Tàu kéo hạt nhân vũ trụ. TEM lúc MAKS-2019
Ở nước ta, việc phát triển mô-đun năng lượng và vận tải TEM với nhà máy điện hạt nhân (NPP) cấp megawatt vẫn đang tiếp tục. Sự xuất hiện của một mô hình như vậy, phù hợp để vận hành, sẽ có tác động nghiêm trọng đến sự phát triển hơn nữa của du lịch vũ trụ trong nước và thế giới. Trong khi đó, TEM đang ở giai đoạn thiết kế, và gần đây công chúng lại được xem một bản mô phỏng của một sản phẩm như vậy ở dạng hiện tại.
Trong những năm gần đây, nhiều tài liệu khác nhau về TEM và các nhà máy điện hạt nhân về nó đã được xuất bản nhiều lần. Trong số những thứ khác, các nhà phát triển đã đưa ra các bản vẽ với sự xuất hiện có thể có của một mẫu như vậy. Vào cuối tháng 2019, trong khuôn khổ salon MAKS-XNUMX, buổi trình diễn đầu tiên về bố cục TEM mới đã diễn ra, phản ánh quan điểm hiện tại về dự án này. Cách bài trí đã có mặt trong gian hàng của Roscosmos tại khán đài KB Arsenal.
Phiên bản hiện tại của TEM có sự khác biệt đáng kể so với các phiên bản đã được trình diễn trước đó, nhưng vẫn giữ được một số tính năng nhất định của chúng. Đặc biệt, các quy định chung về bố trí các đơn vị và cách tiếp cận thiết kế đã được giữ nguyên. Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt đặc trưng.
Phần tử lớn nhất của mô-đun breadboard là một giàn bốn phần bằng kính thiên văn có tiết diện tròn, là cơ sở để gắn các đơn vị. Phần đầu của nó được trang bị giàn hình nón và một khoang kín. Sáu tấm của hệ thống làm mát được cố định ở hai bên của trang trại. Phần đuôi của TEM được làm dưới dạng một thân hình chữ nhật khép kín. Trang trại chính được cố định ở phía trước, các tấm pin mặt trời ở hai bên. Một loại động cơ tên lửa mới và các đơn vị khác được đặt trong hộp.
Trước đây, trong các ấn phẩm về chủ đề TEM và nhà máy điện hạt nhân, đã xuất hiện những hình ảnh với kỹ thuật có vẻ ngoài khác lạ. Theo một trong những phiên bản sau của dự án, mô-đun vận tải và năng lượng phải dựa trên một giàn có thể kéo dài theo chiều dọc có tiết diện vuông và độ giãn dài cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phóng sản phẩm lên quỹ đạo. Ở phần đầu của nó có một khoang với lò phản ứng, ở phần đuôi - động cơ tên lửa điện và các hệ thống khác được đặt trên các giá đỡ có thể mở rộng. Các thiết bị làm mát đã được lên kế hoạch đặt dọc theo giàn đỡ.
Bố cục từ KB "Arsenal" có một số tính năng đặc trưng và khác với các hình ảnh cũ hơn. Trước hết, nó được phân biệt bởi thiết kế của trang trại chính và cách bố trí của các đơn vị. Phiên bản mới của TEM được đặc trưng bởi một giàn đỡ đồ sộ hơn với thiết kế khác biệt. Anh ta cũng đánh mất cần đuôi hình chữ X mở ra khi bay và mang theo một số dụng cụ.
Thiết kế của bố cục cho phép bạn giả định một sự thay đổi trong bố cục. Có thể là hiện nay phần thân đuôi lớn không chỉ có thể chứa động cơ tên lửa điện mà còn có thể chứa một lò phản ứng hạt nhân với các hệ thống liên quan. Trong trường hợp này, vỏ đầu nhỏ hơn có thể được sử dụng để chứa hệ thống điều khiển hoặc thiết bị khác.
Các chương trình khác nhau trước đây có các cấu hình khác nhau của hệ thống làm mát. Điều tương tự cũng áp dụng cho bố cục mới. Lần này, để tỏa nhiệt thừa ra không gian, người ta đề xuất sử dụng sáu tấm phát lắp dọc giàn theo dạng ba "mặt phẳng" song song. Trước đây, các cấu hình mát khác đã được đề xuất, bao gồm. tập hợp có diện tích lớn hơn, chiếm gần như toàn bộ chiều dài của giàn đỡ.
