V Rusku byl zahájen vývoj jaderné elektrárny megawattové třídy pro vesmírnou technologii nové generace. Úkol je svěřen Keldysh Research Center. Anatoly KOROTEEV, ředitel centra, prezident Tsiolkovského ruské akademie kosmonautiky, říká Interfax-AVN o významu tohoto projektu pro ruskou kosmonautiku a jeho významu, píše Rewer.net.
- Anatolije Sazonoviče, rozvoj jaderné elektrárny se stal prioritním cílem, k jehož dosažení budou soustředěny značné zdroje. Je to opravdu projekt, na kterém závisí budoucnost astronautiky?
- Přesně. Podívejme se, co dnes dělá astronautika. Uvidíme takové oblasti, jako je satelitní komunikace, vysoce přesná vesmírná navigace, dálkový průzkum Země - tedy vše, co souvisí s informační podporou. Druhým směrem je řešení problémů souvisejících s rozšířením našich znalostí vesmíru za hranice prostoru blízkého Země. Nakonec kosmonautika, jak u nás, tak v jiných zemích, pracuje na vyřešení určitého rozsahu obranných úkolů. Dnes to jsou běžně tři sady úkolů v kosmických aktivitách. K jejich řešení se používají osvědčené dopravní systémy osvědčené časem.
Podíváme -li se na to, co od kosmonautiky očekáváme zítra, pak spolu se zlepšením rozsahu již řešených úkolů se otevírají otázky vývoje výrobních technologií ve vesmíru. Mluvíme také o expedicích na Měsíc a Mars. A ne o návštěvě expedic, což byla americká expedice na Měsíc, ale o dlouhém pobytu na jiných planetách, abyste mohli jejich studiu věnovat dostatek času.
Kromě toho se objevují otázky ohledně možného napájení Země z vesmíru, boje proti asteroidovému kometárnímu nebezpečí. Všechny tyto úkoly mají úplně jiný řád než ty dnešní. Pokud se tedy zamyslíme nad tím, jak tento komplex úkolů zajišťuje dopravní a energetická struktura, uvidíme, že existuje vážná potřeba zvýšit dodávky energie naší kosmické lodi a účinnost motorů.
Dnes máme nehospodárná vozidla. Představte si, že na každých 100 tun odletujících ze Země se v nejlepším případě 3% změní na užitečné zatížení. To je pro všechny moderní rakety. Všechno ostatní se vyhodí jako spálené palivo.
Pokud jde o dlouhodobé úkoly, je nesmírně důležité, abychom se ve vesmíru pohybovali dostatečně ekonomicky. Zde je koncept specifického tahu, který charakterizuje účinnost motoru. Toto je poměr tahu, který vytváří, k masové spotřebě paliva. Pokud vezmeme první německou raketu FAU-2, pak její specifický tah ve starých měrných jednotkách činil 220 sekund. Dnes nejlepší pohonně-energetický systém využívající vodík s kyslíkem dává specifický tah až 450 sekund. To znamená, že 60–70 let práce nejlepších mozků na světě zvýšilo specifický tah tradičních raketových motorů pouze dvakrát.
Je možné tento ukazatel zvýšit několikrát nebo řádově? Ukázalo se, že existuje. Například pomocí jaderných motorů bychom mohli specifický tah zvýšit na zhruba 900 sekund, tedy ještě dvakrát. A pomocí ionizované pracovní tekutiny ke zrychlení by mohly dosáhnout hodnot 9000-10 000 sekund, to znamená, že by zvýšily specifický tah 20krát. A toho se již dnes částečně podařilo: na satelity s nízkým tahem se používají plazmové motory, které dávají specifický tah řádově 1600 sekund. Taková zařízení však stále potřebují dostatečný elektrický výkon. Pokud neberete v úvahu zcela jedinečnou strukturu - Mezinárodní vesmírnou stanici, kde je hladina elektřiny asi 100 kW, pak dnes mají nejvýkonnější satelity úroveň elektrického napájení pouze 20-30 kW. Je velmi obtížné vyřešit řadu úkolů, pokud zůstaneme na této úrovni.
- To znamená, že potřebujete kvalitativní skok?
