Razvoj nuklearnih kosmičkih reaktora i
elektroraketnih motora na nuklearni pogon

brodovi

Brodovi na nuklearni pogon su budućnost. Jedan gram nuklearnog goriva daje oko 1 megavata (MW) termičke energije dnevno.

Istraživanja električnih raketnih motora zasnovanih na napajanju atomskom energijom započeta su uz podršku Sergeja Koroljeva 1958. godine u „12. odelenju“ (M.V. Melјnikov[1]) konstruktorskog biroa ОКБ-1 (danas РКК „Энергия“), zajedno sa raznovrsnim naučnoistraživačkim i konstruktorskim projektima međuplanetnih kosmičkih brodova sa ljudskom posadom. Ove studije su dobile dodatni podsticaj 1960. godine, nakon uključivanja u sastav ОКБ-1 specijalnog odelenja ЦНИИ-58 sa 5.000 zaposlenih (glavni konstruktor V.G. Grabin), koje se u to vreme bavilo zemaljskom atomskom energetikom. Njihov tim stručnjaka je već stekao iskustva u projektovanju, proizvodnji i puštanju u rad prvih sovjetskih nuklearnih reaktora koji su koristili običnu (laku) vodu kao moderator УФФА МСУ[2]. Ovi reaktori su bili instalirani širom zemlje (u gradovima Taškent, Riga, Kijev, Alma-Ata) i inostranstva (Mađarska, Rumunija, Istočna Nemačka, Čekoslovačka, Egipat). Isti tim je razvio i prve eksperimentalne reaktore sa brzim neutronima hlađenim tečnim metalima („CP-1“ i „CP-3“), koji su bili instalirani na Fizičko-energetskom institutu (ФЭИ, pod naučnim rukovodstvom A.I. Lejpuskog) iz Obninska (Kalužskaja oblast).

U početku, osnovni cilj razvoja je bio da se utvrdi pravac rada i naučno-tehničkih osnova za konstruktorski razvoj nuklearnih elektroraketnih motora kao osnovnog tipa pokretača za međuplanetne letove i nuklearnih reaktora zatvorenog tipa kao snažnog i dugotrajnog izvora energije velikog energetskog kapaciteta za nuklearne elektroraketne motore (ЭРДУ, электроракетная двигательная установка[3]) i odgovarajuće naučne opreme, obezbeđujući time rešavanje naučnih, ekonomskih i odbrambenih zadataka zemlje u kosmosu.

Da bi odabrao pravu šemu i parametre kosmičkog nuklearnog reaktora (ЯЭУ, ядерный энергетическая установка) velike snage, ОКБ-1 je zajedno sa ФЭИ isprobavao različite načine konvertovanja toplotne enegrije nuklearnog reaktora u električnu (parne turbine, gasne turbine, magnetnohidrodinamičko i direktno pretvaranje u termoemisionom reaktoru-konvertoru[4]). Rezultati su pokazali da najviše obećava nuklearni reaktor sa ТРП, jer su toplovodne i električne šeme bile jednostavne, bez pokretnih delova, sa višom (u poređenju sa drugim reaktorima) maksimalnom temperaturom ciklusa konvertovanja i odvodne otpadne toplote, a time i kompaktnijim hladnjakom. Na taj način, kao izvor električne energije za buduće jonske motore za kosmičke letilice bio je predložen nuklearni reaktor sa konvertorom ТРП.

Početkom šezdesetih godina, izvođena su projektno-balistička ispitivanja, koja su zbog svoje visoke ekonomičnosti u potpunosti dokazala perspektivnost razvoja nuklearnih elektroraketnih motora (ЯЭРД) za međuplanetne letove. Uskoro su bili pripremljeni predlozi za započinjanje opsežnih naučnoistraživačkih i projektno-konstruktorskih radova na nuklearnim reaktorima i plazmenim motorima na nuklearni pogon. Ovi radovi su se još više zahuktali posle važne državne uredbe od 23. juna 1960. godine. U desetinama naučnih instituta, konstruktorskih biroa, visokoškolskih ustanova i drugih organizacija, uz obilatu pomoć stručnjaka iz Koroljevljevih biroa ОКБ-1, započeta su teorijska, eksperimentalna, materijalna, probna (uključujući i reaktorska) istraživanja sa ciljem da se dobiju nove visokotemperaturne konstrukcije, elektrodski i drugi materijali, eksperimentalni objekti i obimna reaktorska baza podataka.

