Eines der kühnsten Projekte der letzten Jahre im Bereich der Raumfahrttechnik entwickelt sich, und es gibt gute Nachrichten. Kürzlich wurde der Abschluss der Arbeiten zum Projekt „Erstellung eines Transport- und Energiemoduls auf Basis eines Kernkraftwerks der Megawattklasse“bekannt. Nun müssen die Wissenschaftler eine Reihe von Folgearbeiten durchführen, und am Ende wird ein vollwertiges, einsatzfähiges Modul entstehen.
Arbeitsbericht
Ende Juli hat Roskosmos einen Bericht für 2018 verabschiedet, in dem die Haupttätigkeitsbereiche und die Erfolge der Organisation aufgeführt sind. Der Bericht erwähnt unter anderem das Projekt „Schaffung eines Transport- und Energiemoduls auf Basis eines Kernkraftwerks der Megawattklasse“, das im Rahmen des Staatsprogramms „Weltraumaktivitäten Russlands für 2013-2020“entwickelt wurde.
Laut Bericht wurde dieses Projekt im vergangenen Jahr abgeschlossen. Im Rahmen dieser Arbeiten wurden Konstruktionsunterlagen erstellt, einzelne Produkte gefertigt und getestet. Während wir über die Komponenten des zukünftigen Layouts des Bodenprototyps des Transport- und Energiemoduls (TEM) sprechen.
Die Arbeit an der Erstellung von TEM hört hier nicht auf. Alle weiteren Aktivitäten werden im Rahmen des bestehenden Bundesweltraumprogramms durchgeführt. Leider enthält der Roscosmos-Bericht keine technischen Details des TEM-Projekts in seiner aktuellen Form und auch keine Angaben zum Zeitplan der Arbeiten. Diese Daten sind jedoch aus anderen Quellen bekannt.
Geschichte des Problems
Laut Roscosmos-Bericht wird die Arbeit an TEM fortgesetzt und sollte bald in eine neue Phase eintreten. Damit werden die vor fast 10 Jahren genehmigten Pläne zur Schaffung einer grundlegend neuen Raketen- und Weltraumtechnologie in absehbarer Zeit erfüllt.
Die Idee eines Transport- und Energiemoduls auf Basis eines Kernkraftwerks (KKW) in seiner jetzigen Form wurde 2009 vorgeschlagen. Die Entwicklung dieses Produkts sollte von den Unternehmen Roscosmos und Rosatom durchgeführt werden. Die führende Rolle in dem Projekt spielen die Rocket and Space Corporation Energia und das Federal State Unitary Enterprise Keldysh Center.
2010 startete das Projekt, die ersten Forschungs- und Entwurfsarbeiten begannen. Damals wurde argumentiert, dass die Hauptkomponenten des Kernkraftwerks und des TEM bis zum Ende des Jahrzehnts fertig sein würden. Der Vorentwurf des TEM wurde 2013 erstellt. 2014 begannen die Tests der Komponenten des Kernkraftwerks und des Ionenmotors ID-500. In der Zukunft gab es zahlreiche Berichte über verschiedene Arbeiten und Erfolge. Es wurden verschiedene Elemente von Kernkraftwerk und TEM gebaut und getestet, sowie nach Anwendungsgebieten neuer Technologien gesucht.
Während der Entwicklung des TEM-Projekts wurden regelmäßig Bilder in Open Source veröffentlicht, die das ungefähre Aussehen dieses Produkts zeigen. Das letzte Mal erschienen solche Materialien im November letzten Jahres. Es ist merkwürdig, dass sich diese Version des Erscheinungsbilds deutlich von den vorherigen unterschied, obwohl sie in den grundlegenden Funktionen einige Ähnlichkeiten aufwies.
Technische Eigenschaften
Das Transport- und Energiemodul gilt als Mehrzweckfahrzeug für Arbeiten im Weltraum, sowohl in Erdumlaufbahnen als auch auf anderen Flugbahnen. Mit seiner Hilfe soll die Nutzlast künftig in Umlaufbahnen gebracht oder zu anderen Himmelskörpern geschickt werden. Außerdem kann TEM zur Wartung von Raumfahrzeugen oder zur Bekämpfung von Weltraummüll verwendet werden.
TEM erhält gleitend tragende Traversen, wodurch die erforderlichen Abmessungen bereitgestellt werden. Auf den Farmen wird vorgeschlagen, ein Kraftwerk mit einer Reaktorinstallation, einen Instrumentierungs- und Montagekomplex, Docking-Einrichtungen, Sonnenkollektoren usw. Im Heckbereich des Moduls werden Reise- und Rangier-Elektroraketentriebwerke untergebracht. Die Nutzlast wird mit Docking-Geräten transportiert.
Hauptbestandteil des TEM ist das seit 2009 entwickelte Kernkraftwerk der Megawattklasse. Der Reaktor der Anlage soll sich durch eine besondere Beständigkeit gegen Temperaturbelastungen auszeichnen, die mit besonderen Betriebsweisen verbunden ist. Als Kühlmittel wurde ein Helium-Xenon-Gemisch gewählt. Die thermische Leistung der Anlage wird 3,8 MW und die elektrische Leistung 1 MW erreichen. Um überschüssige Wärme abzuführen, wird vorgeschlagen, einen Tropfkühler-Kühlschrank zu verwenden.
