Một trong những dự án đầy tham vọng nhất của Liên Xô-Nga trong lĩnh vực khám phá không gian đã gần hoàn thành và đang bước vào giai đoạn triển khai thực tế ngay lập tức. Chúng ta đang nói về việc tạo ra một nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt. Việc tạo ra và thử nghiệm một động cơ như vậy có thể thay đổi đáng kể tình trạng của các hoạt động trong không gian gần trái đất.
Nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt (NPPU) là dự án hợp tác của một nhóm doanh nghiệp Nga thuộc Roscosmos và Rosatom. Dự án này nhằm phát triển một nhà máy điện hạt nhân hạng megawatt. Nó được thiết kế đặc biệt để trang bị cho một tàu vũ trụ mới với tên gọi TEM (mô-đun vận tải và năng lượng). Người thực hiện chính công việc của dự án tạo ra một nhà máy điện hạt nhân là Trung tâm Nghiên cứu Xí nghiệp Đơn nhất Nhà nước Liên bang mang tên M. V. Keldysh (Matxcova). Mục tiêu của dự án đầy tham vọng là đưa Nga lên vị trí hàng đầu trong việc tạo ra các tổ hợp năng lượng cho mục đích vũ trụ, có hiệu quả cao và có khả năng giải quyết một loạt nhiệm vụ ấn tượng trong không gian vũ trụ. Ví dụ, khám phá Mặt trăng, cũng như các hành tinh xa xôi trong hệ mặt trời của chúng ta, bao gồm cả việc tạo ra các căn cứ tự động trên chúng.
Hiện tại, các chuyến bay vũ trụ trong không gian gần trái đất được thực hiện trên tên lửa, được thiết lập chuyển động do quá trình đốt cháy nhiên liệu tên lửa lỏng hoặc rắn trong động cơ của chúng. Nhiên liệu tên lửa lỏng được chia thành chất oxy hóa và chất đốt. Các thành phần này nằm trong các thùng chứa khác nhau của tên lửa ở trạng thái lỏng. Việc trộn các thành phần đã diễn ra trong buồng đốt, thường là bằng kim phun. Áp suất được tạo ra do hoạt động của hệ thống bơm dịch chuyển hoặc turbo. Ngoài ra, các thành phần của thuốc phóng được sử dụng để làm mát vòi phun của động cơ tên lửa. Nhiên liệu tên lửa rắn cũng được chia thành nhiên liệu và chất oxy hóa, nhưng chúng ở dạng hỗn hợp chất rắn.
Trong nhiều thập kỷ qua, công nghệ sử dụng các loại nhiên liệu tên lửa này đã được hoàn thiện đến từng chi tiết nhỏ nhất ở nhiều quốc gia. Đồng thời, bản thân các nhà khoa học tên lửa cũng thừa nhận rằng việc phát triển thêm các công nghệ như vậy là có vấn đề. Cựu lãnh đạo Cơ quan Vũ trụ Liên bang Nga Anatoly Perminov lưu ý: “Nói một cách đại khái, mọi thứ đã bị loại bỏ khỏi các động cơ tên lửa hiện có, dù là chất lỏng hay chất rắn. Những nỗ lực để tăng lực đẩy, xung lực cụ thể dường như chỉ đơn giản là vô vọng. Trong bối cảnh đó, các giải pháp kỹ thuật khác đang được quan tâm. Ví dụ, các nhà máy điện hạt nhân, có thể tạo ra sự gia tăng lực đẩy và xung lực cụ thể vào các thời điểm. Anatoly Perminov đã đưa ra một ví dụ về một chuyến bay đến sao Hỏa, mà bây giờ cần phải bay từ 1, 5-2 năm tới đó và quay lại. Với việc sử dụng hệ thống đẩy hạt nhân, thời gian bay có thể giảm xuống còn 2-4 tháng.