Prva (istraživačka) faza razvoja jonskih motora na nuklearni pogon završena je 1962. godine, istovremeno sa okončanjem idejnog projekta za tešku raketu-nosača „H-1“ (11A52) i njoj priključenih višenamenskih baza-stanica[5], uz koje su bili i „materijali za nuklearne jonske motore (ЯЭРД) za teške međuplanetne brodove“. Tokom 1965. godine, u „Odelenju 12“ (načelnik odelenja I.I. Rajkov) biroa ОКБ-1, zajedno sa ФЭИ (podmoskovski Fizičko-energetski institut), napravljen je idejni projekat jonskog (plazmenog) motora na nuklearni pogon ЯЭРД-2200 za međuplanetni brod sa ljudskom posadom. Motor „ЯЭРД-2200“ je imao konstrukciju koja se sastojala iz dva bloka (dve nezavisne jedinice sa reaktorom i električnim motorom, korisne električne snage od po 2.200 kW svaki) ukupnog potiska 83 N (8 kg). U ovom projektu su prvi put bila postavljena sledeća principijelno nova tehnička rešenja za primenu:

  • Termoemisionog reaktora-konvertora (ТРП) sa brzim neutronima,
  • Slabo aktivnog izotopa litijum-7 u svojstvu jedinog radnog tela u reaktoru i motoru;
  • Fisije visoke temperature, konstruktivnih, magnetnih i elektroizolacionih materijala;
  • Elektroplazmenog motora velike snage sa specifičnim impulsom od 5.500 kg s/kg, efikasnosti 55%.

Razvoj ovog projekta mogao je da demonstrira mogućnost izgradnje principijelno novog motora sa visokim specifičnim karakteristikama.

Višenamenska kosmička baza-stanica (МБКС)

mkbc

1 – specmodul; 2 – transportni brod „Союз 7K-C (11Ф732)“; 3 – modul za pristajanje; 4 – modul sa naučnom i spec. opremom; 5 – istraživački modul; 6 – servisni modul; 7 – modul sa veštačkom gravitacijom; 8 – agregatni modul; 9 – prolazna komora pod pritiskom; 10 – laboratorijski modul; 11 – spojni čvor; 12 – nuklearni reaktor; 13 – plazmeni električni motori; 14 – modul za rad i život.

Osnovne karakteristike МКБС: težina na radnoj orbiti zajedno sa transportnim brodom i specmodulom – 220-250 t; težina modulâ, lansiranih teškom raketom „H-1“ – 80 t i 88 t; težina naučne i specijalne aparature – 15-20 t; visina radne orbite – 400-450 km; nagib orbite – 97,5° i 51,5°; vreme eksploatacije – do 10 god.; posada – 6-10 (na kraće vreme); posete posadi – 2 puta/god.; osnovno napajanje – nuklearna enegrija; pomoćno – solarne baterije (140 m2 – 14 kW); snaga reaktora – 50-200 kW; poluprečnik okretanja modula – 20-30 m; brzina okretanja – 0,5 stepeni/sec; teža – 0,6-0,8 g; zapremina modula – 25-30 m3; broj modula – 2.

Motori: potisak motora za korekciju orbite i parkiranje – 300-1.000 kg; potisak motora za orijentaciju – 10-40 kg; jonski motori za finu orijentaciju i održavanje visine – 100-300 grama; broj motornih klastera agregata – 8.

Gabarit: dužina – 100 m; max. prečnik – 6 m.

Projekat je otkazan 1974. zajedno sa raketom „H-1“, ali su tehnička rešenja iskorišćena za buduće orbitne stanice „Салют“ i „Мир“.

