Eines der ehrgeizigsten sowjetisch-russischen Projekte im Bereich der Weltraumforschung steht kurz vor dem Abschluss und geht in die unmittelbare praktische Umsetzung. Die Rede ist von der Errichtung eines Kernkraftwerks der Megawattklasse. Die Entwicklung und Erprobung eines solchen Triebwerks kann die Situation im erdnahen Weltraum erheblich verändern.
Das Kernkraftwerk der Megawatt-Klasse (NPPU) ist ein Gemeinschaftsprojekt einer Gruppe russischer Unternehmen, die zu Roskosmos und Rosatom gehören. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Kernkraftwerks der Megawattklasse. Es wurde speziell entwickelt, um ein neues Raumfahrzeug mit dem Arbeitsnamen TEM (Transport and Energy Module) auszustatten. Der Hauptausführer der Arbeiten am Projekt zur Schaffung eines Kernkraftwerks ist das staatliche Einheitsunternehmen "Forschungszentrum namens M. V. Keldysh" (Moskau). Ziel des ehrgeizigen Projekts ist es, Russland an eine führende Position bei der Schaffung von Energiekomplexen für Raumfahrtzwecke zu bringen, die hocheffizient sind und eine beeindruckende Bandbreite an Aufgaben im Weltraum lösen können. Zum Beispiel die Erforschung des Mondes sowie entfernter Planeten unseres Sonnensystems, einschließlich der Erstellung automatischer Basen darauf.
Derzeit werden Weltraumflüge im erdnahen Weltraum mit Raketen durchgeführt, die durch die Verbrennung von flüssigem oder festem Raketentreibstoff in ihren Triebwerken in Bewegung gesetzt werden. Flüssiger Raketentreibstoff wird in ein Oxidationsmittel und einen Treibstoff unterteilt. Diese Komponenten befinden sich in den verschiedenen Tanks der Rakete in flüssigem Zustand. Die Vermischung der Komponenten erfolgt bereits im Brennraum, meist mittels Injektoren. Der Druck entsteht durch die Arbeit eines Verdränger- oder Turbopumpensystems. Darüber hinaus werden die Treibmittelkomponenten zur Kühlung der Raketentriebwerksdüse verwendet. Fester Raketentreibstoff wird auch in Treibstoff und Oxidationsmittel unterteilt, aber sie liegen in Form eines Feststoffgemisches vor.
In den letzten Jahrzehnten wurde die Technologie zur Verwendung dieser Art von Raketentreibstoff in vielen Ländern bis ins kleinste Detail perfektioniert. Gleichzeitig räumen die Raketenwissenschaftler selbst ein, dass die Weiterentwicklung solcher Technologien problematisch ist. Der ehemalige Chef der russischen Föderalen Raumfahrtbehörde Anatoly Perminov stellte fest: „Grob gesagt wurde alles aus den vorhandenen Raketentriebwerken herausgepresst, egal ob flüssig oder fest. Versuche, ihren Schub zu erhöhen, spezifische Impulse scheinen einfach aussichtslos zu sein.“Vor diesem Hintergrund sind andere technische Lösungen interessant. Zum Beispiel Kernkraftwerke, die zeitweise Schuberhöhung und gezielte Impulse liefern können. Anatoly Perminov gab ein Beispiel für einen Flug zum Mars, zu dem es jetzt notwendig ist, 1, 5-2 Jahre hin und zurück zu fliegen. Durch den Einsatz eines nuklearen Antriebssystems konnte die Flugzeit auf 2-4 Monate verkürzt werden.