- Ano. Astronautika dnes zažívá stav blízký stavu, ve kterém se letectví ocitlo po druhé světové válce, kdy vyšlo najevo, že pomocí pístových motorů již není možné zvýšit rychlost, nebylo možné vážně zvýšit dolet a obecně mít ekonomicky výnosné letectví. Pak, jak si pamatujete, došlo k leteckému skoku a oni přešli z pístových motorů na proudové. Zhruba stejná situace je nyní ve vesmírných technologiích. K řešení vážných výzev nám chybí energetická dokonalost.
Mimochodem, dnes to vyšlo najevo. Již v 60. a 70. letech, jak u nás, tak ve Spojených státech, začaly práce na využití jaderné energie ve vesmíru. Původně byl úkol stanoven na vytvoření raketových motorů, které by místo chemické energie spalování paliva a okysličovadla využívaly ohřev vodíku na teplotu asi 3000 stupňů. Ukázalo se ale, že taková přímá cesta je stále neúčinná. Krátkodobě dostáváme vysoký tah, ale zároveň vyhazujeme proud, který se v případě abnormálního provozu reaktoru může ukázat jako radioaktivně kontaminovaný.
Navzdory obrovskému množství práce, která byla provedena v 60. a 70. letech v SSSR a USA, jsme ani my, ani Američané v té době nebyli schopni vytvořit spolehlivé pracovní motory. Fungovaly, ale ne moc, protože ohřát vodík až na 3000 tisíc stupňů v jaderném reaktoru je vážný úkol.
Během pozemních testů motorů došlo také k problémům s životním prostředím, protože do atmosféry byly vrženy radioaktivní paprsky. V SSSR byla tato práce provedena na testovacím místě Semipalatinsk speciálně připraveném pro jaderné testy, které zůstalo v Kazachstánu.
A přesto, pokud jde o využití jaderné energie pro napájení kosmických lodí, udělal SSSR v těchto letech velmi vážný krok. Bylo vyrobeno 32 satelitů. S využitím jaderné energie na zařízeních bylo možné získat elektrickou energii o řád vyšší než ze sluneční energie.
Následně SSSR a USA z různých důvodů tuto práci na nějaký čas zastavily. Dnes je jasné, že je třeba je obnovit. Ale zdálo se nám nerozumné pokračovat takovým přímým způsobem, abychom vyrobili jaderný motor, který má výše zmíněné nevýhody, a navrhli jsme úplně jiný přístup.
- A jaký je zásadní rozdíl mezi novým přístupem?
"Tento přístup se od starého lišil stejným způsobem, jakým se liší hybridní vůz od konvenčního automobilu." U konvenčního automobilu motor otáčí kola, zatímco u hybridních automobilů se z motoru vyrábí elektřina a tato elektřina otáčí kola. To znamená, že vzniká jakási přechodná elektrárna.
Stejným způsobem jsme navrhli schéma, ve kterém vesmírný reaktor nezahřívá proud z něj vyhozený, ale vyrábí elektřinu. Horký plyn z reaktoru otáčí turbínou, turbína otáčí elektrický generátor a kompresor, který cirkuluje pracovní tekutinou v uzavřené smyčce. Generátor generuje elektřinu pro plazmový motor se specifickým tahem 20krát vyšším než u chemických motorů.
Jaké jsou hlavní výhody tohoto přístupu. Za prvé, není nutné testovací místo Semipalatinsk. Můžeme provést všechny testy na území Ruska, aniž bychom se zapojili do dlouhých obtížných mezinárodních jednání o využívání jaderné energie mimo stát. Za druhé, proud opouštějící motor nebude radioaktivní, protože reaktorem, který je v uzavřené smyčce, prochází zcela jiná pracovní tekutina. V tomto schématu navíc nepotřebujeme ohřívat vodík, zde v reaktoru cirkuluje inertní pracovní tekutina, která se zahřívá až na 1500 stupňů. Svůj úkol vážně zjednodušujeme. Nakonec na konci zvýšíme specifický tah ne dvakrát, ale 20krát ve srovnání s chemickými motory.
- Můžete pojmenovat načasování projektu?