U cilju proširenja obima radova na nuklearnim reaktorima i plazmenim motorima na nuklearni pogon, 1975. je organizovan specijalizovani „Kompleks 7“ (rukovodilac kompleksa M.V. Meljnikov), koji je 1984. pretvoren u „Ogranak 07“ (načelnik ogranka P.I. Bistrov, a od 1993. J.A. Bakanov). Prilikom određivanja strukture i sastava ogranka, sproveden je princip funkcionalne orijentacije svakog podogranka i potreba koordinacije svih radova na kosmičkom reaktoru i na njemu zasnovanih jonskih motora.

Ideja termoemisionog konvertovanja energije nije mogla da bude sprovedena bez stvaranja nove klase vatrostalnih materijala otpornih na visoke temperature, novih hladnjaka i, odatle, novih tehnologija. Za njihov razvoj i proizvodnju bili su potrebni principijelno potpuno nova proizvodno-tehnološka baza, potpomognuta novim materijalima i opsežnim testiranjima, organizacija na nacionalnom nivou proizvodnje polufabrikata od vatrostalnih materijala (niobijuma, molibdena, volframa, vanadijuma, i sl.), elektroizolacionih i magnetnih materijala, itd.

U periodu od 1965-1982, osnovana su preduzeća za testiranja mehaničkih osobina vatrostalnih materijala na visokim temperaturama u vakuumu i u okruženju alkalnih metala, a u odgovarajućim organizacijama – i u zračenju nuklearnih reaktora. Na osnovu toga, razvijena je tehnologija dobijanja niobijum-litijuma i niobijum-natrijuma i dovršeni osnovni agregati reaktora i plazmenih motora, kao i prototipovi budućeg kosmičkog reaktora. Tokom 1967-1972, u Koroljevljevim biroima u Kujbiševu stvoreni su brojni objekti za proizvodnju i testiranje, u čijem sastavu su se pojavili visokovakuumski uređaji (ЭУ-305) za složena ispitivanja litijum-niobijumskih delova na temperaturama do 1.300 K; zatim, kompleks eksperimentalnih ustanova za dobijanje tehnologije i opreme za ispitivanje toplotnih cevi za temperature do 1.700 K; za visokotemperaturna ispitivanja instrumenata, elektromagnetnih pumpi i drugih uređaja. U tim objektima je bio ispitan 21 agregat za reaktor i više od 200 cevi prečnika od 12 do 48 mm i dužine 8 metara pri radnoj temperaturi od 1.200 K. U sastavu objekata za testiranje elektro-nuklearnih motora, ispitani su motori snage do 500 kW koji su kao radno telo koristili litijum, i motori manje snage – do 25 kW – ali na bazi ksenona.

eu305

Visokovakuumski uređaj („stend“) ЭУ-305 za ispitivanje litijum-niobijumskih sistema hlađenja kosmičkog nuklearnog reaktora.

Među objektima i opremom koju je napravilo i koristilo preduzeće РКК „Энергия, treba napomenuti i rektore za ispitivanje direktnog pretvaranja toplotne energije fisije u električnu energiju termoemisionih elektrogenerišućih kanala (ЭГК; to su osnovni funkcionalni agregati termoemisionih reaktora-pretvarača) i ispitivanja neutronsko-fizičkih karakteristika nuklearnih reaktora.

Za razvoj ТРП-a sa brzim neutronima u periodu od 1965. do 1968, Koroljevljevo preduzeće je zajedno sa ФЭИ isprojektovalo i izgradilo, a 1970. uvelo u rad tzv. kritični stend[6] ФС-1 – reaktor nulte snage, koji je omogućavao široko variranje strukture, geometrije, sastava i konfiguracije svih glavnih komponenti nuklearno-fizičkih modela ТРП-a. Osnovni elementi reaktora bili su napravljeni od običnih konstrukcionih materijala (oksida uranijuma, niobijuma, volframa, berilijuma, oksida evropijuma i sl.), a obim aktivne zone mogao je doseći 200 KS uz kritično opterećenje od 300 kg uranijuma. Na tom stendu je testirano osam modela nuklearnih reaktora proizvedenih u РКК „Энергия“ a korišćenih za napajanje ksenonskog raketnog motora 11Б97 različitih modifikacija.

11b97

Reaktor nulte snage za raketni motor 11Б97 u pravoj veličini.

