В России успешно испытали ключевой элемент космического ядерного двигателя
03:0529.10.2018

МОСКВА, 29 окт — РИА Новости. Наиболее важный элемент создаваемой в России космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, ее система охлаждения, успешно прошла наземные испытания, следует из материалов, размещенных в открытом доступе на сайте госзакупок.

"Работы выполнены в полном объеме. Результаты соответствуют требованиям технического задания", — говорится в акте приемки работ.

Как следует из материалов, испытания выявили закономерности функционирования элементов и узлов перспективных систем отвода тепла ЯЭДУ мегаваттного класса в наземных условиях, максимально приближенным к условиям космического пространства. Заказчик работ – госкорпорация "Роскосмос", головной исполнитель — Государственный научный центр "Исследовательский центр имени Келдыша".

Ключевая проблема

Ядерные энергодвигательные установки, которые могут обеспечить полеты в космосе на дальние расстояния, сильно нагреваются, поэтому им требуется эффективная система охлаждения. При этом тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, и только в виде излучения. Традиционным способом решения этой задачи стали выносимые во внешнюю часть корабля панельные радиаторы, по трубам которых циркулирует жидкость-теплоноситель, "сбрасывающая" лишнее тепло в космос. Но такие радиаторы, как правило, имеют большой вес и размеры. Кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.

Специалисты из ряда предприятий Роскосмоса и вузов разработали новое решение в виде так называемого капельного холодильника-излучателя. Это установка, похожая на душ, в которой жидкость не циркулирует в трубах, а распыляется в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, а затем улавливается заборным устройством и проходит цикл заново. Благодаря этому жидкость охлаждается гораздо быстрее (из-за большей площади поверхности капель), а конструкция становится значительно легче, вдобавок повышается ее живучесть — метеорит, пролетевший через жидкость, никак не повредит системе охлаждения.

Полученные результаты

Как отмечается в акте приемки, "изготовлены и испытаны экспериментальные образцы генератора капель и элементов заборного устройства… выполнена программа экспериментальных исследований модели капельного холодильника-излучателя".

В России с 2010 года реализуется не имеющий аналогов проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Цель проекта — обеспечить лидирующие позиции России в разработке высокоэффективных энергетических комплексов космического назначения, качественно повышающих их функциональные возможности.

Технические решения, заложенные в концепцию транспортно-энергетического модуля, позволят решать широкий спектр космических задач, включая программы исследования Луны и исследовательские миссии к дальним планетам, создание на них автоматических баз.

Российская ЯЭДУ мегаваттного класса - космос будет нашим!

В продолжение темы о советских космических ядерных энергетических установках (ЯЭУ) , стоит рассказать о ядерной энергодвигательной установке (ЯЭДУ) мегаваттного класса, создаваемой для реализации проекта транспортно-энергетического модуля (ТЭМ). Тем более, что совсем недавно (29 октября 2018 года) российские СМИ сообщили об успешном завершении наземных испытаний системы охлаждения ЯЭДУ, а это самый «трудный» и «проблемный» узел установки: тепло реактора нужно выводить, и только в виде излучения, и прямо в открыты
Основой ЯЭДУ является реактор на быстрых нейтронах с газовым охлаждением. По предъявляемым характеристикам, реактор — высокотемпературный, и должен выдерживать разогрев до 1200 градусов Цельсия. Теплоноситель — смесь гелия (78%) и ксенона (22%), топливом служит уран. Тепловая мощность реактора – четыре мегаватта, а электрическая – мегаватт (т.е., КПД двадцать пять процентов — для такого типа установок, это высокий показатель).

Система преобразователя — турбомашинная. Преобразователь, используемый в ЯЭДУ имеет два контура. Первый представляет собой пластинчатое устройство — рекуператор плюс трубчатый «холодильник», который нужен для разделения контуров теплосъема и теплосброса. Для реализации излучателя второго контура разрабатывались две основных концепции — выбор панельного или капельного типа излучателя.
Выбор был сделан в пользу капельного излучателя. Этому выбору способствовал ряд преимуществ технологии — скорость теплообмена, меньший процент выхода из строя в случае повреждения установки, вес устройства.  Упрощенно, схема работы такого излучателя напоминает «душ»: капли нагретой жидкости распыляются в пространство, отдавая тепло, и потом собираются специальным устройством обратно... и процесс повторяется.  В«открытый космос» жидкость не попадает, так что говорить о радиоактивном заражении не приходится.

Применение ЯЭДУ мегаваттного класса позволит в десять раз увеличить электрическую мощность на любых космических аппаратах. А это, в свою очередь, дает возможность использовать ракетные двигатели повышенной мощности — ионные двигатели. Для ТЭМа такие двигатели (с названием ИД-500) разрабатывали специально в государственном научном центре им. Келдыша. Характеристики испытанного в 2014 году двигателя: мощность тридцать — трицать пять кВт, тяга до семисот пятидесяти мН, удельный импульс семьдесят тысяч с, КПД 0,75. Работает двигатель на ксеноне.

На ТЭМе планируется использование ряда таких двигателей — двадцать четыре маршевых разместятся на четырех раскрытых «лепестках», за курсовую корректировку отвечать будут еще восемь ЭРД. При реализации проекта ЯЭДУ отпадает необходимость в разгонных блоках, необходимых для маневрирования в космосе: ЯЭДУ обеспечит необходимой энергией ионные двигатели ТЭМа.

Реализация же всех решений, изначально намеченных в концепции транспортно-энергетического модуля, позволят развивать программы исследования Луны, других планет, постройки на них автономных и автоматических баз... А сердцем всего является ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса, разработка и испытания которой ведутся у нас, в России. И аналогов в мире пока нет.