Có tính đến điều này, ở Nga, từ năm 2010, một dự án đang được thực hiện để tạo ra một mô-đun năng lượng và vận tải vũ trụ dựa trên một nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt mà chưa có công ty tương tự nào trên thế giới. Đơn đặt hàng tương ứng được ký bởi Dmitry Medvedev. Để thực hiện dự án này cho đến năm 2018 từ ngân sách liên bang, Roscosmos và Rosatom đã lên kế hoạch phân bổ 17 tỷ rúp, 7, 2 tỷ rúp trong số tiền này đã được phân bổ cho tập đoàn nhà nước Rosatom để tạo ra một cơ sở lò phản ứng (Nghiên cứu và Viện Thiết kế Dollezhal Energy Technicians), 4 tỷ rúp - cho Trung tâm Keldysh để phát triển hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân, 5,8 tỷ rúp - cho RSC Energia, nơi được cho là tạo ra một mô-đun năng lượng và vận tải. Theo chương trình không gian liên bang mới trong giai đoạn 2016-2025 để tiếp tục thực hiện dự án, dự kiến sẽ phân bổ thêm 22 tỷ 890 triệu rúp.
Tất cả những công việc này được thực hiện ở Nga không phải từ đầu. Khả năng sử dụng năng lượng hạt nhân trong không gian đã được các chuyên gia Nga nổi tiếng như Keldysh, Kurchatov và Korolev xem xét từ giữa những năm 1950. Chỉ tính riêng từ năm 1970 đến năm 1988, Liên Xô đã phóng hơn 30 vệ tinh do thám vào không gian, chúng được trang bị cho các nhà máy điện hạt nhân công suất thấp như Topaz và Buk. Các vệ tinh này được sử dụng để tạo ra một hệ thống giám sát mọi thời tiết cho các mục tiêu bề mặt trên toàn bộ vùng nước của Đại dương Thế giới, cũng như đưa ra chỉ định mục tiêu bằng cách truyền đến các sở chỉ huy hoặc tàu sân bay vũ khí - mục tiêu và trinh sát không gian biển Legend hệ thống chỉ định (1978). Ngoài ra, trong giai đoạn từ 1960 đến 1980, một động cơ tên lửa hạt nhân đã được phát triển và thử nghiệm ở nước ta tại bãi thử Semipalatinsk, cơ quan TASS đưa tin.
Bộ chuyển đổi-lò phản ứng hạt nhân "Topaz" (mô hình thu nhỏ)
Các chuyên gia nêu bật những ưu điểm sau của hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân:
- Khả năng bay đến sao Hỏa trong 1, 5 tháng và quay trở lại, trong khi một chuyến bay sử dụng động cơ tên lửa thông thường có thể mất đến 1, 5 năm mà không có khả năng quay trở lại.
- Cơ hội mới trong nghiên cứu không gian gần trái đất.
- Khả năng cơ động và tăng tốc, trái ngược với các thiết bị chỉ có thể tăng tốc và sau đó bay theo một quỹ đạo nhất định.
- Giảm chi phí bảo trì, đạt được do nguồn lực cao, có thể hoạt động trong 10 năm.
- Tăng đáng kể khối lượng trọng tải đưa vào quỹ đạo do không có thùng nhiên liệu lớn.
Ngày 20 tháng 7 năm 2014, nhận bằng sáng chế của Liên bang Nga mang số RU2522971 cho "Nhà máy đẩy điện hạt nhân" (NPP), tác giả là viện sĩ A. Koroteev. Sau đó, tại triển lãm "Nhà nước đặt hàng - CHO Mua sắm Công bằng 2016”, Công ty cổ phần“NIKIET”được đặt theo tên của Dollezhal đã trình bày mô hình nhà máy lò phản ứng cho nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt. Được biết, nhà máy điện hạt nhân đang được phát triển ở nước ta bao gồm 3 yếu tố chính: Nhà máy phản ứng với chất lỏng làm việc và các thiết bị phụ trợ, như máy phát tua bin - máy nén và bộ trao đổi nhiệt - thu hồi nhiệt; hệ thống đẩy tên lửa điện và tủ lạnh tản nhiệt (hệ thống truyền nhiệt vào không gian). Xem xét tiến độ công việc, có thể lưu ý rằng Liên bang Nga có mọi cơ hội là nước đầu tiên phóng tàu vũ trụ lên quỹ đạo, tàu sẽ được trang bị nhà máy điện hạt nhân.
