo plazemski motorji, ki dajejo poseben potisk reda 1600 sekund. Vendar takšne naprave še vedno potrebujejo zadostno električno energijo. Če ne upoštevate popolnoma edinstvene strukture - Mednarodne vesoljske postaje, kjer je raven električne energije približno 100 kW, imajo danes najmočnejši sateliti stopnjo oskrbe z električno energijo le 20-30 kW. Če ostanemo na tej ravni, je zelo težko rešiti številne naloge.
- To pomeni, da potrebujete kakovosten preskok?
- Da. Astronavtika danes doživlja stanje, blizu tistemu, v katerem se je letalstvo znašlo po drugi svetovni vojni, ko je postalo jasno, da z batnimi motorji ni več mogoče povečati hitrosti, ni bilo mogoče resno povečati dosega in na splošno imeti ekonomsko donosno letalstvo. Potem se je, kot se spomnite, zgodil preskok v letalstvu in prešli so iz batnih na reaktivne motorje. Približno enaka situacija je zdaj v vesoljski tehnologiji. Za premagovanje resnih izzivov nam primanjkuje energetske odličnosti.
Mimogrede, danes ni postalo jasno. Že v 60. in 70. letih so se tako pri nas kot v ZDA začela dela na področju uporabe jedrske energije v vesolju. Sprva je bila postavljena naloga ustvariti raketne motorje, ki bi namesto kemične energije zgorevanja goriva in oksidanta uporabljali segrevanje vodika na temperaturo okoli 3000 stopinj. Izkazalo pa se je, da je takšna neposredna pot še vedno neučinkovita. Za kratek čas prejmemo velik potisk, hkrati pa vržemo curek, ki se lahko v primeru nenormalnega delovanja reaktorja izkaže za radioaktivno onesnaženega.
Kljub ogromnemu delu, ki je bilo opravljeno v 60. in 70. letih prejšnjega stoletja v ZSSR in ZDA, takrat niti mi niti Američani nismo mogli ustvariti zanesljivih delovnih motorjev. Delali so, vendar ne veliko, saj je ogrevanje vodika do 3000 tisoč stopinj v jedrskem reaktorju resna naloga.
Med zemeljskimi preskusi motorjev so se pojavili tudi okoljski problemi, saj so v ozračje vrgli radioaktivne curke. V ZSSR je bilo to delo opravljeno na poligonu Semipalatinsk, posebej pripravljenem za jedrske poskuse, ki je ostal v Kazahstanu.
In vendar je ZSSR v teh letih v smislu uporabe jedrske energije za oskrbo vesoljskih plovil naredila zelo resen korak. Izdelanih je bilo 32 satelitov. Z uporabo jedrske energije na napravah je bilo mogoče pridobiti električno energijo za red velikosti višje kot iz sončne energije.
Nato so ZSSR in ZDA zaradi različnih razlogov za nekaj časa ustavile to delo. Danes je jasno, da jih je treba obnoviti. Vendar se nam je zdelo nerazumno, da bi tako na čelu nadaljevali z izdelavo jedrskega motorja, ki ima zgoraj omenjene pomanjkljivosti, in predlagali smo povsem drugačen pristop.
- In kakšna je temeljna razlika med novim pristopom?
»Ta pristop se je od starega razlikoval na enak način, kot se hibridni avto razlikuje od običajnega avtomobila. Pri običajnih avtomobilih motor obrača kolesa, pri hibridnih avtomobilih pa elektrika nastaja iz motorja, ta elektrika pa obrača kolesa. To pomeni, da nastaja nekakšna vmesna elektrarna.
Na enak način smo predlagali shemo, v kateri vesoljski reaktor ne segreva curka, ki ga izločajo, ampak proizvaja električno energijo. Vroč plin iz reaktorja obrača turbino, turbina obrača električni generator in kompresor, ki kroži delovno tekočino v zaprti zanki. Generator proizvaja električno energijo za plazemski motor s specifičnim potiskom 20 -krat večjim kot pri kemičnih motorjih.
Katere so glavne prednosti tega pristopa. Prvič, poligon Semipalatinsk ni potreben. Vse oglede lahko izvajamo na ozemlju Rusije, ne da bi se vključevali v dolga težka mednarodna pogajanja o uporabi jedrske energije zunaj države. Drugič, curek, ki zapusti motor, ne bo radioaktiven, saj skozi reaktor, ki je v zaprti zanki, prehaja popolnoma drugačna delovna tekočina. Poleg tega nam v tej shemi ni treba segrevati vodika, tukaj v reaktorju kroži inertna delovna tekočina, ki se segreje do 1500 stopinj. Nalogo resno poenostavljamo. Nazadnje bomo specifični potisk dvignili ne dvakrat, ampak 20 -krat v primerjavi s kemičnimi motorji.
