Инновационный проект «Ускоритель-электрореактивный двигатель»

1. Инновационный проект«Ускоритель-электрореактивный двигатель»

2. «Ядерные разработки будут активно применяться ... для создания двигательной установки, способной обеспечить космические полёты даже на другие планеты». • из послания президента РФ Д.А.Медведева Федеральному собранию 12 ноября 2009 года

3. Зачем нужны электрореактивные двигатели (ЭРД) • Жидкостные двигатели – это вчерашний день. • «Создатели зонда Dawn из лаборатории реактивной тяги НАСА выбрали плазменный двигатель, поскольку для достижения пояса астероидов ему потребуется в 10 раз меньше рабочего вещества, чем двигателю на химическом топливе. Традиционный ракетный двигатель позволил бы зонду Dawn достичь либо Весты, либо Цереры, но не обеих». Другие примеры, ставшие возможным только благодаря использованию ЭРД: зонд НАСА Deep Space к комете, японский Hayabusa к астероиду, европейский аппарат SMART-1 к Луне. • «В обычных ракетах на химическом топливе скорость истечения продуктов сгорания невелика (3-4 км/с). Уже одно это обстоятельство ставит под сомнение возможность их применения для дальних полётов». (http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/plazma3.htm ) • -- Карел, на моем корабле жидкостные ракетные двигатели. Ты ведь знаешь, что это такое? • -- Дрянь, -- безжалостно сказал счетчик. • (С.Лукьяненко, «Звёзды – холодные игрушки»)

4. Преимущества и недостатки ЭРД по сравнению с ЖРД • «Сегодня самые передовые плазменные двигатели способны обеспечить DV до 100 км/с. Этого вполне достаточно для совершения полётов к внешним планетам за разумное время. Один из самых впечатляющих проектов в области исследования дальнего космоса предусматривает доставку на Землю образцов грунта с Титана – самого крупного спутника Сатурна, имеющего, по предположениям учёных, атмосферу, очень похожую на ту, которая окутывала Землю миллиарды лет назад. Образец с поверхности Титана предоставит учёным редкую возможность поиска признаков химических предшественников жизни. Ракетные двигатели на химическом топливе делают такую экспедицию неосуществимой. Использование гравитационных рогаток увеличило бы время полёта более чем на 3 года. А зонд с плазменным двигателем сможет совершить такое путешествие значительно быстрее». (журнал «В мире науки», №5 за 2009 год, http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/plazma3.htm)

5. Параметры электрореактивных двигателей Вывод: необходимы ядерные источники

6. Какой именно ядерный источник энергии нужен? • Для классических материалов ядерной энергетики и атомного оружия – урана и плутония – критическая масса исчисляется килограммами, а соответствующая энергия – мегатоннами в тротиловом эквиваленте. Не меньше. Это удобно, когда нужно создать устрашающую супербомбу типа «кузькина мать» или построить мощную экономически эффективную электростанцию. Но вот для создания тактического ядерного оружия или транспортной установки на ядерной энергии уран и плутоний будут слишком громоздкими и избыточными. Поставить ядерный реактор на подлодку ещё можно, а вот на самолёт, локомотив и тем более на автомобиль – уже проблематично. Никому не нужен автомобиль или даже самолёт или поезд, у которого будет мощность двигателя величиной с крупную электростанцию. А меньше нельзя по фундаментальным причинам. • Чем тяжелее элемент – тем меньше его критическая масса. У элемента калифорний, искусственно полученного в реакторах, критическая масса составляет уже несколько граммов. В фантастических произведениях описываются «калифорниевые пули», каждая из которых производит разрушительный эффект как у хорошей авиабомбы. Один боец с винтовкой с калифорниевыми пулями сможет остановить и обратить в бегство целую армию! Но на практике эта идея утопична. И даже не только потому, что каждая такая пуля будет стоить миллионы долларов (в конце концов, цена – это вопрос развития технологии, а для защиты Родины и миллионов не жалко). А в первую очередь потому, что каждую такую пулю пришлось бы хранить в свинцовом сейфе. И как только вы достанете пулю, чтобы зарядить ствол – как мгновенно получите смертельную дозу облучения. • А вот у сверхтяжёлых элементов (того же 298-го изотопа 114-го элемента) критическая масса будет составлять миллиграммы, а соответствующая энергия – килограммы тротилового эквивалента.