Theo kế hoạch, một mô hình nhà máy điện hạt nhân bằng sắt để thử nghiệm sẽ được tạo ra vào năm 2019. Và các chuyến bay đầu tiên vào không gian sử dụng một nhà máy điện như vậy sẽ diễn ra vào những năm 2020. Dmitry Makarov, Giám đốc Viện Vật liệu Lò phản ứng (IRM, Vùng Sverdlovsk), nói với các nhà báo hồi tháng 4/2016 rằng các cuộc thử nghiệm bay đầu tiên của hệ thống đẩy vũ trụ hạt nhân đã được lên kế hoạch cho những năm 2020. Trả lời câu hỏi của các nhà báo TASS, ông lưu ý rằng trong tương lai gần, một giá đỡ nguyên mẫu đặt trên mặt đất của thiết bị này sẽ được tạo ra ở Nga và các chuyến bay thử nghiệm đầu tiên trong không gian sẽ diễn ra vào những năm 2020. Việc lắp đặt một lớp megawatt như vậy sẽ cho phép hình thành các động cơ điện hạt nhân mạnh mẽ có thể tăng tốc các phương tiện liên hành tinh đến tốc độ nghiêm trọng. Là một phần của dự án này, Rosatom đang tạo ra trái tim của cơ sở - một lò phản ứng hạt nhân.
Mô hình nhà máy lò phản ứng cho nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt
Theo Makarov, IRM đã hoàn thành thành công các cuộc thử nghiệm các phần tử dẫn nhiệt (TVEL) cho việc lắp đặt này, chỉ rõ rằng các phần tử nhiên liệu quy mô đầy đủ đã được thử nghiệm, được lên kế hoạch sử dụng trong các lò phản ứng như vậy. Makarov không nghi ngờ gì rằng dựa trên kinh nghiệm và năng lực của các viện Roscosmos và Rosatom, có thể tạo ra một hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân cho phép đất nước chúng ta tiếp cận không chỉ các hành tinh gần nhất, mà còn cả các hành tinh xa xôi trong hệ mặt trời của chúng ta. Trên thực tế, một nền tảng sẽ được phát triển với sự trợ giúp của nó sẽ có thể thực hiện các chương trình nghiên cứu nghiêm túc nhằm mục đích nghiên cứu không gian sâu.
Việc phát triển nhà máy điện hạt nhân ở Nga có những lợi ích thiết thực sau đây. Thứ nhất, đây là sự mở rộng đáng kể khả năng của Nga và nhân loại nói chung. Tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân sẽ biến chuyến du hành của con người tới sao Hỏa và các hành tinh khác trở thành hiện thực.
Thứ hai, những con tàu như vậy sẽ tăng cường đáng kể hoạt động của con người trong không gian gần trái đất, tạo cơ hội thực sự để bắt đầu chiếm đóng Mặt trăng (đã có các dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân trên vệ tinh của Trái đất). “Việc sử dụng các nhà máy điện hạt nhân đang được xem xét cho các hệ thống không gian có người lái lớn, chứ không phải cho các tàu vũ trụ nhỏ có thể bay trên các loại lắp đặt khác sử dụng động cơ ion hoặc năng lượng gió mặt trời. Có thể sử dụng các hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân trên các tàu kéo quỹ đạo xuyên tâm có thể tái sử dụng. Ví dụ, để di chuyển các loại hàng hóa khác nhau giữa các quỹ đạo thấp và cao, thực hiện các chuyến bay đến các tiểu hành tinh. Giáo sư Oleg Gorshkov cũng có thể gửi một chuyến thám hiểm đến sao Hỏa hoặc tạo ra một tàu kéo mặt trăng có thể tái sử dụng. Những con tàu như vậy có thể thay đổi toàn bộ nền kinh tế khám phá không gian. Như các chuyên gia của RSC Energia lưu ý, một phương tiện phóng chạy bằng năng lượng hạt nhân sẽ có thể giảm hơn hai lần chi phí phóng một quả đạn lên quỹ đạo vòng quanh chính phủ so với các tên lửa được trang bị động cơ tên lửa đẩy chất lỏng.
Thứ ba, sự phát triển này là những công nghệ và vật liệu mới chắc chắn sẽ xuất hiện trong quá trình triển khai dự án. Chúng có thể được đưa vào các ngành khác của ngành công nghiệp Nga - cơ khí, luyện kim, v.v. Đây là một dự án đột phá mà nếu được thực hiện thành công có thể tạo động lực mới cho nền kinh tế Nga.