Vor diesem Hintergrund wird in Russland seit 2010 ein Projekt zur Schaffung eines Weltraumtransport- und Energiemoduls basierend auf einem Atomkraftwerk der Megawatt-Klasse durchgeführt, das weltweit keine Entsprechung hat. Der entsprechende Auftrag wurde von Dmitry Medvedev unterzeichnet. Für die Umsetzung dieses Projekts bis 2018 aus dem Bundeshaushalt, Roskosmos und Rosatom, war geplant, 17 Milliarden Rubel bereitzustellen, 7, 2 Milliarden Rubel dieses Betrags wurden dem Staatskonzern Rosatom für die Errichtung einer Reaktoranlage zugewiesen (Forschung und Design Institute Dollezhal Energy Technicians), 4 Milliarden Rubel - an das Keldysh Center für die Entwicklung eines Kernkraftantriebssystems, 5,8 Milliarden Rubel - an RSC Energia, die ein Transport- und Energiemodul bauen sollte. Gemäß dem neuen föderalen Weltraumprogramm 2016-2025 für die weitere Arbeit an dem Projekt war vorgesehen, weitere 22 Milliarden 890 Millionen Rubel bereitzustellen.
Alle diese Arbeiten werden in Russland nicht von Grund auf durchgeführt. Die Möglichkeit der Nutzung von Kernenergie im Weltraum wird seit Mitte der 1950er Jahre von so prominenten russischen Spezialisten wie Keldysh, Kurchatov und Korolev in Erwägung gezogen. Allein von 1970 bis 1988 schickte die Sowjetunion mehr als 30 Aufklärungssatelliten ins All, die mit leistungsschwachen Kernkraftwerken wie Topaz und Buk ausgestattet waren. Diese Satelliten wurden verwendet, um ein Allwetter-Überwachungssystem für Oberflächenziele im gesamten Wasserbereich des Weltozeans zu schaffen, sowie Zielbezeichnungen mit Übertragung an Gefechtsstände oder Waffenträger zu erteilen - die Legende Marine Weltraumaufklärung und Ziel Bezeichnungssystem (1978). In der Zeit von 1960 bis 1980 wurde in unserem Land auf dem Testgelände Semipalatinsk ein nuklearer Raketenantrieb entwickelt und getestet, berichtete die Agentur TASS.
Kernreaktor-Umrichter "Topaz" (reduziertes Modell)
Experten heben folgende Vorteile von Kernkraftantrieben hervor:
- Die Fähigkeit, in 1,5 Monaten zum Mars zu fliegen und zurückzukehren, während ein Flug mit herkömmlichen Raketentriebwerken bis zu 1,5 Jahre dauern kann, ohne dass die Möglichkeit besteht, zurückzukehren.
- Neue Möglichkeiten bei der Erforschung des erdnahen Weltraums.
- Die Fähigkeit, zu manövrieren und zu beschleunigen, im Gegensatz zu Installationen, die nur beschleunigen und dann entlang einer bestimmten Flugbahn fliegen können.
- Reduzierung der Wartungskosten, die durch hohe Ressourcen erreicht wird, 10-Jahres-Betrieb möglich.
- Eine signifikante Erhöhung der Nutzlastmasse, die in die Umlaufbahn gebracht wird, aufgrund des Fehlens großer Kraftstofftanks.
Am 20. Juli 2014 wurde ein Patent der Russischen Föderation unter der Nummer RU2522971 für das "Kernkraftwerk" (KKW) erhalten, der Autor ist der Akademiker A. Koroteev. Später auf der Ausstellung "Staatsordnung - FÜR faire Beschaffung" 2016" präsentierte die nach Dollezhal benannte JSC "NIKIET" ein Modell einer Reaktoranlage für ein Kernkraftwerk der Megawattklasse. Es ist bekannt, dass das in unserem Land entwickelte Kernkraftwerk aus drei Hauptelementen besteht: einer Reaktoranlage mit einem Arbeitsfluid und Hilfsvorrichtungen wie einem Turbinengenerator-Kompressor und einem Wärmetauscher-Rekuperator; ein elektrisches Raketenantriebssystem und ein Kühler mit Kühler (ein System zur Abgabe von Wärme in den Weltraum). Angesichts des Fortschritts der Arbeiten kann festgestellt werden, dass die Russische Föderation alle Chancen hat, als erster ein Raumfahrzeug in die Umlaufbahn zu bringen, das mit einem Kernkraftwerk ausgestattet wird.