Vào tháng XNUMX năm ngoái, hãng phim truyền hình Roskosmos đã công bố một đoạn video cho thấy khả năng xuất hiện của TEM trong tương lai với các nhà máy điện hạt nhân. Phiên bản này của mô-đun khác biệt nghiêm trọng so với những phiên bản đã trình bày trước đó. Trong khi duy trì một kiến trúc tuyến tính dựa trên một giàn trượt, một TEM như vậy đáng lẽ phải có các đơn vị đuôi được làm dưới dạng một hình trụ mở. Trong hình thức này, nhà máy điện, làm mát, v.v. đáng lẽ đã được hoàn thành.
Phiên bản đầu tiên của bố cục TEM. Bản vẽ RSC Energia / kosmolenta.com
Có thể dễ dàng nhận thấy bố cục hiện tại của TEM cũng khác với ngoại hình của phiên bản "năm ngoái". Đồng thời, về ngoại hình và thiết kế, nó gần gũi hơn nhiều so với các phiên bản trước đó của dự án.
Dự án TEM được phân biệt bởi độ phức tạp kỹ thuật cao nhất và để thực hiện thành công, cần phải giải quyết rất nhiều nhiệm vụ đặc biệt. Để tạo ra một mô-đun như vậy, cần có các thiết kế mới của các đơn vị và cụm lắp ráp, công nghệ mới và vật liệu có các đặc tính đặc biệt. Nhu cầu giải quyết tất cả những vấn đề này đã dẫn đến thực tế là việc phát triển các nhà máy điện hạt nhân và TEM được thực hiện bởi một số doanh nghiệp từ Roscosmos và Rosatom.
Tại các thời điểm khác nhau, các phiên bản khác nhau của TEM đã xuất hiện trong các tài liệu được xuất bản, và sự phức tạp chung của dự án có thể được coi là lý do giải thích cho điều này. Thành công trong việc tìm kiếm giải pháp cho một số vấn đề nhất định đã dẫn đến những thay đổi tương ứng trong diện mạo tổng thể của mô-đun. Theo đó, bố cục TEM mới nhất từ KB Arsenal cho thấy quan điểm hiện tại về dự án.
Theo dữ liệu đã biết, một lò phản ứng hạt nhân neutron nhanh làm mát bằng khí đã được chọn làm cơ sở cho nhà máy điện hạt nhân. Hỗn hợp Heli-xenon sẽ được sử dụng trong mạch đầu tiên của hệ thống làm mát. Nhiên liệu có mức độ làm giàu cao sẽ được đặt trong lõi. Nhiệt độ lõi sẽ đạt 1500 ° K. Nó được lên kế hoạch để cung cấp tài nguyên thiết kế cao nhất, cho phép TEM hoạt động trong 10-12 năm.
Các nhà máy điện hạt nhân thuộc loại này và với các đặc điểm như vậy vẫn chưa được thành lập và vận hành. Để xây dựng một kết cấu như vậy, cần phải có các vật liệu có khả năng chống ứng suất nhiệt và cơ học cao. Nó cũng cần thiết để tự thiết kế sao cho ở mức công suất cần thiết, nó có kích thước và trọng lượng chấp nhận được.
Có những khó khăn trong lĩnh vực hệ thống làm mát. Một nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt nên tiêu tán một lượng nhiệt năng tương đương vào không gian. Các bộ tản nhiệt hiện đại cho công nghệ vũ trụ chưa thể tự hào về những đặc điểm như vậy. Vì vậy, hệ thống làm mát ISS đổ khoảng. 70 kW năng lượng nhiệt ít hơn nhiều lần so với những gì cần thiết cho các nhà máy điện hạt nhân và TEM.
Các biến thể khác nhau của bộ làm mát cho TEM đang được nghiên cứu, được phản ánh trong các bản vẽ và khi lắp ráp mô hình. Rõ ràng, bộ tản nhiệt phẳng trên bố trí từ Arsenal hiện được coi là thiết kế có lợi nhất với hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, rất có thể hệ thống này sẽ không phải là phiên bản cuối cùng.
Bất chấp những khó khăn, dự án TEM đã đạt được những thành công đáng kể. Vì vậy, cách đây vài năm, các cuộc thử nghiệm đã bắt đầu trên động cơ tên lửa điện ID-500, được thiết kế đặc biệt cho nhà máy điện hạt nhân trong tương lai. Vào năm 2017, một sản phẩm như vậy đã hoạt động ở chân đế trong 300 giờ, cho thấy công suất là 35 kW.