Za izgradnju termoemisionih elektrogenerišućih kanala (ЭГК) ТРП-a velike snage isprojektovane su i opremljene opremom za testiranje i rad dve reaktorske baze: na rektoru BBP-M[7] (u Kijevu) i na reaktoru BBP-K (u Alma-Ati). Prva baza je puštena u rad 1964. godine, a druga 1970. Ukupno je testirano više od 60 kanala.

Na taj način, konačno su postignuti svi uslovi za dizajniranje nuklearnih reaktora i jonskih motora i njihovih elemenata, kreiranje matematičkih modela, algoritama i programa za proračune procesa u agregatima i sistemima reaktora i jonskih motora.

U periodu od 1966. do 1970. godine razvijan je idejni projekat nuklearnog energoenergetskog i raketno-kosmičkog stepena sa nuklearnim reaktorom i jonskim pogonom za Marsov ekspedicioni kompleks[8] (rus. Mарсианский экспедиционный комплекс, MЭK), koji je trebalo da bude lansiran uz pomoć noseća raketa „H-1M“[9].

Planirano je da se reaktor i motori postave u jednodelnom („ЯЭ-1“ i „ЯЭ-1М“) i trodelnom („ЯЭ-2“ i „ЯЭ-3“) aranžmanu. U jednom bloku „ЯЭ-1“ bilo je planirano da se dobije električna snaga od 2.500-3.200 kW u toku 4.000-8.000 sati (od 6 meseci do godinu dana), a u bloku „ЯЭ-1М“ snaga do 5.000 kW. Ukupna snaga jonskog pogona trebalo je da bude 6,2 odn. 9,5 kg uz specifični impuls od 5.000 odn. 8.000 kg·m/s/kg. U trodelnom bloku (sa tri ТРП) električna snaga je iznosila 3 х 3.200 odn. 3 х 5.000 kW.

Materijali projekta, koji su se odnosili na plazmene motore na nuklearni pogon, bili su pregledani i odobreni od komisije kojom su predsedavali akademici A.P. Aleksandrov i B.N. Petrov. Tehnička rešenja, zasnovana na projektima „ЯЭ-2“ i „ЯЭ-3“, otišla su na usavršavanje u НПО „Энергия“ i njene srodne eksperimentne centre.

Kasnije, u saglasnosti sa Odredbama od 8. juna 1971. i 15. juna 1976. godine, intenzivirani su radovi na energopogonskom bloku sa termoemisionim nuklearnim reaktorom, koji je dobio indeksnu oznaku 11Б97[10]. Naglasak je bio stavljen na transportabilnost, tehničku izvodljivost i prilagodljivost, eksperimantalnu razradu osnovnih agregata i jedinica, ali i na principijelno pitanje praktične upotrebe energopogonskih blokova u Zemljinoj orbiti radi obavljanja različitih odbrambenih, civilnih i naučnih zadataka. Osnovni rezultat tih istraživanja bio je uređaj za korigovanje električne snage termoemisionog reaktora (ЯЭУ) snage 500-600 kW, i studija izvodljivosti plazmeno-jonskih elektroraketnih motora tipa stacionarnog plazmenog motora (СПД) i motora sa anodnim slojem (ДАС).

1978. godine započeto je projektovanje nuklearnog interorbitnog tegljača, koji je trebalo da bude lansiran u sastavu već zahuktalog višekratnog kosmičkog sistema „Энергия-Буран“. Zanimljivo je da su rezultati projektnih ispitivanja ušli u sastav tehničkog projekta orbitnog šatla „Буран“.

reaktor

Kosmički nuklearni reaktor (ЯЭУ).

1 – elektrotehnički otsek; 2 – ram; 3 – kablovi; 4 – pogoni kontrolnih šipki; 5 kabl visokog napona; 6 – dvodelni hladnjak; 7 – kompenzator kapaciteta; 8 – cevovod za hlađenje tečnim metalom; 9 – blok elektromagnetnih pumpi; 10 – blok pretvarača struje; 11 – dvostruki sistem zaštite od zračenja; 12 – začtita od zračenja; 13 – termoemisioni reaktor-pretvarač;

Osnovne karakteristike: električna snaga – 100-550 kW; max. temp. sistema hlađenja – 920° C; nosač toplote – litijum-7; materijal – niobijumska legura NbCU; rok trajanja – 3-5 godina; težina – 10-14 t.

