In unserem Land wird die Entwicklung eines Transport- und Leistungsmoduls TEM mit einem Kernkraftwerk der Megawattklasse (NPPU) fortgesetzt. Das Erscheinen eines solchen für den Betrieb geeigneten Modells wird die weitere Entwicklung der heimischen und weltweiten Raumfahrt gravierend beeinflussen. Inzwischen befindet sich TEM in der Entwurfsphase, und kürzlich wurde der Öffentlichkeit wieder ein Modell eines solchen Produkts in seiner aktuellen Form gezeigt.
Ausstellung MAKS-2019
In den letzten Jahren wurden immer wieder verschiedene Materialien zu TEM- und Kernkraftantriebssystemen dafür veröffentlicht. Unter anderem zeigten die Entwickler Zeichnungen mit dem möglichen Aussehen eines solchen Musters. Ende August fand im Rahmen des MAKS-2019 Salons die erste Demonstration des neuen TEM-Layouts statt, das die aktuellen Ansichten zu diesem Projekt widerspiegelt. Das Modell war im Roskosmos-Pavillon am Stand von Arsenal KB zu sehen.
Die aktuelle Version des TEM-Designs unterscheidet sich deutlich von den zuvor demonstrierten Versionen, behält jedoch bestimmte Funktionen bei. Insbesondere sind die allgemeinen Vorschriften der Baugruppenmontage und Konstruktionsansätze erhalten geblieben. Gleichzeitig gibt es eine Reihe von charakteristischen Unterschieden.
Das größte Element des Breadboard-Moduls ist ein Teleskop-Träger mit vier Abschnitten mit kreisförmigem Querschnitt, der die Grundlage für den Zusammenbau der Einheiten bildet. Sein Kopf ist mit einem konischen Fachwerk und einem geschlossenen Fach ausgestattet. An den Seiten des Fachwerks befinden sich sechs Kühlpaneele. Das Heckteil des TEM ist in Form eines geschlossenen rechteckigen Körpers ausgeführt. Die Haupttraverse ist vorne darauf befestigt, Sonnenkollektoren befinden sich an den Seiten. Der Rumpf beherbergt einen neuartigen Raketenmotor und andere Einheiten.
Neu und alt
Zuvor erschienen in Veröffentlichungen zum Thema TEM- und Kernkraftantriebssysteme Bilder mit anders aussehenden Geräten. Nach einer der späteren Versionen des Projekts sollte das Transport-Energie-Modul auf einem Längs-Schiebe-Fachwerk mit quadratischem Querschnitt und großer Dehnung basieren, was den Start des Produkts in die Umlaufbahn erleichtert. Im Kopfteil befindet sich ein Abteil mit einem Reaktor, im Heckteil ein elektrischer Raketentriebwerk und andere Systeme auf ausfahrbaren Trägern. Es war geplant, Kühlgeräte entlang des Tragwerks zu platzieren.
Das Layout von KB "Arsenal" weist einige charakteristische Merkmale auf und unterscheidet sich von älteren Bildern. Es zeichnet sich vor allem durch das Design des Hauptfachwerks und die Anordnung der Einheiten aus. Die neue Version des TEM zeichnet sich durch ein massiveres Tragwerk in anderer Ausführung aus. Er verlor auch die X-förmigen Heckausleger, die im Flug eingesetzt wurden und einige der Instrumente trugen.
Die Gestaltung des Layouts ermöglicht eine Änderung des Layouts. Vielleicht enthält der große Heckkörper jetzt nicht nur einen elektrischen Raketenantrieb, sondern auch einen Kernreaktor mit dazugehörigen Systemen. In diesem Fall kann der kleinere Kopfkörper zur Aufnahme von Steuerungen oder anderen Geräten verwendet werden.
Verschiedene Diagramme zeigten zuvor verschiedene Kühlsystemkonfigurationen. Gleiches gilt für das neue Layout. Um überschüssige Wärme in den Raum abzustrahlen, wird dieses Mal vorgeschlagen, sechs Paneele-Strahler zu verwenden, die entlang des Fachwerks in Form von drei parallelen "Ebenen" installiert sind. Zuvor wurden auch andere Kühlerkonfigurationen angeboten, inkl. Aggregate mit einer größeren Fläche, die fast die gesamte Länge des Tragwerks einnehmen.
Im November letzten Jahres veröffentlichte das Fernsehstudio Roskosmos ein Video, das das mögliche Erscheinen eines zukünftigen TEM mit einem Atomkraftwerk zeigt. Diese Version des Moduls unterschied sich stark von den zuvor demonstrierten. Unter Beibehaltung der linearen Architektur auf Basis eines Schiebefachwerks musste ein solches TEM Leitwerke in Form eines offenen Zylinders haben. In dieser Form sollen das Kraftwerk, die Kühlung etc. durchgeführt worden sein.
Es ist leicht zu erkennen, dass sich das aktuelle Layout des TEM auch von der "letztjährigen" Version des Aussehens unterscheidet. Gleichzeitig ist es in Aussehen und Design viel näher an früheren Versionen des Projekts.