- Projekt zahrnuje následující etapy: v roce 2010 - zahájení prací; v roce 2012 - dokončení návrhu návrhu a podrobné počítačové modelování pracovního postupu; v roce 2015 - vytvoření pohonného systému pro jadernou energii; v roce 2018 - vytvoření přepravního modulu využívajícího tento pohonný systém za účelem přípravy systému na let ve stejném roce.
Mimochodem, fáze počítačového modelování nebyla dříve pro vytvořené produkty vesmírné technologie typická, ale dnes je zcela nezbytná. Na příkladu nejnovějších motorů, které byly vyvinuty v Rusku, Francii a USA, vyšlo najevo, že klasická stará metoda, kdy bylo vyrobeno velké množství prototypů pro testování, je zastaralá.
Dnes, kdy jsou schopnosti výpočetní techniky velmi vysoké, zvláště s příchodem superpočítačů, můžeme zajistit fyzické a matematické modelování procesů, vytvořit virtuální engine, hrát možné situace, vidět, kde jsou úskalí, a teprve poté přejít na vytvořte motor, jak se říká „v hardwaru“.
Zde je dobrý příklad. Pravděpodobně jste slyšeli o motoru RD - 180 pro raketu Atlas vytvořenou pro Američany v Energomash Design Bureau. Místo 25-30 kopií, které byly obvykle vynaloženy na testování motoru, to trvalo jen 8 a RD-180 okamžitě šel do života. Protože si vývojáři dali tu práci „to všechno“přehrát na počítačích.
- Jaká je cena emise?
- Dnes bylo na celý projekt do roku 2018 včetně zahrnuto 17 miliard rublů. Přímo na rok 2010 bylo alokováno 500 milionů rublů, včetně 430 milionů rublů - pro Rosatom a 70 milionů rublů - pro Roskosmos.
Přirozeně bychom chtěli věřit, že pokud vedení země řekne, že se jedná o prioritní oblast a peníze budou přiděleny, budou poskytnuty.
Deklarovaná částka je menší, než bychom si přáli, ale myslím, že to pro nadcházející roky stačí a za tyto peníze lze provést velký rozsah prací.
Náš institut byl jmenován vedoucím jaderné elektrárny, dopravní modul bude s největší pravděpodobností vyrábět Energia Rocket and Space Corporation.
Obecně je projekt založen na spolupráci, která se skládá převážně z podniků Rosatomu, který by měl vyrobit reaktor, a Roskosmosu, který bude vyrábět turbokompresory, generátory a samotné motory.
Práce samozřejmě využije vědecké základy vytvořené v předchozích letech. Například vývoj reaktoru je založen na velkém počtu rozhodnutí, která byla dříve učiněna na jaderném motoru. Spolupráce je stejná. Toto je Podolský vědecký výzkumný technologický institut, Kurchatovské centrum, Obninský ústav fyziky a energetiky. Keldysh Center, Design Bureau for Chemical Engineering a Voronezh Design Bureau for Chemical Automation udělaly mnoho v uzavřené smyčce. Tyto zkušenosti plně využijeme při vytváření turbodmychadla. Pro generátor připojujeme Ústav elektromechaniky, který má zkušenosti s vytvářením létajících generátorů.
Jedním slovem, existují značné základy, práce nezačíná od nuly.
- Může Rusko v této práci předstihnout ostatní země?
- To nevylučuji. Měl jsem schůzku se zástupcem vedoucího NASA, diskutovali jsme o otázkách souvisejících s návratem k práci na jaderné energii ve vesmíru a řekl, že Američané o tuto problematiku projevují velký zájem. Podle jeho názoru nelze vyloučit možnost urychlení práce v tomto směru na Západě.
Nevylučuji, že Čína může reagovat svými aktivními akcemi, takže musíme pracovat rychle. A nejen proto, aby se před někým dostal o půl kroku. Musíme zaprvé pracovat rychle, abychom ve vznikající mezinárodní spolupráci, a de facto se dnes tvoří, vypadali hodni. Aby nás tam vzali, a nepřevzali roli lidí, kteří by měli dělat kovové farmy, ale aby byl postoj k nám stejný, jako byl například v 90. letech. Poté byl odtajněn velký soubor prací na jaderných zdrojích ve vesmíru. Když se tato díla dostala do povědomí Američanů, dali jim velmi vysoké známky. Až do té míry, že s námi byly sestaveny společné programy.