Es ist geplant, dass bis 2019 ein Modell eines Kernkraftwerks in Eisen zum Testen erstellt wird. Und die ersten Flüge ins All mit einem solchen Kraftwerk werden in den 2020er Jahren stattfinden. Dmitry Makarov, Direktor des Instituts für Reaktormaterialien (IRM, Gebiet Swerdlowsk), sagte Journalisten bereits im April 2016, dass die ersten Flugtests eines nuklearen Weltraumantriebssystems für die 2020er Jahre geplant seien. In Beantwortung der Fragen von TASS-Journalisten stellte er fest, dass in naher Zukunft ein bodengestützter Prototypenstand dieses Geräts in Russland erstellt wird und die ersten Flugtests im Weltraum in den 2020er Jahren stattfinden werden. Eine solche Installation einer Megawatt-Klasse wird die Bildung leistungsstarker elektrischer Nuklearmotoren ermöglichen, die interplanetare Fahrzeuge auf ernsthafte Geschwindigkeiten beschleunigen können. Im Rahmen dieses Projekts baut Rosatom das Herzstück der Anlage – einen Kernreaktor.
Modell einer Reaktoranlage für ein Kernkraftwerk der Megawattklasse
Laut Makarov hat das IRM die Tests von wärmeleitenden Elementen (TVEL) für diese Anlage erfolgreich abgeschlossen und angegeben, dass Brennelemente im Originalmaßstab getestet wurden, die in solchen Reaktoren verwendet werden sollen. Makarov zweifelt nicht daran, dass es auf der Grundlage der Erfahrung und Kompetenz der Institute Roskosmos und Rosatom möglich sein wird, ein nukleares Antriebssystem zu schaffen, das es unserem Land ermöglicht, nicht nur die nächsten, sondern auch weit entfernte Planeten unseres Sonnensystems zu erreichen. Tatsächlich wird eine Plattform entwickelt, mit deren Hilfe ernsthafte Forschungsprogramme zur Erforschung des Weltraums durchgeführt werden können.
Die Entwicklung eines Kernkraftwerks in Russland hat folgende praktische Vorteile. Erstens ist dies eine bedeutende Erweiterung der Fähigkeiten Russlands und der Menschheit im Allgemeinen. Nuklearbetriebene Raumsonden werden menschliche Reisen zum Mars und anderen Planeten Wirklichkeit werden lassen.
Zweitens werden solche Schiffe die menschliche Aktivität im erdnahen Weltraum erheblich verbessern und eine echte Gelegenheit bieten, den Mond zu besiedeln (es gibt bereits Projekte zum Bau von Atomkraftwerken auf dem Erdsatelliten). „Der Einsatz von Kernkraftwerken wird für große bemannte Weltraumsysteme in Betracht gezogen und nicht für kleine Raumfahrzeuge, die auf anderen Arten von Installationen mit Ionentriebwerken oder Sonnenwindenergie fliegen können. Es wird möglich sein, Kernkraftantriebssysteme auf wiederverwendbaren interorbitalen Schleppern zu verwenden. Zum Beispiel, um verschiedene Ladungen zwischen niedrigen und hohen Umlaufbahnen zu bewegen, um Flüge zu Asteroiden durchzuführen. Es wird auch möglich sein, eine Expedition zum Mars zu schicken oder einen wiederverwendbaren Mondschlepper zu bauen “, sagt Professor Oleg Gorshkov. Solche Schiffe sind in der Lage, die gesamte Wirtschaft der Weltraumforschung zu verändern. Wie die Spezialisten von RSC Energia anmerken, kann eine nuklearbetriebene Trägerrakete die Kosten für den Start einer Nutzlast in eine Umlaufbahn um mehr als das Doppelte im Vergleich zu Raketen mit Flüssigtreibstoff-Raketenantrieben senken.
Drittens handelt es sich bei dieser Entwicklung um neue Technologien und Materialien, die sicherlich während der Durchführung des Projekts auftauchen werden. Sie können in andere Branchen der russischen Industrie eingeführt werden - Maschinenbau, Metallurgie usw. Dies ist ein bahnbrechendes Projekt, das bei erfolgreicher Umsetzung der russischen Wirtschaft neue Impulse geben kann.