 

herkules

Nuklearni plazmeni motori (ЭРДУ) u sastavu kosmičkog tegljača „Herkules.

1 – nuklearni reaktor (dužina: 19 m); 2 – dopunska zaštita od zračenja; 3 – modul za spajanje; 4 – rezervoar sa radnim telom (ksenon pod pritiskom); 5 – noseća rešetka ; 6 – blok elektroraketnih motora (raspon: oko 30 m).

Osnovne karakteristike plazmenih motora (ЭРДУ): snaga reaktora – 550 kW; potisak – 2,5-18 kg; specifični impuls – 3.000-4.000 kg·m/s/kg; resurs – 3-5 godina; težina bez goriva – 41 t.

Osnovne karakteristike tegljača: korisna el. snaga reaktora – 550 kW; ukupan potisak plazmenih motora – 2,6 kg; spec. impuls – 3.000 kg·m/s/kg; resurs – 16.000 sati; Težina praznog tegljača – 15.700 kg; radno telo plazmenih motora – ksenon.

Na osnovu rezolucije od 5. februara 1981. godine, najveća kosmička korporacija u zemlji НПО „Энергия“ je za Ministarstvo odbrane SSSR-a napravila tehnički predlog nuklearnog interorbitnog tegljača nazvanog „Herkules“ (rus. „Геркулес“), korisne električne snage od 550 kW, koga bi na LEO orbitu visine 200 km odneo ili ruski šatl „Буран“ ili raketa-nosač tipa „Протон“. Tegljač je trebalo da predstavlja univerzalno elektrotransportno sredstvo za obavljanje predviđenih špijunskih i odbrambenih zadataka u orbiti oko Zemlje.

Razmatrana je i sledeća varijanta tog sistema: postavka kosmičkog broda na radnu orbitu sa snagom od 550 kW i rad u režimu smanjene snage na nivou od 50-150 kW u trajanju od 3-5 godina.

1986. godine bio je razrađen tehnički predlog za upotrebu kosmičkog tegljača sa nuklearnim elektroraketnim motorima za rešavanje konkretnih kosmičkih zadataka – premeštanje korisnog tereta do 100 tona sa niske orbite oko Zemlje (LEO) na geostacionarnu orbitu. Teret je na LEO trebalo da ponese teška raketa „Энергия“.

Tokom devedesetih godina, radovi na reaktorima i plazmenim motorima na nuklearni pogon odvijali su se u okvirima naučno-istraživačkih radova Марс-ЯЭДБ[11] (naručilac – Ruska kosmička agencija) i Звезда-паритет (naručilac – Ministarstvo za nuklearnu energiju Ruske federacije) sa ciljem utvrđivanja neposrednih zadataka u razvoju sistema, povećanja dužine funkcionisanja, kraćivanje rokova i vremena proizvodnje, itd.

Promene koncepta razvoja sredstava kosmičke tehnike za period do 2005. godine, koji su se svodile na smanjivanje gabarita a s time i snage budućih kosmičkih aparata, zahtevale su prilagođavanje osnovnih karakteristika i parametara reaktora i nuklearnih jonskih motora. Početkom devedesetih odabran je novi tip nuklearnih reaktora, i shodno tome, i novi elektroraketni motori snage 150 kW u transportnom režimu i do 50 kW u režimu dugotrajnog napajanja aparature kosmičke letilice. Na izbor tih parametara uticala je i činjenica što su reaktori kapaciteta do 150 kW mogli da budu proizvedeni u već postojećim pogonima kompanije РКК „Энергия“, Fizičko-energetskog instituta (ФЭИ) i drugih srodnih organizacija (uz zamenu ili modernizaciju opreme za testiranje). Modularna koncepcija nuklearnih reaktora i električnih motora omogućavala je proizvodnju praktično svih delova i agregata reaktora bez obzira na konkretan kosmički objekat.