TEM mẫu 2018. Khung hình từ video của studio truyền hình "Roskosmos"
Việc lắp ráp và thử nghiệm các thành phần riêng lẻ của nhà máy điện hạt nhân và TEM được thực hiện thường xuyên. Ví dụ, năm ngoái, một mẫu mô phỏng của hệ thống làm mát nhỏ giọt đã được thử nghiệm. Các thành phần khác của lò phản ứng, các hệ thống phụ trợ và toàn bộ mô-đun vận chuyển và năng lượng đang được thử nghiệm.
Mục tiêu của nhà máy điện hạt nhân hiện tại và các dự án TEM là tạo ra một khu phức hợp đầy hứa hẹn có khả năng giải quyết các vấn đề mới trong không gian vũ trụ. Mô-đun vận tải và năng lượng với lò phản ứng và động cơ đẩy điện sẽ có những lợi thế quan trọng so với các hệ thống tên lửa truyền thống và sẽ giúp nó có thể tổ chức thành công các nhiệm vụ mới.
Các chuyến bay đến các thiên thể khác được coi là lĩnh vực ứng dụng chính của TEM. Nhà máy điện hạt nhân cho thấy hiệu suất nhiên liệu cao nhất và có một xung cụ thể duy nhất, giúp đơn giản hóa các chuyến bay lên Mặt trăng hoặc sao Hỏa. Ngoài ra còn có cơ hội tăng trọng tải so với các hệ thống tên lửa và vũ trụ hiện tại. Một tính năng quan trọng của TEM là khả năng cấp nguồn cho tải bằng cách sử dụng các phương tiện tiêu chuẩn của mô-đun.
Tuy nhiên, việc đạt được kết quả như vậy chỉ có thể xảy ra trong tương lai xa. Theo kế hoạch hiện tại, các chuyến bay thử nghiệm của TEM được trang bị đầy đủ sẽ bắt đầu không sớm hơn cuối những năm XNUMX. Việc khởi chạy hoạt động và sự tham gia của mô-đun vào công việc thực tế chỉ có thể vào đầu những năm ba mươi.
Công việc về TEM sẽ tiếp tục trong vài năm nữa, và trong thời gian này, dự án có thể có những thay đổi đáng chú ý. Về vấn đề này, có thể giả định rằng bố cục của mô-đun cho MAKS-2019 sẽ sớm ngừng phản ánh diện mạo thực của sản phẩm đang được tạo ra. Tuy nhiên, việc thay đổi quan điểm về thiết kế và các yếu tố của nó sẽ dẫn đến sự xuất hiện của các tài liệu trình diễn mới - đã có tại các triển lãm tiếp theo.
Triển lãm MAKS-2019
Trong những năm gần đây, nhiều tài liệu khác nhau về TEM và các nhà máy điện hạt nhân về nó đã được xuất bản nhiều lần. Trong số những thứ khác, các nhà phát triển đã đưa ra các bản vẽ với sự xuất hiện có thể có của một mẫu như vậy. Vào cuối tháng 2019, trong khuôn khổ salon MAKS-XNUMX, buổi trình diễn đầu tiên về bố cục TEM mới đã diễn ra, phản ánh quan điểm hiện tại về dự án này. Cách bài trí đã có mặt trong gian hàng của Roscosmos tại khán đài KB Arsenal.
Phiên bản hiện tại của TEM có sự khác biệt đáng kể so với các phiên bản đã được trình diễn trước đó, nhưng vẫn giữ được một số tính năng nhất định của chúng. Đặc biệt, các quy định chung về bố trí các đơn vị và cách tiếp cận thiết kế đã được giữ nguyên. Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt đặc trưng.
Phần tử lớn nhất của mô-đun breadboard là một giàn bốn phần bằng kính thiên văn có tiết diện tròn, là cơ sở để gắn các đơn vị. Phần đầu của nó được trang bị giàn hình nón và một khoang kín. Sáu tấm của hệ thống làm mát được cố định ở hai bên của trang trại. Phần đuôi của TEM được làm dưới dạng một thân hình chữ nhật khép kín. Trang trại chính được cố định ở phía trước, các tấm pin mặt trời ở hai bên. Một loại động cơ tên lửa mới và các đơn vị khác được đặt trong hộp.
Mới và cũ
Trước đây, trong các ấn phẩm về chủ đề TEM và nhà máy điện hạt nhân, đã xuất hiện những hình ảnh với kỹ thuật có vẻ ngoài khác lạ. Theo một trong những phiên bản sau của dự án, mô-đun vận tải và năng lượng phải dựa trên một giàn có thể kéo dài theo chiều dọc có tiết diện vuông và độ giãn dài cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phóng sản phẩm lên quỹ đạo. Ở phần đầu của nó có một khoang với lò phản ứng, ở phần đuôi - động cơ tên lửa điện và các hệ thống khác được đặt trên các giá đỡ có thể mở rộng. Các thiết bị làm mát đã được lên kế hoạch đặt dọc theo giàn đỡ.
