Trong MAKS -2013, sự hợp tác của các công ty trong nước từ các cấu trúc của Roscosmos và Rosatom đã trình bày mô hình cập nhật của mô-đun năng lượng và vận tải (TEM) với đơn vị đẩy năng lượng hạt nhân không gian (NPP) hạng megawatt (NK số 10, 2013, trang 4). Dự án này đã được giới thiệu công khai cách đây đúng 4 năm, vào tháng 10 năm 2009 (Mã số thuế số 12 năm 2009, trang 40). Điều gì đã thay đổi trong thời gian này?
Biên niên sử của dự án
Xin nhắc lại rằng mục tiêu của dự án là tạo ra một cơ sở đẩy năng lượng và trên cơ sở đó, các phương tiện vũ trụ mới có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao để thực hiện các chương trình đầy tham vọng về nghiên cứu và khám phá không gian bên ngoài. Những phương tiện này giúp nó có thể thực hiện các chuyến thám hiểm vào không gian sâu, tăng hơn 20 lần hiệu quả kinh tế của các hoạt động vận chuyển vũ trụ và tăng hơn 10 lần năng lượng điện trên tàu vũ trụ.
Nhà máy điện hạt nhân dựa trên một lò phản ứng hạt nhân với bộ chuyển đổi tua-bin có tuổi thọ cao. Việc phát triển TEM được thực hiện theo lệnh của Tổng thống Nga ngày 22 tháng 6 năm 2010 số 419-rp. Việc tạo ra nó được dự kiến bởi chương trình nhà nước "Hoạt động vũ trụ của Nga giai đoạn 2013-2020" và chương trình hiện đại hóa nền kinh tế của Tổng thống. Công việc theo hợp đồng được tài trợ từ ngân sách liên bang trong khuôn khổ chương trình đặc biệt “Thực hiện các dự án của Ủy ban thuộc Tổng thống Liên bang Nga về hiện đại hóa và phát triển công nghệ của nền kinh tế Nga” *.
Hơn 17 tỷ rúp được phân bổ để thực hiện dự án tiên tiến này trong giai đoạn từ 2010 đến 2018. Việc phân bổ chính xác các quỹ như sau: 7,245 tỷ rúp được phân bổ cho tập đoàn nhà nước Rosatom để phát triển lò phản ứng, 3,955 tỷ rúp - cho Trung tâm Nghiên cứu MV Keldysh để tạo ra một nhà máy điện hạt nhân, và khoảng 5,8 tỷ rúp - cho RSC Energia để sản xuất TEM. Tổ chức chính chịu trách nhiệm phát triển lò phản ứng hạt nhân là Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Năng lượng (NIKIET), là một phần của hệ thống Rosatom. Sự hợp tác cũng bao gồm Viện Công nghệ Nghiên cứu Khoa học Podolsk, RRC "Viện Kurchatov", Viện Vật lý và Kỹ thuật Điện ở Obninsk, Viện Nghiên cứu Khoa học NPO "Luch", Viện Nghiên cứu Khoa học về Lò phản ứng Nguyên tử (NIIAR) và một số các doanh nghiệp và tổ chức khác. Trung tâm Keldysh, Phòng Thiết kế Kỹ thuật Hóa học và Phòng Thiết kế Tự động hóa Hóa học đã làm rất nhiều về mạch chất lỏng hoạt động. Viện Cơ điện được kết nối với sự phát triển của máy phát điện.
Lần đầu tiên, dự án triển khai các công nghệ tiên tiến mà ở nhiều khía cạnh không có công nghệ tương tự trên thế giới:
mạch chuyển đổi hiệu quả cao;
lò phản ứng neutron nhanh nhỏ gọn nhiệt độ cao với hệ thống làm mát khí, đảm bảo an toàn hạt nhân và bức xạ ở tất cả các giai đoạn vận hành;
các yếu tố nhiên liệu dựa trên nhiên liệu mật độ cao;
hệ thống đẩy hành trình dựa trên một khối động cơ tên lửa điện hiệu suất cao (EJE) mạnh mẽ;
tuabin nhiệt độ cao và bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn có tuổi thọ thiết kế 10 năm;
máy phát điện tốc độ cao-bộ chuyển đổi công suất lớn;
triển khai các cấu trúc có kích thước lớn trong không gian, v.v.
Trong sơ đồ đề xuất, một lò phản ứng hạt nhân tạo ra điện: chất làm mát khí, được dẫn động qua lõi, làm quay tuabin, làm quay một máy phát điện và một máy nén, tuần hoàn chất lỏng hoạt động trong một vòng kín. Chất từ lò phản ứng không đi ra ngoài môi trường, tức là đã loại trừ được sự nhiễm phóng xạ. Điện năng được tiêu thụ cho hoạt động của động cơ đẩy điện, tiết kiệm hơn 20 lần so với các chất tương tự hóa học về mức tiêu thụ chất lỏng làm việc. Khối lượng và kích thước của các phần tử cơ bản của nhà máy điện hạt nhân phải đảm bảo vị trí của chúng trong các đầu đạn không gian của các phương tiện phóng hiện có và tương lai của Nga "Proton" và "Angara".