Projektne analize oblasti primene reaktora i jonskih nuklearnih motora tog tipa pokazala je perspektivnost njihove upotrebe u rešavanju zadataka dostavljanja na geostacionarnu orbitu teških špijunskih i komunikacionih satelita (u vidu univerzalnih kosmičkih platformi, УКП), komercijalnog i ekološkog kosmičkog odlaganja opasnog otpada atomske industrije, čišćenje kosmosa od antropogenog otpada[12], obezbeđivanje bezbednog leta avionima[13], lakši transport opreme na relaciji Zemlja-Mesec-Zemlja prilikom gradnje lunarne baze, izgradnju lunarnih i planetnih svemirskih stanica, kao i izgradnju sistema za rano upozoravanje od opasnosti od asteroida i kometa uz pomoć raspoređivanja grupe letilica na velikoj udaljenosti od Zemlje.

Osnovne karakteristike ERTA:
Težina ERTA                                     12-14 t;
Nuklear. elektr. motor (ЭРДУ):
spec. impuls                       3.060-4.080;
ukupna snaga                              0,55 kg;
„suva“ težina motora               7-7,5 t;
Reaktor (ЯЭУ):
snaga u transport. režimu     150 kW;
snaga u režimu dužeg
elektrosnabdevanja           10-40 kW;
resurs u trans. režimu            1,5 god.
resurs u režimu dužeg
elektrosnabdevanja                 10 god.
težina                                          5,0-5,5 t;
1994. godine načinjen je tehnički predlog „Elektroraketne transportne letilice [ЕRТА] za rešavanje nacionalnih ekonomskih, naučnih i komercijalnih zadataka iz korišćenje domaćih i stranih raketa-nosača različitih tipova“. Projektne studije o izboru raketnih nosača, njihovih dodatnih stepeni i servisnih sistema novog tegljača, pokazali su da bi za jonske raketne motore jačine 150 kW najoptimalnija bila raketa Энергия-М[14]. Takođe se ispostavilo da bi za lansiranje mogle da budu iskorišćene i inostrane rakete „Titan“ i „Ariane-5“. Tegljač je nazvan ERTA (rus. ЭРТАэлектроракетный транспортный аппарат), i on je trebalo da kosmičkim modulima sa korisnim teretom, sem transporta na željenu orbitu, pruži i mnogobrojne servisne usluge, kao što je snabdevanje energijom, termoregulacija, orijentacija i stabilizacija, prenos podataka na Zemlju i tome slično.

Jednovremeno sa radovima na reaktoru snage 150 kW, u to vreme su dovršavani radovi na nuklearnom bloku električnih motora (ЯЭДБ) za ekspedicije sa ljudskom posadom na Mars. Bile su istraživani tipovi ekspedicija sa jednim, dva ili više prethodnih lansiranja teretne rakete „H-1M“ u orbitu oko Zemlje. Za Marsov ekspedicioni kompleks (MЭK) težine 150 tona, u slučaju samo jednog lansiranja, predviđan je termoemisioni reaktor električne snage 5-10 MW sa resursom do 1,5 godina, a u slučaju više lansiranja, kada se Marsov ekspedicioni kompleks sastavlja od više delova, snaga je 1-1,5 MW sa resursom do 3 godine.

U toku radova, koji su obavljani u periodu od 1958. do 1995. po pitanju kosmičkih reaktora i jonskih motora na nuklearni pogon, rešeni su brojni visokotehnički problemi. U tom periodu, kada je konačno osvojena proizvodnja temperaturno visokootpornih konstrukcionih materijala (niobijumove legure NbCU) i proizvodnja širokog spektra polufabrikata od njega, pronađeni su novi provodnički, magnetni i elektroizolacioni materijali za rad na temperaturama od 1.000-1.200 K; obavljena su brojna ispitivanja termoemisionih elektrogenerišućih kanala (ЭГК) snage 15 W/cm; napravljen je sistem cirkulisanja litijuma (radne temperature do 1.300 K), serijska proizvodnja natrijumovih cevi za hlađenje, itd.

Zahvaljujući tim naporima, do 1995. su stvoreni naučno-tehnički, materijalni i tehnološki uslovi za razvoj perspektivne oblasti svemirske tehnologije koja bi se oslanjala na reaktore i elektroraketne transportne letilice. Iz te oblasti, samo u bivšim Koroljevljevim biroima prijavljeno je preko 500 novih patenata.

motor

Elektroraketni plazmeni motor prilikom testiranja u Moskovskom institutu za fiziku.