Bố cục từ KB "Arsenal" có một số tính năng đặc trưng và khác với các hình ảnh cũ hơn. Trước hết, nó được phân biệt bởi thiết kế của trang trại chính và cách bố trí của các đơn vị. Phiên bản mới của TEM được đặc trưng bởi một giàn đỡ đồ sộ hơn với thiết kế khác biệt. Anh ta cũng đánh mất cần đuôi hình chữ X mở ra khi bay và mang theo một số dụng cụ.
Thiết kế của bố cục cho phép bạn giả định một sự thay đổi trong bố cục. Có thể là hiện nay phần thân đuôi lớn không chỉ có thể chứa động cơ tên lửa điện mà còn có thể chứa một lò phản ứng hạt nhân với các hệ thống liên quan. Trong trường hợp này, vỏ đầu nhỏ hơn có thể được sử dụng để chứa hệ thống điều khiển hoặc thiết bị khác.
Các chương trình khác nhau trước đây có các cấu hình khác nhau của hệ thống làm mát. Điều tương tự cũng áp dụng cho bố cục mới. Lần này, để tỏa nhiệt thừa ra không gian, người ta đề xuất sử dụng sáu tấm phát lắp dọc giàn theo dạng ba "mặt phẳng" song song. Trước đây, các cấu hình mát khác đã được đề xuất, bao gồm. tập hợp có diện tích lớn hơn, chiếm gần như toàn bộ chiều dài của giàn đỡ.
Vào tháng XNUMX năm ngoái, hãng phim truyền hình Roskosmos đã công bố một đoạn video cho thấy khả năng xuất hiện của TEM trong tương lai với các nhà máy điện hạt nhân. Phiên bản này của mô-đun khác biệt nghiêm trọng so với những phiên bản đã trình bày trước đó. Trong khi duy trì một kiến trúc tuyến tính dựa trên một giàn trượt, một TEM như vậy đáng lẽ phải có các đơn vị đuôi được làm dưới dạng một hình trụ mở. Trong hình thức này, nhà máy điện, làm mát, v.v. đáng lẽ đã được hoàn thành.
Phiên bản đầu tiên của bố cục TEM. Bản vẽ RSC Energia / kosmolenta.com
Có thể dễ dàng nhận thấy bố cục hiện tại của TEM cũng khác với ngoại hình của phiên bản "năm ngoái". Đồng thời, về ngoại hình và thiết kế, nó gần gũi hơn nhiều so với các phiên bản trước đó của dự án.
Những thách thức kỹ thuật
Dự án TEM được phân biệt bởi độ phức tạp kỹ thuật cao nhất và để thực hiện thành công, cần phải giải quyết rất nhiều nhiệm vụ đặc biệt. Để tạo ra một mô-đun như vậy, cần có các thiết kế mới của các đơn vị và cụm lắp ráp, công nghệ mới và vật liệu có các đặc tính đặc biệt. Nhu cầu giải quyết tất cả những vấn đề này đã dẫn đến thực tế là việc phát triển các nhà máy điện hạt nhân và TEM được thực hiện bởi một số doanh nghiệp từ Roscosmos và Rosatom.
Tại các thời điểm khác nhau, các phiên bản khác nhau của TEM đã xuất hiện trong các tài liệu được xuất bản, và sự phức tạp chung của dự án có thể được coi là lý do giải thích cho điều này. Thành công trong việc tìm kiếm giải pháp cho một số vấn đề nhất định đã dẫn đến những thay đổi tương ứng trong diện mạo tổng thể của mô-đun. Theo đó, bố cục TEM mới nhất từ KB Arsenal cho thấy quan điểm hiện tại về dự án.
Theo dữ liệu đã biết, một lò phản ứng hạt nhân neutron nhanh làm mát bằng khí đã được chọn làm cơ sở cho nhà máy điện hạt nhân. Hỗn hợp Heli-xenon sẽ được sử dụng trong mạch đầu tiên của hệ thống làm mát. Nhiên liệu có mức độ làm giàu cao sẽ được đặt trong lõi. Nhiệt độ lõi sẽ đạt 1500 ° K. Nó được lên kế hoạch để cung cấp tài nguyên thiết kế cao nhất, cho phép TEM hoạt động trong 10-12 năm.