Technische Herausforderungen
Das TEM-Projekt zeichnet sich durch höchste technische Komplexität aus und für seine erfolgreiche Umsetzung müssen viele Spezialprobleme gelöst werden. Um ein solches Modul zu erstellen, sind neue Konstruktionen von Komponenten und Baugruppen, neue Technologien und Materialien mit besonderen Eigenschaften erforderlich. Die Notwendigkeit, all diese Probleme zu lösen, hat dazu geführt, dass die Entwicklung von Kernkraftwerken und TEM von einer Reihe von Unternehmen aus Roskosmos und Rosatom durchgeführt wird.
Zu verschiedenen Zeiten enthielten die veröffentlichten Materialien unterschiedliche Versionen von TEM, und der Grund dafür kann gerade in der allgemeinen Komplexität des Projekts gesehen werden. Erfolgreiche Lösungen für bestimmte Probleme führten zu entsprechenden Veränderungen im Gesamtbild des Moduls. Dementsprechend zeigt das aktuelle Layout des TEM von KB "Arsenal" die aktuellen Ansichten zum Projekt.
Als Basis für das Kernkraftwerk wurde nach bekannten Daten ein gasgekühlter Kernreaktor für schnelle Neutronen gewählt. Im ersten Kreislauf des Kühlsystems wird ein Helium-Xenon-Gemisch verwendet. Kraftstoff mit erhöhtem Anreicherungsgrad wird in den Kern eingebracht. Die Kerntemperatur wird 1500 ° K erreichen. Es ist geplant, die höchsten Designressourcen bereitzustellen, sodass das TEM 10-12 Jahre lang betrieben werden kann.
Kernkraftwerke dieser Art und mit solchen Eigenschaften wurden noch nicht erstellt und betrieben. Für den Bau einer solchen Struktur werden Materialien mit hoher Beständigkeit gegen thermische und mechanische Belastungen benötigt. Es ist auch notwendig, das Design selbst so auszuarbeiten, dass es bei der erforderlichen Leistung akzeptable Abmessungen und Gewicht hat.
Schwierigkeiten gibt es im Bereich der Kühlsysteme. Das Kernkraftwerk der Megawattklasse muss vergleichbare Mengen an thermischer Energie in den Weltraum abführen. Moderne Heizkörper für die Raumfahrttechnik können sich mit solchen Eigenschaften noch nicht rühmen. So fällt das ISS-Kühlsystem ca. 70 kW thermische Energie sind ein Vielfaches weniger als für das Kernkraftwerk und TEM benötigt wird.
Es werden verschiedene Kühlervarianten für TEM ausgearbeitet, was sich in den Figuren und beim Zusammenbau der Modelle widerspiegelt. Anscheinend gilt ein Satz Flachheizkörper auf dem Layout von Arsenal derzeit als das profitabelste Design mit optimalen Eigenschaften. Es ist jedoch gut möglich, dass dieses System nicht die endgültige Version sein wird.
Trotz aller Schwierigkeiten wurden innerhalb des TEM-Projekts spürbare Erfolge erzielt. So begannen vor einigen Jahren die Tests des Elektroraketenantriebs ID-500, der speziell für das zukünftige Kernkraftwerk entwickelt wurde. Im Jahr 2017 arbeitete ein solches Produkt 300 Stunden am Stand und zeigte eine Leistung von 35 kW.
Die Montage und Prüfung einzelner Komponenten des Kernkraftwerks und des TEM werden regelmäßig durchgeführt. Im vergangenen Jahr wurde beispielsweise ein Prototyp eines Tropfkühlsystems getestet. Weitere Komponenten des Reaktors, Hilfssysteme und das gesamte Transport- und Leistungsmodul werden getestet.
Transport der fernen Zukunft
Das Ziel der aktuellen Projekte von Kernkraftwerk und TEM ist es, einen vielversprechenden Komplex zu schaffen, der neue Probleme im Weltraum lösen kann. Das Transport- und Leistungsmodul mit Reaktor und elektrischem Raketentriebwerk wird gegenüber Raketensystemen herkömmlicher Bauart wichtige Vorteile haben und die erfolgreiche Organisation neuer Missionen ermöglichen.
Als Hauptanwendungsbereich von TEM gelten Flüge zu anderen Himmelskörpern. Das KKW weist die höchste Treibstoffeffizienz auf und hat einen einzigartigen spezifischen Impuls, der Flüge zum Mond oder Mars vereinfacht. Es wird auch möglich, die Nutzlast im Vergleich zu den aktuellen Raketen- und Weltraumsystemen zu erhöhen. Ein wichtiges Merkmal des TEM ist die Möglichkeit, die Last mit den Standardmitteln des Moduls mit Strom zu versorgen.
Solche Ergebnisse sind jedoch erst in ferner Zukunft möglich. Die Flugerprobung des TEM in voller Konfiguration wird nach derzeitiger Planung frühestens Ende der zwanziger Jahre beginnen. Die Inbetriebnahme und die Einbindung des Moduls in die reale Arbeit sind erst Anfang der dreißiger Jahre möglich.
Die TEM-Arbeit wird noch einige Jahre andauern, und während dieser Zeit kann das Projekt erhebliche Veränderungen erfahren. Insofern ist davon auszugehen, dass das Layout des Moduls für MAKS-2019 bald nicht mehr das reale Erscheinungsbild des entstehenden Produkts widerspiegeln wird. Eine veränderte Sichtweise auf das Bauwerk und seine Elemente wird jedoch zur Entstehung neuer Demonstrationsmaterialien führen – bereits bei den nächsten Ausstellungen.