 

Rezultati rada kompanije РКК „Энергия“ na reaktorima i električnim raketnim motorima, čiji je cilj bio stvaranje novih tipova vatrostalnih, konstruktivnih, izolacionih i drugih funkcionalnih materijala, našli su primenu i u drugim oblastima nauke i tehnike. Tako je, naprimer, osnovna konstruktivna niobijumova legura NbCU sa zaštitom bila korišćena za mlaznice motora šatla „Буран“ (17Д15), koje su radile u oksidacionoj sredini pri temperaturama od 1.670 K. Iskustva vezana za rad na nuklearnim električnim motorina na ksenon našla su primenu u razvoju pogonskih sistema na vezanim kosmičkim letilicama tipa univerzalnih kosmičkih platformi (УКП) i satelita „Ямал[15]. Tehnološka iskustva sa natrijumovim cevima za hlađenje reaktora, ugrađena u proizvodnji solarnih gasnih turbina – solarnih prijemnika-akumulatora, omogućila su kreiranje malih serija niobijum-natrijumovih termostata za proizvodnju poluprovodničkih monokristala, posebno monokristala germanijuma za opremu za noćno osmatranje. Razvijena od strane РКК „Энергия“, niobijum-natrijumova tehnologija je bila uvedena u elektrotehničku industriju za termoobradu, zavarivanje i lemljenje metalokeramičkih materijala natrijumovom lampom, što je omogućilo odbacivanje zakupa inostranih licenci (zavod „Армэлектросвет“).

Kreiranje svih navedenih visokonapregnutih sistema dovelo je do uspešnog rešavanja zadataka intenzivnog hlađenja elemenata laserske optike, čime je povećan prag efikasnosti optičke tehnologije laserskih ogledala 100 puta.

kobirekao

Ko bi rekao da je ova grupa ljudi bila u svoje vreme vodeća u svetu po pitanju jonskih motora na nuklearno gorivo!

I na kraju, nadam se da prethodni tekst nije bio prekomplikovan, ali šta drugo očekivati od jedne takve oblasti kao što su jonski motori na atomski pogon – i to još sovjetsko-ruski ! A još ja prevodim sa ruskog jezika!

Ipak, da napomenem da ovo nije kompletan istorijat ruskih nuklearno-jonskih motora (to je tema za knjigu a ne za popularan tekst), već samo presek kroz rad na tu temu u to vreme najveće i vodeće ruske federalne svemirske kompanije РКК „Энергия, danas slavnog „Roskosmosa“.

Koliko znam, Rusi nikada nisu odustali od te svoje pionirske ideje – letilicama na jonski pogon kojima energiju daju nuklearni reaktori – i povremeno (ali redovno) u njihovoj stručnoj štampi osvane neka reminiscencija na tu temu.

Јеdan od poslednjih projekata što sam ja video predstavlja nuklearni interorbitni tegljač visokih performansi, pod radnim imenom ОКР ЯЭДУ – eksperimentalna jedinica na jonsko-nuklearni pogon. Provere koncepta kroz stvarne eksperimente očekuju se 2014. godine. Reaktor će imati električnu snagu 100-150 kW, potisak od 40 kN, i spec. impuls od 900 do 5000 sec, i raspoložive resurse od 1,5 do 3 godine. Za devet godina radova na projektu Rusi će odvojiti 17 mld. rubalja ($600 mil.) Da vidimo o kakvom konceptu se radi.

varijanta

varijanta2

motori

projekat

 

Ко ne zna ruski, „мощность“ znači „snaga“, a „удельный импульс“ znači „spec. impuls“. Takođe, „США“ znači da su ti motori iz Sjedinjenih Država.


[1] Михаил Васильевич Мельников (1919-96), prof. dr i inženjer, od 1960. zamenik gl. konstruktora kod Koroljeva. Specijalizovao se za raketne motore na tečno gorivo, uključujući i motor za sovjetski lunarni modul „ЛК, nazvan „Блок Е“. Тај motor je radio u vakuumu i omogućio je prve letove na Mesec, ali i let prvih ljudi u orbitu.