- Ali lahko navedete časovni okvir projekta?
- Projekt vključuje naslednje faze: v letu 2010 - začetek dela; v letu 2012 - dokončanje osnutka projekta in podrobno računalniško modeliranje poteka dela; leta 2015 - vzpostavitev jedrskega pogonskega sistema; v letu 2018 - izdelava transportnega modula s tem pogonskim sistemom za pripravo sistema na let v istem letu.
Mimogrede, faza računalniškega modeliranja prej ni bila značilna za ustvarjene izdelke vesoljske tehnologije, danes pa je nujno potrebna. Na primeru najnovejših motorjev, ki so bili razviti v Rusiji, Franciji in ZDA, je postalo jasno, da je klasična stara metoda, ko je bilo za testiranje izdelanih veliko število prototipov, zastarela.
Danes, ko so zmogljivosti računalniške tehnologije zelo visoke, zlasti s pojavom superračunalnikov, lahko zagotovimo fizično in matematično modeliranje procesov, ustvarimo virtualni motor, predvajamo možne situacije, vidimo, kje so pasti, in šele nato pojdimo na ustvarite motor, kot pravijo "v strojni opremi".
Tukaj je dober primer. Verjetno ste že slišali za motor RD - 180 za raketo Atlas, ki je bil ustvarjen za Američane v oblikovalskem biroju Energomash. Namesto 25-30 izvodov, ki so jih običajno porabili za testiranje motorja, je trajalo le 8, RD-180 pa je takoj zaživel. Ker so se razvijalci potrudili, da so vse to "igrali" na računalnikih.
- Kakšna je cena izdaje?
- Danes je bilo za celoten projekt do vključno leta 2018 prijavljenih 17 milijard rubljev. Neposredno za leto 2010 je bilo dodeljenih 500 milijonov rubljev, od tega 430 milijonov rubljev - za Rosatom in 70 milijonov rubljev - za Roskosmos.
Seveda bi radi verjeli, da če bo vodstvo države povedalo, da je to prednostno področje in da je bil denar dodeljen, potem bo dan.
Deklarirani znesek je manjši, kot bi si želeli, vendar mislim, da je to dovolj za prihodnja leta in s tem denarjem je mogoče izvesti veliko različnih del.
Naš inštitut je bil imenovan za vodjo jedrske elektrarne, transportni modul pa bo najverjetneje izdelala raketno -vesoljska korporacija Energia.
Na splošno projekt temelji na sodelovanju, ki ga sestavljajo predvsem podjetja Rosatom, ki bi morala izdelati reaktor, in Roskosmos, ki bo izdeloval turbokompresorje, generatorje in same motorje.
Seveda bo delo uporabljalo znanstveno podlago, ustvarjeno v preteklih letih. Na primer, razvoj reaktorja temelji na velikem številu odločitev, ki so bile prej sprejete glede jedrskega motorja. Sodelovanje je enako. To je Podolski znanstvenoraziskovalni tehnološki inštitut, Kurčatov center, Inštitut za fiziko in elektrotehniko Obninsk. Center Keldysh, Projektni biro za kemijsko inženirstvo in Voronežski biro za kemijsko avtomatizacijo so v zaprti zanki naredili veliko. To izkušnjo bomo v celoti izkoristili pri ustvarjanju turbopolnilnika. Za generator povezujemo Inštitut za elektromehaniko, ki ima izkušnje pri ustvarjanju letečih generatorjev.
Z eno besedo, obstaja precejšnja osnova, delo se ne začne iz nič.
- Ali lahko Rusija pri tem delu prehiti druge države?
- Tega ne izključujem. Imel sem sestanek z namestnikom vodje NASA, razpravljali smo o vprašanjih, povezanih z vrnitvijo k jedrski energiji v vesolju, in dejal je, da Američani kažejo veliko zanimanje za to vprašanje. Po njegovem mnenju ni mogoče izključiti možnosti pospešitve dela v tej smeri na zahodu.