V zásadě je možné, že bude existovat mezinárodní program pro jadernou elektrárnu, podobný probíhajícímu programu spolupráce na řízené termonukleární fúzi.
- Anatolij Sazonovič, v roce 2011 svět oslaví výročí prvního letu člověka do vesmíru. To je dobrý důvod připomenout úspěchy naší země ve vesmíru.
- Myslím, že ano. Nakonec to nebyl jen první let člověka do vesmíru. Let byl možný díky řešení velmi široké škály vědeckých, technických a lékařských problémů. Poprvé člověk letěl do vesmíru a vrátil se na Zemi, poprvé bylo prokázáno, že systém tepelné ochrany funguje normálně. Let měl obrovský mezinárodní dopad. Nezapomínejme, že od konce nejtěžší války pro zemi uplynulo pouhých 16 let. A nyní se ukázalo, že země, která ztratila více než 20 milionů lidí a utrpěla kolosální destrukci, je schopna nejen udělat něco na nejvyšší světové úrovni, ale dokonce po určitou dobu předstihnout celý svět. Byla to mimořádně důležitá demonstrace, která pozvedla autoritu země a hrdost lidí.
V mém životě došlo ke dvěma událostem podobného významu. Toto je Den vítězství a setkání Jurije Gagarina, které jsem viděl osobně. 9. května 1945 se celá Moskva, od Rudého náměstí po předměstí, vydala oslavovat do ulic. Byl to skutečně spontánní impuls a stejný působivý impuls byl v dubnu 1961, když Gagarin letěl.
Je třeba posílit mezinárodní význam půlstoletého výročí prvního letu. Je nutné zdůraznit a připomenout společnosti roli naší země při průzkumu vesmíru. Za posledních 20 let to bohužel moc často neděláme. Pokud otevřete internet, uvidíte obrovské množství materiálu souvisejícího například s americkou expedicí na Měsíc, ale s Gagarinovým letem materiálu příliš mnoho není. Pokud mluvíte se současnými školáky, nevím, čí jméno znají lépe, Armstrong nebo Gagarin. Považuji proto za naprosto správné učinit rozhodnutí oslavit 50. výročí prvního vesmírného letu s lidskou posádkou na státní úrovni a dát mu mezinárodní zvuk.
Ruská akademie kosmonautiky Tsiolkovskij vydá za tuto událost medaili, která bude udělena lidem, kteří byli zapojeni do prvního letu nebo dostatečně přispěli k rozvoji kosmonautiky. Kromě toho se chystáme uspořádat velkou mezinárodní konferenci, na které se plánuje prodiskutovat se zahraničními a ruskými partnery ty rysy průzkumu vesmíru s lidskou posádkou, které jsou pro současnou fázi charakteristické. Je zde spousta obtížných otázek.
Pokud dnes zastavíme stovku lidí na ulici a zeptáme se, který z kosmonautů nyní létá ve vesmíru, nedej bože, pokud nám odpoví tři nebo čtyři lidé, a já o tom nejsem přesvědčen. A pokud si položíme otázku, co dělají astronauti na stanici, pak ještě méně. Myslím si, že podpora skutečného vesmírného života, pilotovaných letů, je nesmírně důležitá a není dostatečně prováděna. V televizi je spousta hloupých materiálů, když se někdo setkal s mimozemšťany nebo jak mimozemšťané někoho odvezli.
Opakuji, padesáté výročí prvního letu do vesmíru s lidskou posádkou je skutečně epochální událostí, kterou je třeba oslavit co nejdůstojněji, a to jak v naší zemi, tak na mezinárodní úrovni. A samozřejmě se toho přímo zúčastní náš ústav, který byl s tímto letem spřízněn a zúčastnil se ho. Řada našich zaměstnanců té doby obdržela státní vyznamenání zejména za řešení letových problémů. Například zástupce ředitele tehdejšího ústavu, akademik Georgy Petrov, získal titul Hrdina socialistické práce za vývoj metod tepelné ochrany lodi při sestupu z oběžné dráhy. Samozřejmě se pokusíme tuto událost důstojně oslavit.