Biên niên sử của dự án cho thấy sự phát triển nhanh chóng của nó trong thời hiện đại. Ngày 30 tháng 4 năm 2010, Phó Tổng Giám đốc Tổng Công ty Năng lượng Nguyên tử Nhà nước Rosatom, Giám đốc Tổng cục Tổ hợp Vũ khí Hạt nhân IM Kamenskikh đã phê duyệt các điều khoản tham chiếu cho việc phát triển một cơ sở lò phản ứng và TEM trong khuôn khổ dự án “Sáng tạo của một mô-đun vận tải và năng lượng dựa trên một nhà máy điện hạt nhân megawatt”. Tài liệu đã được Roskosmos đồng ý và chấp thuận. Vào ngày 22 tháng 6 năm 2010, Tổng thống Nga Dmitry A. Medvedev đã ký Lệnh xác định nhà thầu duy nhất cho dự án.
Vào ngày 9 tháng 2 năm 2011 tại Moscow, trên cơ sở Trung tâm Keldysh, một hội nghị truyền hình của các doanh nghiệp - các nhà phát triển TEM đã được tổ chức. Có sự tham dự của người đứng đầu Roscosmos A. N. Perminov, Chủ tịch kiêm Tổng thiết kế (RSC) Energia V. A. Lopota, Giám đốc Trung tâm Keldysh A. S. Koroteev, Giám đốc thiết kế NIKIET ** Yu G. Dragunov và Giám đốc điều hành Smetannikov, nhà thiết kế sức mạnh vũ trụ thực vật tại NIKIET. Đặc biệt chú ý đến sự cần thiết phải tạo ra một giá đỡ "Tài nguyên" để thử nghiệm việc lắp đặt lò phản ứng với bộ chuyển đổi năng lượng.
Vào ngày 25 tháng 4 năm 2011, Roscosmos đã công bố một cuộc đấu thầu mở để phát triển một nhà máy điện hạt nhân, một nền tảng đa chức năng trong quỹ đạo địa tĩnh và tàu vũ trụ liên hành tinh. Kết quả của cuộc thi (người chiến thắng là NIKIET vào ngày 25 tháng 5 cùng năm), một hợp đồng nhà nước đã được ký kết có hiệu lực đến năm 2015 trị giá 805 triệu rúp để tạo ra một mẫu lắp đặt băng ghế dự bị.
Hợp đồng quy định việc phát triển: một đề xuất kỹ thuật để tạo ra một mẫu băng ghế dự bị (với thiết bị mô phỏng nhiệt của lò phản ứng hạt nhân) của một nhà máy điện hạt nhân; thiết kế bản thảo của anh ấy; tài liệu thiết kế và công nghệ cho các nguyên mẫu của các bộ phận của một sản phẩm dự bị và các phần tử cơ bản của nhà máy điện hạt nhân; quy trình công nghệ, cũng như chuẩn bị sản xuất để chế tạo các nguyên mẫu của các bộ phận của sản phẩm bàn và các yếu tố cơ bản của việc lắp đặt; làm một mẫu băng ghế dự bị và tiến hành phát triển thử nghiệm của nó.
Thành phần của mô hình dự bị của nhà máy điện hạt nhân phải bao gồm các yếu tố cơ bản của một hệ thống lắp đặt tiêu chuẩn, được thiết kế để đảm bảo việc tạo ra các hệ thống lắp đặt có công suất khác nhau trên cơ sở nguyên tắc mô-đun. Mẫu để bàn phải tạo ra một công suất nhất định - nhiệt và điện, cũng như tạo ra các xung lực đẩy đặc trưng cho tất cả các giai đoạn hoạt động của nhà máy điện hạt nhân như một phần của tàu vũ trụ. Một lò phản ứng neutron nhanh làm mát bằng khí ở nhiệt độ cao có công suất nhiệt lên đến 4 MW đã được lựa chọn cho dự án.
Vào ngày 23 tháng 8 năm 2012, một cuộc họp của các đại diện của Rosatom và Roscosmos đã được tổ chức nhằm mục đích tổ chức công việc tạo ra một tổ hợp thử nghiệm cho các bài kiểm tra độ bền cần thiết để thực hiện dự án TEM. Nó diễn ra tại Viện Công nghệ Nghiên cứu Khoa học A. P. Aleksandrov ở Sosnovy Bor gần St. Petersburg, nơi nó được lên kế hoạch tạo ra một khu phức hợp cụ thể.
Thiết kế sơ bộ của TEM đã được hoàn thành vào tháng 3 năm nay. Các kết quả thu được cho thấy năm 2013 có thể chuyển sang giai đoạn thiết kế chi tiết và chế tạo thiết bị và mẫu cho các thử nghiệm tự động. Việc thử nghiệm và phát triển công nghệ chất làm mát đã bắt đầu vào năm nay tại lò phản ứng nghiên cứu MIR ở NIIAR (Dimitrovgrad), nơi một vòng lặp để kiểm tra chất làm mát heli-xenon ở nhiệt độ trên 1000 ° C đã được lắp đặt.
