Tijekom MAKS -2013, suradnja domaćih kompanija iz struktura Roscosmosa i Rosatoma predstavila je ažurirani model transportno -energetskog modula (TEM) s pogonom nuklearne elektrane na svemir (NPP) klase megavata (NK br. 10, 2013, str. 4). Ovaj projekat je javno predstavljen prije tačno četiri godine, u oktobru 2009. (Poreski zakonik br. 12, 2009., str. 40). Šta se promijenilo za to vrijeme?
Hronika projekta
Podsjetimo, cilj projekta je stvaranje baze energetskog pogona i, na njegovoj osnovi, novih svemirskih vozila s visokim omjerom snage i težine za implementaciju ambicioznih programa za proučavanje i istraživanje svemira. Ova sredstva omogućuju izvođenje ekspedicija u duboki svemir, više od 20 puta povećanje ekonomske efikasnosti svemirskih transportnih operacija i više od 10 puta povećanje električne energije na brodu.
Nuklearna elektrana temelji se na nuklearnom reaktoru s dugotrajnim turbomašinskim pretvaračem. Razvoj TEM-a vrši se naredbom predsjednika Rusije od 22. juna 2010. br. 419-rp. Njegovo stvaranje predviđeno je državnim programom "Svemirske aktivnosti Rusije za 2013 - 2020", te predsjednikovim programom za modernizaciju ekonomije. Rad prema ugovoru finansira se iz saveznog budžeta u okviru posebnog programa „Implementacija projekata Komisije pri predsjedniku Ruske Federacije za modernizaciju i tehnološki razvoj ruske ekonomije“*.
Više od 17 milijardi rubalja izdvaja se za provedbu ovog naprednog projekta u razdoblju od 2010. do 2018. godine. Tačna raspodjela sredstava je sljedeća: 7,245 milijardi rubalja dodijeljeno je državnoj korporaciji Rosatom za razvoj reaktora, 3,955 milijardi rubalja - za Istraživački centar MV Keldysh za stvaranje nuklearne elektrane, a oko 5,8 milijardi rubalja - za RSC Energia za proizvodnju TEM -a. Glavna organizacija odgovorna za razvoj samog nuklearnog reaktora je Institut za istraživanje i razvoj energetskih tehnologija (NIKIET), koji je dio sistema Rosatom. Suradnja uključuje i Podolsk naučnoistraživački tehnološki institut, RRC "Kurchatov institut", Institut za fiziku i energetiku u Obninsku, Naučnoistraživački institut NPO "Luch", Naučnoistraživački institut za atomske reaktore (NIIAR) i brojne druga preduzeća i organizacije. Centar Keldysh, Projektni biro za hemijsko inženjerstvo i Projektni biro za hemijsku automatizaciju učinili su mnogo na krugu radnog fluida. Institut za elektromehaniku bio je povezan s razvojem generatora.
Po prvi put, projekt implementira inovativne tehnologije koje u mnogim pogledima nemaju analoga u svijetu:
visoko efikasan krug konverzije;
kompaktni reaktor sa brzim neutronima na visokim temperaturama sa sistemima za hlađenje plinom, osiguravajući nuklearnu i radijacijsku sigurnost u svim fazama rada;
gorivni elementi na bazi goriva velike gustoće;
krstareći pogonski sistem zasnovan na bloku moćnih električnih raketnih motora visokih performansi (EJE);
visokotemperaturne turbine i kompaktni izmjenjivači topline s deset godina projektovanog vijeka trajanja;
brzi električni generatori-pretvarači velike snage;
postavljanje struktura velikih dimenzija u svemir itd.