7. В чём проблема с синтезом сверхтяжёлых элементов? • 1) их получают в виде единичных атомов. Надо – в весовых количествах. Но не хватает интенсивности потока ускорителей • 2) с помощью применяемых ныне атомных реакций можно получить лишь лёгкие изотопы 114-го элемента. С атомной массой не больше 289. А нужно 298. Девяти нейтронов не хватает. • Вариант решения проблемы - реакция U+U (то есть бомбардировать урановую мишень разогнанными ионами урана). Проблема – не хватает мощности ускорителей. • Задачи: • 1) создание ускорителя с более высокой интенсивностью потока и мощностью ускоряемых частиц с целью синтеза сверхтяжёлых элементов • 2) использование энергии сверхтяжёлых элементов для создания электрореактивного двигателя с наибольшей силой тяги • Содержание инновационного предложения – объединить ускоритель и двигатель в одном устройстве.Вариант такого устройства разрабатывался автором в ходе дипломной работы в МГУ (1998-2000 гг)

8. Устройство может работать в прямом направлении как ускоритель, в обратном направлении как двигатель

9. Что делается На разработку всего проекта потребуется 17 миллиардов рублей на девять лет. Из этих средств 7,245 миллиарда рублей выделено Росатому на создание реакторной установки (этим будет заниматься НИКИЭТ). Центр имени Келдыша будет создавать ядерную энергодвигательную установку, на что планируется потратить 3,955 миллиарда рублей, а РКК «Энергия» - сам транспортно-энергетический модуль, на что выделено 5,8 миллиарда рублей.

10. Работы НИКИЭТ в 2011 году

11. Работы НИКИЭТ в 2012 году • Из интервью гендиректора НКИИЭТ Ю.Г.Драгунова: • - Институт создает уникальный ядерный двигатель для нового российского космического корабля. На каком этапе сейчас этот проект? • - Создание этой установки - это комплексная работа ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», ОАО РКК «Энергия», КБХМ им. А.М. Исаева и предприятий Госкорпорации «Росатом». Поскольку мы – организация конструкторская, мы имеем определенные ступени, этапы и мы их шаг за шагом проходим. В прошлом году завершили разработку эскизного проекта реакторной установки, в этом году выполняем технический проект реакторной установки. Требуется огромный объем испытаний, особенно топлива, в том числе исследования поведения топлива и конструкционных материалов в реакторных условиях. Работа по техническому проекту будет достаточно длинной, примерно около 3-х лет, но первую стадию технического проекта, основную документацию мы в этом году подготовим. Мы сегодня определили и приняли техническое решение по выбору варианта конструкции тепловыделяющего элемента и окончательное техническое решение по выбору варианта конструкции реактора. И буквально пару недель назад приняли техническое решение по выбору варианта конструкции активной зоны и по ее компоновке. • - Топливо в космической реакторной установке какое будет? • - Принципиально на этой стадии технического проекта приняли вариант диоксидного топлива. Того топлива, которое имеет опыт эксплуатации в установках с термоэмиссией. Мы сделали тепловыделяющий элемент секционным, чтобы обеспечить те условия, которые уже проверены в действующих реакторах. Да, это новизна, да, это инновационный проект, но по ключевым элементам он должен быть отработан и должен успеть в те сроки, которые поставлены президентским проектом. • - Вы рассматриваете вариант перегрузки топлива в установке? • - Нет, вариант перегрузки мы на сегодня не рассматриваем. Это может быть многоразовое использование, но мы рассчитываем на 10 лет эксплуатации. Роскосмос обсуждает увеличение мощности установки, но это, в общем-то, не будет проблемой, если мы этот проект сделаем, реализуем и самое главное – испытаем на стенде наземный прототип. После этого мы его легко переработаем на большую мощность. • источник - http://www.atomic-energy.ru/interviews/2012/08/29/35615

12. Работы Центра Келдыша в 2012 году • Из интервью А.С.Коротеева, гендиректора Центра им. Келдыша: • - Давайте для начала уточним, кто и за что конкретно отвечает в этом амбициозном проекте? • - Анатолий Коротеев: Головная организация, отвечающая за разработку собственно ядерного реактора, - Научно-исследовательский и конструкторский институт энергетических технологий (НИКИЭТ), входящий в систему "Росатома". "Центр Келдыша", которым я руковожу, назначен головным по ядерной энергодвигательной установке. А за транспортный модуль отвечает Ракетно-космическая корпорация "Энергия". • - Как я понимаю, это три "коренника". А кого еще привлекли или собираетесь привлечь? • - Анатолий Коротеев: В основе - кооперация предприятий "Росатома", которые должны делать реактор, и Роскосмоса, где изготовят турбокомпрессоры, генераторы и сами двигатели. Надо иметь в виду, что мы ведь не в чистом поле начали этот проект. В нем использован задел, созданный в предыдущие годы. • Например, по реактору в кооперации в НИКИЭТ состоят и предлагают свои наработки Подольский научно-исследовательский технологический институт, Курчатовский центр, Обнинский физико-энергетический институт. По замкнутому контуру многое сделали "Центр Келдыша", КБ химического машиностроения и воронежское КБ химической автоматики. По генератору подключаем Институт электромеханики. • - Вы возглавляете межведомственную рабочую группу. Как часто и для каких целей она собирается? • - Анатолий Коротеев: Собираемся по мере необходимости, один-два раза в месяц, бывает и чаще. Возникающие друг к другу вопросы стараемся не накапливать. • В июле на рабочей группе обсуждали плюсы и минусы различных вариантов конструкции холодильников-излучателей для отвода тепла от реакторной установки в условиях невесомости и безвоздушного пространства. В августе совещание состоялось в Сосновом Бору под Петербургом, где решено проводить натурные испытания такого реактора • Источник - http://www.atomic-energy.ru/smi/2012/10/18/36726