Một nguyên mẫu trên mặt đất của nhà máy lò phản ứng được lên kế hoạch tạo ra vào năm 2015, và đến năm 2018, một nhà máy lò phản ứng để hoàn thiện hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân sẽ được sản xuất và các cuộc thử nghiệm của nó bắt đầu ở Sosnovy Bor. TEM đầu tiên cho các thử nghiệm bay có thể xuất hiện vào năm 2020.
Cuộc họp tiếp theo về dự án được tổ chức vào ngày 10 tháng 9 năm 2013 tại tập đoàn nhà nước Rosatom. Người đứng đầu NIKIET Yu G. Dragunov đã trình bày thông tin về tình hình công việc và những vấn đề chính trong việc thực hiện chương trình. Ông nhấn mạnh, hiện các chuyên gia của Viện đã xây dựng hồ sơ thiết kế kỹ thuật nhà máy điện hạt nhân, xác định các giải pháp thiết kế chính và triển khai công việc theo đúng “lộ trình” của dự án. Sau cuộc họp, người đứng đầu tập đoàn Rosatom S. V. Kirienko đã hướng dẫn NIKIET chuẩn bị các đề xuất để tối ưu hóa bản đồ đường đi.
Một số chi tiết về thiết kế và đặc điểm thiết kế của nhà máy điện hạt nhân đã được tìm ra trong cuộc trò chuyện với đại diện của Trung tâm Keldysh tại triển lãm hàng không MAKS-2013. Đặc biệt, các nhà phát triển cho biết việc lắp đặt sẽ được thực hiện ngay lập tức một cách đầy đủ- phiên bản kích thước, mà không làm một nguyên mẫu giảm.
Nhà máy điện hạt nhân có đặc điểm cực kỳ cao (đối với loại của nó): với nhiệt điện của lò phản ứng là 4 MW, công suất điện trên máy phát là 1 MW, tức là hiệu suất đạt 25%, được coi là chỉ số rất tốt.
Bộ chuyển đổi tua-bin là bộ chuyển đổi hai mạch. Trong mạch đầu tiên, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng - bộ thu hồi nhiệt và bộ trao đổi nhiệt dạng ống-tủ lạnh. Phần sau tách mạch loại bỏ nhiệt chính (thứ nhất) và mạch hồi nhiệt thứ hai.
Về một trong những giải pháp thú vị nhất đang được phát triển trong khuôn khổ dự án (lựa chọn loại tủ lạnh-tản nhiệt của mạch thứ hai), câu trả lời đã được đưa ra rằng cả bộ trao đổi nhiệt nhỏ giọt và bảng điều khiển đều đang được xem xét, và cho đến nay sự lựa chọn đã không được thực hiện. Trên mô hình và áp phích đã được trình diễn, tùy chọn ưu tiên được trình bày với bộ tản nhiệt tủ lạnh nhỏ giọt. Song song đó, công việc đang được tiến hành trên bộ trao đổi nhiệt bảng điều khiển. Lưu ý rằng toàn bộ cấu trúc của TEM đều có thể biến đổi: khi khởi động, mô-đun nằm gọn bên dưới bộ chắn đầu LV và trên quỹ đạo, nó "dang rộng đôi cánh" - các thanh mở rộng, trải rộng lò phản ứng, động cơ và trọng tải trên một khoảng cách xa.
TEM sẽ sử dụng một loạt các EPE cải tiến cực kỳ mạnh mẽ - bốn "cánh hoa" của sáu động cơ chính có đường kính 500 mm, cộng với tám động cơ nhỏ hơn để kiểm soát cuộn và điều chỉnh hướng. Tại phòng trưng bày MAKS-2013, một động cơ đang hoạt động đã được thử nghiệm (cho đến nay ở lực đẩy một phần, với công suất điện lên đến 5 kW). EJE hoạt động trên xenon. Đây là chất lỏng làm việc tốt nhất, nhưng cũng đắt nhất. Các lựa chọn khác đã được xem xét: cụ thể là kim loại - liti và natri. Tuy nhiên, động cơ dựa trên phương tiện làm việc như vậy kém kinh tế hơn, và rất khó thực hiện các thử nghiệm trên mặt đất trên các EJE như vậy.
Tài nguyên ước tính của nhà máy điện hạt nhân, bao gồm trong dự án, là mười năm. Các bài kiểm tra tài nguyên được cho là sẽ được thực hiện trực tiếp trên quá trình lắp đặt hoàn chỉnh, và các đơn vị sẽ được vận hành tự chủ trên cơ sở dự bị của các doanh nghiệp hợp tác. Đặc biệt, bộ tăng áp được phát triển tại KBHM đã được sản xuất và đang được thử nghiệm trong buồng chân không tại Trung tâm Keldysh. Một mô phỏng nhiệt của một lò phản ứng công suất điện 1 MW cũng đã được thực hiện.