U predloženoj shemi, nuklearni reaktor proizvodi električnu energiju: rashladno sredstvo za plin, pogonjeno kroz jezgru, okreće turbinu, koja rotira električni generator i kompresor, koji cirkulira radnu tekućinu u zatvorenoj petlji. Tvar iz reaktora ne izlazi u okoliš, odnosno isključuje se radioaktivna kontaminacija. Električna energija se troši za rad električnog pogonskog motora, koji je više od 20 puta ekonomičniji od kemijskih analoga u smislu potrošnje radnog fluida. Masa i dimenzije osnovnih elemenata nuklearne elektrane trebali bi osigurati njihovo postavljanje u svemirske bojeve glave postojećih i budućih ruskih raketa -nosača "Proton" i "Angara".
Hronika projekta pokazuje njegov brzi razvoj u moderno doba. Zamjenik generalnog direktora Državne korporacije za atomsku energiju Rosatom, direktor Direkcije za kompleks nuklearnog naoružanja IM Kamenskikh 30. aprila 2010. godine odobrio je projektni zadatak za razvoj reaktorskog postrojenja i TEM -a u okviru projekta „Stvaranje transportnog i energetskog modula zasnovanog na nuklearnoj elektrani megavat”. Dokument je usaglašen i odobren od strane Roskosmosa. Dana 22. juna 2010. godine, ruski predsjednik Dmitrij A. Medvedev potpisao je Naredbu o određivanju pojedinačnih izvođača radova na projektu.
9. februara 2011. godine u Moskvi je na bazi Centra Keldysh održana video konferencija preduzeća - TEM programera. Prisustvovali su šef Roscosmosa A. N. Perminov, predsjednik i generalni projektant (RSC) Energia V. A. Lopota, direktor centra Keldysh A. S. Koroteev, generalni direktor dizajner NIKIET ** Yu. G. Dragunov i glavni VP Smetannikov, projektant svemirske energije pogoni u NIKIET -u. Posebna pažnja posvećena je potrebi stvaranja "Resursnog" štanda za ispitivanje reaktorske instalacije s jedinicom za pretvaranje energije.
Roscosmos je 25. aprila 2011. raspisao javni natječaj za razvoj nuklearne elektrane, multifunkcionalne platforme u geostacionarnoj orbiti i međuplanetarnih svemirskih letjelica. Kao rezultat konkursa (čiji je pobjednik NIKIET 25. maja iste godine), potpisan je državni ugovor koji je važio do 2015. u vrijednosti od 805 miliona rubalja za izradu uzorka instalacije na klupi.
Ugovorom je predviđena izrada: tehničkog prijedloga za stvaranje uzorka nuklearne elektrane (sa termičkim simulatorom nuklearnog reaktora); njegov nacrt; projektno -tehnološku dokumentaciju za prototipove komponenti proizvoda sa stola i osnovnih elemenata nuklearne elektrane; tehnološke procese, kao i pripremu proizvodnje za izradu prototipova komponenti proizvoda za stolom i osnovnih elemenata instalacije; izrada uzorka sa klupe i eksperimentalni razvoj.
Sastav stonog modela nuklearne elektrane trebao bi uključivati osnovne elemente standardne instalacije, osmišljene tako da osiguraju naknadno stvaranje instalacija različitih kapaciteta na osnovu modularnog principa. Uzorak sa stola trebao bi generirati zadanu snagu - toplinsku i električnu, kao i stvarati impulse potiska koji su tipični za sve faze rada nuklearne elektrane kao dijela svemirske letjelice. Za projekt je odabran visokotemperaturni plinski hlađeni reaktor na brze neutrone s toplinskom snagom do 4 MW.
23. avgusta 2012. održan je sastanak predstavnika Rosatoma i Roscosmosa posvećen organizaciji rada na stvaranju kompleksa za ispitivanje izdržljivosti potrebnih za implementaciju TEM projekta. To se dogodilo u Naučnoistraživačkom tehnološkom institutu A. P. Aleksandrov u Sosnovy Boru kod Sankt Peterburga, gdje je planirano stvaranje navedenog kompleksa.