Ne izključujem, da se Kitajska lahko odzove z aktivnimi ukrepi, zato moramo hitro delati. Pa ne samo zato, da bi nekoga prehiteli za pol koraka. Hitro moramo delati, najprej, da bomo v nastajajočem mednarodnem sodelovanju, ki se dejansko oblikuje danes, videti vredni. Da bi nas odpeljali tja, in ne prevzeli vloge ljudi, ki bi morali izdelovati kovinske kmetije, ampak da bi bil odnos do nas enak, kot je bil na primer v 90. letih. Potem je bilo veliko podatkov o jedrskih virih v vesolju razveljavljenih. Ko so ta dela postala znana Američanom, so jim dali zelo visoke ocene. Do te mere, da so z nami pripravili skupne programe.
Načeloma je možno, da bo za jedrsko elektrarno obstajal mednarodni program, podoben tekočemu programu sodelovanja pri kontrolirani termonuklearni fuziji.
- Anatolij Sazonovič, leta 2011 bo svet praznoval obletnico prvega poleta človeka v vesolje. To je dober razlog, da spomnimo na dosežke naše države v vesolju.
- Mislim, da ja. Navsezadnje to ni bil le prvi polet s človekom v vesolje. Polet je postal mogoč zaradi rešitve zelo širokega spektra znanstvenih, tehničnih in zdravstvenih vprašanj. Prvič je človek odletel v vesolje in se vrnil na Zemljo, prvič je bilo dokazano, da sistem toplotne zaščite deluje normalno. Polet je imel velik mednarodni vpliv. Ne pozabimo, da je od konca najtežje vojne za državo minilo le 16 let. In zdaj se je izkazalo, da je država, ki je izgubila več kot 20 milijonov ljudi in utrpela kolosalno uničenje, sposobna ne le narediti nekaj na najvišji svetovni ravni, ampak za določeno obdobje celo prehiteti ves svet. To je bila izjemno pomembna demonstracija, ki je dvignila avtoriteto države in ponos ljudi.
V mojem življenju sta bila dva dogodka podobnega pomena. To je dan zmage in srečanje Jurija Gagarina, ki sem ga videl osebno. 9. maja 1945 je vsa Moskva od Rdečega trga do obrobja odšla proslavljati na ulice. To je bil resnično spontan impulz in enak impresiven impulz je bil aprila 1961, ko je letel Gagarin.
Okrepiti je treba mednarodni pomen polstoletne obletnice prvega poleta. Poudariti in spomniti je treba družbo na vlogo naše države pri raziskovanju vesolja. Na žalost v zadnjih 20 letih tega ne počnemo pogosto. Če odprete internet, boste videli ogromno materiala, povezanega na primer z ameriško odpravo na Luno, vendar ni preveč materiala, povezanega z letom Gagarin. Če govorite s sedanjimi šolarji, ne vem, čigavo ime bolje poznajo, Armstrong ali Gagarin. Zato menim, da je povsem pravilno, da se odločimo za praznovanje 50. obletnice prvega vesoljskega poleta s posadko na državni ravni in mu damo mednarodni zvok.
Ruska akademija kozmonavtike Tsiolkovsky bo za ta dogodek podelila medaljo, ki jo bodo podelili ljudem, ki so sodelovali pri prvem poletu ali so dovolj prispevali k razvoju astronavtike. Poleg tega se pripravljamo na veliko mednarodno konferenco, na kateri naj bi s tujimi in ruskimi partnerji razpravljali o tistih značilnostih raziskovanja vesolja s posadko, ki so značilne za sedanjo fazo. Tu je veliko težkih vprašanj.
Če danes ustavimo sto ljudi na ulici in vprašamo, kateri od kozmonavtov zdaj leti v vesolje, ne daj bog, če nam odgovorijo trije ali štirje ljudje, in v to nisem prepričan. In če postavimo vprašanje, kaj astronavti počnejo na postaji, potem še manj. Mislim, da je spodbujanje resničnega vesoljskega življenja, letov s posadko izjemno pomembno in da se premalo dela. Na televiziji je veliko neumnih materialov, ko se je nekdo srečal z vesoljci ali kako so ga tujci odpeljali.
Ponavljam, petdeseta obletnica prvega vesoljskega poleta s človeško posadko je resnično epohalni dogodek, ki ga je treba praznovati na najbolj dostojanstven način, tako pri nas kot na mednarodni ravni. In seveda bo pri tem neposredno sodeloval naš inštitut, tisti, ki je bil povezan s tem letom in je pri njem sodeloval. Številni naši zaposleni v tem obdobju so prejeli državna priznanja za reševanje predvsem letalskih težav. Na primer, namestnik direktorja takratnega inštituta, akademik Georgy Petrov, je prejel naziv Heroj socialističnega dela za razvoj metod toplotne zaščite ladje med spustom iz orbite. Seveda bomo poskušali ta dogodek dostojno obeležiti.