13. Работы ГНЦ «Физико-энергетический институт» (г. Обнинск Калужской обл.), начало 2013 года • В ГНЦ РФ-ФЭИ по проекту «Создание транспортно-энергетического модуля на основе энергодвигательной установки мегаваттного класса» подготовлены материалы в технические проекты летного и наземного вариантов реакторной установки по оптимальной системе радиационной защиты и радиационной обстановке. Проведены расчетные исследования в обоснование радиационной безопасности, дополнительной радиационной и биологической защиты при подготовке к проведению ресурсных испытаний опытного образца энергетического блока. • Нашим институтом были разработаны и изготовлены для реакторных испытаний первые полномасштабные твэлы с монокристаллическими оболочками и оксидным топливом для космической энергодвигательной установки мегаваттного класса. Проведены успешные реакторные испытания в ИВВ-2М пяти твэлов с монокристаллическими оболочками и оксидным топливом для космической энергодвигательной установки мегаваттного класса. • источник - http://www.atomic-energy.ru/statements/2013/02/13/39766

14. Работы Института реакторных материалов (ИРМ) (г. Заречный, Свердловская область) • «За стеклом толщиной в метр — 2 килограмма ядерного топлива — уровень радиации смертелен для человека. С помощью манипулятора оператор «горячей» камеры проводит ювелирную работу: как консервы, вскрывает контейнеры с горючим. Затем частицы урана измельчают и отправляют на исследования. Ядерное топливо в секретный институт в Заречном привозят со всей страны. Здесь атомам устраивают забег по 20 установкам. Ученые изучают структуру урана и предел его прочности. От этих тестов — без преувеличения — зависит будущее мировой энергетики. • Еще один грандиозный проект института — космический ускоритель. Словно большая пружина, он будет отправлять спутники и научные аппараты на дальние орбиты. На ядерном тягаче до Марса или Венеры можно будет добраться в десятки раз быстрее. И это не фантастика. Первая опытная модель космического аппарата должна быть готова к запуску уже через пять лет». • источник - http://www.atomic-energy.ru/news/2013/04/01/40836

15. Ход работ по состоянию на апрель 2013 г. • Проект создания ядерной энергетической установки мегаваттного класса для космического использования реализуется в соответствии с графиком. Об этом сообщил 15 апреля генеральный директор Госкорпорации «Росатом» Сергей Кириенко на пресс-конференции в Москве, посвященной 70-летию Курчатовского института. • «Мы полностью идем в графике», - сказал глава «Росатома». По его словам, в настоящее время ведутся работы, связанные с «архитектурой ядерной энергетической установки». «Хорошо идет работа по топливу для этого реактора», - добавил С. Кириенко. • Он также напомнил, что в настоящее время перегрузку ядерного топлива необходимо проводить раз в полтора-два года. • «Мы вполне решаем задачу делать перегрузку раз в четыре-пять лет, а дойти должны будем дойти до перегрузки раз в 25 лет», — уточнил Кириенко. • источник - http://www.atomic-energy.ru/news/2013/04/16/41124

16. Создание реакторной установки обещают к 2014 году • Реактор для будущей космической ядерной энергодвигательной установки будет готов к концу 2014 года, а вся установка будет готова к полету в 2018 году, сообщил РИА Новости академик Анатолий Коротеев, директор Центра имени Келдыша, где создается установка. • "Мы должны подготовить первый образец к летно-конструкторским испытаниям в 2018 году. Полетит ли она или нет, это другое дело, там может быть очередь, но она должна быть готова к полету", - сказал Коротеев, добавив, что реактор для установки будет готов к ресурсным испытаниям до конца 2014 года. • источник - http://www.atomic-energy.ru/news/2013/01/30/38564

19. Создание ядерного ракетного двигателя обещают к 2017 году • Опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для корабля, предназначенного для дальних космических полетов, будет готова через пять лет, считает глава Роскосмоса Владимир Поповкин. • Ранее предшественник Поповкина Анатолий Перминов сообщал, что создание двигательной установки планируется осуществить до 2019 года, а создание нового космического корабля - не ранее 2025 года. • «Думаю, что на опытный образец мы выйдем в 2017 году, и там уже надо будет принимать решение, то ли делать летную машину, то ли не делать. Но пока надо сделать опытный образец и отработать его на земле», - сказал Поповкин журналистам. • Источник - http://www.atomic-energy.ru/news/2012/07/18/34882