Idejni projekat TEM -a završen je u martu ove godine. Dobiveni rezultati omogućili su 2013. prelazak u fazu detaljnog projektiranja i proizvodnje opreme i uzoraka za autonomna ispitivanja. Testiranje i razvoj tehnologija rashladnog sredstva započeli su ove godine u istraživačkom reaktoru MIR u NIIAR-u (Dimitrovgrad), gdje je instalirana petlja za ispitivanje rashladne tekućine helij-ksenon na temperaturama iznad 1000 ° C.
Planirano je da se do 2015. godine napravi kopneni prototip reaktorskog postrojenja, a do 2018. godine trebalo bi biti proizvedeno reaktorsko postrojenje za završetak pogona nuklearne energije i započeti njegova ispitivanja u Sosnovom Boru. Prvi TEM za letne testove mogao bi se pojaviti do 2020.
Sljedeći sastanak o projektu održan je 10. septembra 2013. u državnoj korporaciji Rosatom. Šef NIKIET -a Yu. G. Dragunov iznio je informacije o stanju rada i glavnim problemima u implementaciji programa. Naglasio je da su trenutno stručnjaci Instituta izradili dokumentaciju tehničkog projekta nuklearne elektrane, identificirali glavna projektna rješenja i izvršili posao u skladu s "mapom puta" projekta. Nakon sastanka, čelnik korporacije Rosatom S. V. Kirienko naložio je NIKIET -u da pripremi prijedloge za optimizaciju mape puta.
Neki detalji dizajna i značajki projektiranja nuklearne elektrane otkriveni su tijekom razgovora s predstavnicima centra Keldysh na aeromitingu MAKS-2013. Konkretno, programeri su izvijestili da će instalacija biti izvedena odmah u cijelosti verzija, bez izrade smanjenog prototipa.
Nuklearna elektrana ima izuzetno visoke (za svoj tip) karakteristike: s toplinskom snagom reaktora od 4 MW, električna snaga na generatoru bit će 1 MW, odnosno, učinkovitost će doseći 25%, što se smatra veoma dobar pokazatelj.
Turbomašinski pretvarač je dvokružni. U prvom krugu koristi se pločasti izmjenjivač topline - rekuperator i cijevni izmjenjivač topline -hladnjak. Potonji odvaja glavni (prvi) krug odvođenja topline i drugi krug povratka topline.
Što se tiče jednog od najzanimljivijih rješenja koja se razvijaju u okviru projekta (izbor tipa hladnjaka-radijatora drugog kruga), dat je odgovor da se razmatraju i kapljični i panelni izmjenjivači topline, a do sada izbor nije napravljen. Na demonstriranoj maketi i posterima, preferirana opcija predstavljena je hladnjakom-radijatorom za kapanje. Paralelno, u toku su radovi na panelnom izmjenjivaču topline. Imajte na umu da se cijela struktura TEM -a može transformirati: pri lansiranju, modul staje ispod oplate niskog napona, a u orbiti "širi krila" - šipke se šire, šireći reaktor, motore i nosivost na velike udaljenosti.
TEM će koristiti čitav niz poboljšanih izuzetno moćnih EPE -a - četiri "latice" šest glavnih motora promjera 500 mm, plus osam manjih motora za kontrolu valjanja i korekciju kursa. U salonu MAKS-2013 prikazan je radni motor koji već prolazi testiranje (do sada na djelomičnom potisku, s električnom snagom do 5 kW). EJE rade na ksenonu. Ovo je najbolji, ali i najskuplji radni fluid. Razmatrane su i druge mogućnosti: posebno metali - litij i natrij. Međutim, motori zasnovani na takvom radnom mediju su manje ekonomični i vrlo je teško provesti zemaljska ispitivanja na takvim EJE -ovima.
Procijenjeni resurs nuklearne elektrane, uključen u projekt, je deset godina. Testiranje resursa trebalo bi da se izvrši direktno na kompletnoj instalaciji, a jedinice će raditi samostalno na klupi kooperantskih preduzeća. Konkretno, turbopunjač razvijen u KBHM -u već je proizveden i testira se u vakuumskoj komori u centru Keldysh. Napravljen je i termalni simulator reaktora snage 1 MW.