Strom aus einer nuklearen Anlage muss einem elektrischen Raketentriebwerk zugeführt werden. Ein vielversprechender Ionenmotor ID-500 befindet sich in der Testphase. Bei einem Wirkungsgrad von bis zu 75 % soll sie eine Leistung von 35 kW und eine Schubkraft von bis zu 750 mN aufweisen. Bei Tests im Jahr 2017 arbeitete das Produkt ID-500 300 Stunden am Stand mit einer Leistung von 35 kW.
Nach den Daten der Vorjahre wird das TEM in der Arbeitsposition eine Länge von mehr als 50-52 m mit einem Durchmesser (bei offenen Fachwerken und Elementen darauf) über 20 m haben und eine Masse von mindestens 20 Tonnen haben mehrere Trägerraketen mit anschließender Montage. Dann muss die Nutzlast daran andocken. Die Auslegungslebensdauer, begrenzt durch die Lebensdauer des Reaktors, beträgt 10 Jahre.
Tolle Aussichten
Das Hauptmerkmal eines TEM mit Kernkraftwerk, das es grundlegend von anderen Raketen- und Weltraumtechnologien unterscheidet, ist der höchste spezifische Impuls. Der Einsatz eines speziellen Kraftwerks und eines elektrischen Raketentriebwerks ermöglicht es, die erforderlichen Schubparameter mit einem minimalen Verbrauch an Kernbrennstoff zu erreichen. Somit ist TEM theoretisch in der Lage, Probleme zu lösen, die für herkömmliche, mit chemischem Treibstoff betriebene Raketensysteme nicht zugänglich sind.
Dadurch wird es möglich, die Halte- und Rangiertriebwerke während des gesamten Fluges aktiver zu nutzen. Dies ermöglicht insbesondere die Nutzung günstigerer Flugwege zu anderen Himmelskörpern. Die 10-jährige Lebensdauer ermöglicht den mehrfachen Einsatz von TEM in verschiedenen Missionen, wodurch die Kosten für die Organisation reduziert werden. Generell wird das Aufkommen von Systemen wie TEM mit einem Kernkraftwerk der Kosmonautik neue Möglichkeiten in allen wichtigen Tätigkeitsbereichen eröffnen.
Standard-TEM-Motoren dürfen nur einen Teil des Stroms aus Erzeugungsanlagen verbrauchen. Dementsprechend verbleibt ein großer Leistungsspielraum, der zur Verwendung durch das Zielgerät geeignet ist.
Allerdings gibt es auch erhebliche Nachteile. In erster Linie ist es die Notwendigkeit, eine ganze Reihe neuer Technologien zu entwickeln und die Gesamtkomplexität des Projekts. Daher erfordert die Erstellung eines TEM viel Zeit und eine entsprechende Finanzierung. So wird das Roscosmos-Projekt seit etwa 10 Jahren entwickelt, aber die praktische Anwendung des fertigen TEM liegt noch in weiter Ferne. Die Gesamtkosten des Projekts werden auf 17 Milliarden Rubel geschätzt.
Der Einsatz eines Kernkraftwerks führt in verschiedenen Stadien zu gravierenden Einschränkungen. Beispielsweise ist das Testen eines fertiggestellten Kernkraftwerks oder eines TEM insgesamt nur in Orbits möglich, wodurch Schäden durch mögliche Notfallsituationen minimiert werden. Gleiches gilt für den Betrieb eines fertigen Transport- und Energiemoduls.
Nahe Zukunft
Die Entwicklung des Projekts „Erstellung eines Transport- und Energiemoduls auf Basis eines Kernkraftwerks der Megawattklasse“ist nach aktuellen Meldungen erfolgreich abgeschlossen worden. Einige zum Testen benötigte Mock-ups sind bereits fertig. In den kommenden Jahren werden Unternehmen aus Roskosmos und Rosatom eine Reihe wichtiger Arbeiten mit diesen und anderen Produkten durchführen müssen.
Der Flugprototyp des TEM soll 2022-23 gebaut werden. Danach sollen verschiedene Tests beginnen, die mehrere Jahre dauern werden. Der vollständige Start des TEM-Betriebs wird im Jahr 2030 erwartet.
Ende Juni wurde bekannt, dass der Standort für den Betrieb des TEM vorbereitet wird. Solche Geräte werden vom Kosmodrom Vostochny aus gestartet. Vor nicht allzu langer Zeit wurde ein Wettbewerb für die Entwicklung und den Bau einer Reihe von Einrichtungen zur Vorbereitung von Raumfahrzeugen und eines Transport- und Energiemoduls ausgeschrieben. Die Entwurfsdokumentation für den technischen Komplex soll 2025-26 erstellt werden. Der Baubeginn ist für 2027 geplant, die Inbetriebnahme soll 2030 erfolgen. Die Vertragskosten belaufen sich auf 13,2 Milliarden Rubel.
So werden im Laufe des nächsten Jahrzehnts verschiedene Arbeiten zum Thema fortschrittliche Raketen- und Weltraumtechnologie mit Kernkraftwerken fortgesetzt. Einige Organisationen müssen die Entwicklung und den Test des Transport- und Energiemoduls abschließen, während andere die Infrastruktur für den Betrieb vorbereiten. Basierend auf den Ergebnissen all dieser Arbeiten wird der russischen Raumfahrtindustrie im Jahr 2030 eine grundlegend neue Technologie mit breiten Fähigkeiten zur Verfügung stehen. Die Komplexität aller Phasen eines vielversprechenden Programms kann jedoch zu einer Änderung des Zeitplans führen.