Các nhà máy điện hạt nhân thuộc loại này và với các đặc điểm như vậy vẫn chưa được thành lập và vận hành. Để xây dựng một kết cấu như vậy, cần phải có các vật liệu có khả năng chống ứng suất nhiệt và cơ học cao. Nó cũng cần thiết để tự thiết kế sao cho ở mức công suất cần thiết, nó có kích thước và trọng lượng chấp nhận được.
Có những khó khăn trong lĩnh vực hệ thống làm mát. Một nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt nên tiêu tán một lượng nhiệt năng tương đương vào không gian. Các bộ tản nhiệt hiện đại cho công nghệ vũ trụ chưa thể tự hào về những đặc điểm như vậy. Vì vậy, hệ thống làm mát ISS đổ khoảng. 70 kW năng lượng nhiệt ít hơn nhiều lần so với những gì cần thiết cho các nhà máy điện hạt nhân và TEM.
Các biến thể khác nhau của bộ làm mát cho TEM đang được nghiên cứu, được phản ánh trong các bản vẽ và khi lắp ráp mô hình. Rõ ràng, bộ tản nhiệt phẳng trên bố trí từ Arsenal hiện được coi là thiết kế có lợi nhất với hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, rất có thể hệ thống này sẽ không phải là phiên bản cuối cùng.
Bất chấp những khó khăn, dự án TEM đã đạt được những thành công đáng kể. Vì vậy, cách đây vài năm, các cuộc thử nghiệm đã bắt đầu trên động cơ tên lửa điện ID-500, được thiết kế đặc biệt cho nhà máy điện hạt nhân trong tương lai. Vào năm 2017, một sản phẩm như vậy đã hoạt động ở chân đế trong 300 giờ, cho thấy công suất là 35 kW.
TEM mẫu 2018. Khung hình từ video của studio truyền hình "Roskosmos"
Việc lắp ráp và thử nghiệm các thành phần riêng lẻ của nhà máy điện hạt nhân và TEM được thực hiện thường xuyên. Ví dụ, năm ngoái, một mẫu mô phỏng của hệ thống làm mát nhỏ giọt đã được thử nghiệm. Các thành phần khác của lò phản ứng, các hệ thống phụ trợ và toàn bộ mô-đun vận chuyển và năng lượng đang được thử nghiệm.
Phương tiện giao thông của tương lai xa
Mục tiêu của nhà máy điện hạt nhân hiện tại và các dự án TEM là tạo ra một khu phức hợp đầy hứa hẹn có khả năng giải quyết các vấn đề mới trong không gian vũ trụ. Mô-đun vận tải và năng lượng với lò phản ứng và động cơ đẩy điện sẽ có những lợi thế quan trọng so với các hệ thống tên lửa truyền thống và sẽ giúp nó có thể tổ chức thành công các nhiệm vụ mới.
Các chuyến bay đến các thiên thể khác được coi là lĩnh vực ứng dụng chính của TEM. Nhà máy điện hạt nhân cho thấy hiệu suất nhiên liệu cao nhất và có một xung cụ thể duy nhất, giúp đơn giản hóa các chuyến bay lên Mặt trăng hoặc sao Hỏa. Ngoài ra còn có cơ hội tăng trọng tải so với các hệ thống tên lửa và vũ trụ hiện tại. Một tính năng quan trọng của TEM là khả năng cấp nguồn cho tải bằng cách sử dụng các phương tiện tiêu chuẩn của mô-đun.
Tuy nhiên, việc đạt được kết quả như vậy chỉ có thể xảy ra trong tương lai xa. Theo kế hoạch hiện tại, các chuyến bay thử nghiệm của TEM được trang bị đầy đủ sẽ bắt đầu không sớm hơn cuối những năm XNUMX. Việc khởi chạy hoạt động và sự tham gia của mô-đun vào công việc thực tế chỉ có thể vào đầu những năm ba mươi.
Công việc về TEM sẽ tiếp tục trong vài năm nữa, và trong thời gian này, dự án có thể có những thay đổi đáng chú ý. Về vấn đề này, có thể giả định rằng bố cục của mô-đun cho MAKS-2019 sẽ sớm ngừng phản ánh diện mạo thực của sản phẩm đang được tạo ra. Tuy nhiên, việc thay đổi quan điểm về thiết kế và các yếu tố của nó sẽ dẫn đến sự xuất hiện của các tài liệu trình diễn mới - đã có tại các triển lãm tiếp theo.
tin tức