Meljnikovljev motor 11Д33 omogućio je letove automatskih međuplanetnih sondi za Mars i Veneru.

[2] МСУ, Московский государственный университет – Moskovski državni univerzitet Lomonosov.

[3] Zapravo, radi se o porodici raketnih motora koji pretvaraju el. energiju u kinetičku energiju čestica. Najčešće se pominju jonski motori. Postoje nekoliko vrsta i tipova. Prve ovakve motore (6 kom.) koristila je u vidu trastera za orijentaciju i stablizaciju sovjetska sonda Зонд-2“ 1964.

[4] Termoemisioni reaktor-konvertor; rus. термоэмиссионный реактор-преобразователь, ТРП.

[5] Misli se na vojne i naučne stanice (prim.prev.)

[6] Takav reaktor čija geometrijska i fizička svojstva mase jezgra dozvoljavaju kontrolisanu lančanu reakciju nuklearne fisije u datim uslovima. Reaktor je male snage (max. nekoliko kW), a kritična masa je premala da bi predstavljala opasnost za personal.

[7] Idejni radovi su započeli još 1956. a njima je rukovodio dr fizike i matematike prof L.I. Rusinov. Projektovana snaga reaktora je bila oko 10 MW.

[8] Radi se o kontroverznom projektu „Аэлитa“, na kone su nezavisno radili vrhunski sovjetski biroi/konstruktori V.P. Mišin, M.K. Jangel i V.N. Čelomej. Nakon višestrukih havarija rakete „H-1“, projekat je 1974. napušten.

[9] Raketa je trebalo da pri lansirannju bude teška 4.250 tona, i da nosi 155-175 t korisnog tereta. Prvi stepen je trebalo da ima 36 motora НК-15 sa potiskom od 154 t svaki. Raketa je imala 5 stepeni.

[10] Оvaj nuklearni električni raketni motor imao je dovoljno goriva da radi 16.000 sati, dok je sam reaktor trebalo da daje energije 3-5 godine. Trebalo je da odnese teret od 100 tona u geostacionarnu orbitu, ali nikada nije poleteo.

[11] Nuklearni blok električnih motora (rus. ядерный энергодвигательный блок, ЯЭДБ).

[12] Misli se na odvlačenje nekorisnih i „mrtvih“ satelita na druge orbite, kao i njihovo uništavanje laserom koji bi se napajao iz reaktora. Zanimljivo.

[13] Ovde se misli na pravljenje mreže satelita koja bi pomagala praćenju i kontroli letova aviona na Zemlji. Danas se to upravo rešava na takav način.

[14] To je bila manja verzija poznate teške rakete. Broj bustera “Зенит је sa 4 smanjen na 2, a broj motora РД-0120 u jezgru rakete je sa 4 smanjen na samo 1. Ova raketa je trebalo da zameni raketu „Протон“, ali je 1993. izgubila takmičenje sa raketom “Ангара.

[15] Porodica geostacionarnih komunikacionih i TV satelita napravljenih u kompaniji РКК „Энергия“. Bili su to prvi ruski sateliti veze u nehermetičkim modulima, što je omogućavalo dužinu rada i do 15 godina. Svi su imali deo sa korisnim teretom, deo sa elektronikom, sol. napajanjem, termoregulaciju i sl. i deo sa elektroraketnim motorima. Prvi „Ямал“ je lansiran 1999. raketom „Протон-К“.

Ono „vezani“ znači da se radi od seriji od dva satelita. Danas rade sateliti iz serije Ямал-200“.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari

  • kizza said More
    Da,u pravu ste. Veoma malo znamo i više... 4 dana ranije
  • Aleksandar Zorkić said More
    AI će pomoći, ali čovek će otkriti. 4 dana ranije
  • Miki said More
    Divan tekst A.M. hvala, pitanje ??? FDa... 4 dana ranije
  • giga said More
    :-)))) Odlicno, dobro jutro AM,... 4 dana ranije
  • Mina l said More
    hvala, edikativno i informativno 6 dana ranije

Foto...