In Russland hat die Entwicklung eines Kernkraftwerks der Megawatt-Klasse für die Raumfahrttechnik einer neuen Generation begonnen. Die Aufgabe wird dem Keldysh Research Center anvertraut. Anatoly KOROTEEV, Direktor des Zentrums, Präsident der Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics, erzählt Interfax-AVN über die Bedeutung dieses Projekts für die russische Kosmonautik und seine Bedeutung, schreibt Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich ist die Entwicklung eines Kernkraftwerks zu einem vorrangigen Ziel geworden, für dessen Erreichung erhebliche Ressourcen konzentriert werden. Ist das wirklich ein Projekt, von dem die Zukunft der Raumfahrt abhängt?
- Genau so. Mal sehen, was die Raumfahrt heute macht. Wir werden Bereiche wie Satellitenkommunikation, hochpräzise Weltraumnavigation, Fernerkundung der Erde sehen – also alles, was mit Informationsunterstützung zu tun hat. Die zweite Richtung ist die Lösung von Problemen im Zusammenhang mit der Erweiterung unseres Weltraumwissens über die Grenzen des erdnahen Weltraums hinaus. Schließlich arbeitet die Kosmonautik sowohl in unserem Land als auch in anderen Ländern an der Lösung bestimmter Verteidigungsaufgaben. Dies sind herkömmlicherweise drei Aufgabenbereiche bei Weltraumaktivitäten heute. Zur Lösung werden bewährte und bewährte Transportsysteme eingesetzt.
Wenn wir uns anschauen, was wir morgen von der Raumfahrt erwarten, dann stellen sich neben der Verbesserung des bereits gelösten Aufgabenspektrums auch die Fragen der Entwicklung von Produktionstechnologien in der Raumfahrt. Die Rede ist auch von Expeditionen zum Mond und zum Mars. Und nicht um den Besuch von Expeditionen, das war die amerikanische Expedition zum Mond, sondern um einen längeren Aufenthalt auf anderen Planeten, damit Sie sich ausreichend Zeit für deren Studium nehmen können.
Außerdem stellen sich Fragen zur möglichen Energieversorgung der Erde aus dem All, zum Kampf gegen die Asteroiden-Kometengefahr. All diese Aufgaben haben eine ganz andere Größenordnung als heute. Wenn wir also darüber nachdenken, wie dieser Aufgabenkomplex durch die Verkehrs- und Energiestruktur abgedeckt wird, sehen wir, dass es dringend erforderlich ist, die Energieversorgung unserer Raumfahrzeuge und die Effizienz der Triebwerke zu erhöhen.
Wir haben heute unwirtschaftliche Fahrzeuge. Stellen Sie sich vor, von 100 Tonnen, die von der Erde wegfliegen, werden bestenfalls 3 % in eine Nutzlast umgewandelt. Dies gilt für alle modernen Raketen. Alles andere wird als verbrannter Brennstoff weggeworfen.
Bei langfristigen Aufgaben ist es extrem wichtig, dass wir uns wirtschaftlich genug im Weltraum bewegen. Hier gibt es den Begriff des spezifischen Schubs, der die Effizienz des Triebwerks charakterisiert. Dies ist das Verhältnis des erzeugten Schubs zum Massentreibstoffverbrauch. Nehmen wir die erste deutsche FAU-2-Rakete, dann betrug ihr spezifischer Schub in den alten Maßeinheiten 220 Sekunden. Heute gibt das beste Antriebsenergiesystem, das Wasserstoff mit Sauerstoff verwendet, einen spezifischen Schub von bis zu 450 Sekunden. Das heißt, 60-70 Jahre Arbeit der besten Köpfe der Welt haben den spezifischen Schub traditioneller Raketentriebwerke nur um das Doppelte erhöht.
Ist es möglich, diesen Indikator mehrmals oder um Größenordnungen zu erhöhen? Es stellt sich heraus, dass es eine gibt. Mit Nukleartriebwerken könnten wir beispielsweise den spezifischen Schub auf etwa 900 Sekunden erhöhen, also noch einmal auf das Doppelte. Und mit einem ionisierten Arbeitsfluid zur Beschleunigung könnten sie Werte von 9000-10000 Sekunden erreichen, das heißt, sie würden den spezifischen Schub um das 20-fache erhöhen. Und das ist heute schon teilweise gelungen: Auf Satelliten mit geringem Schub kommen Plasmatriebwerke zum Einsatz, die einen spezifischen Schub in der Größenordnung von 1600 Sekunden geben. Solche Geräte benötigen jedoch immer noch ausreichend elektrische Leistung. Wenn Sie eine völlig einzigartige Struktur nicht berücksichtigen - die Internationale Raumstation, wo die Stromstärke etwa 100 kW beträgt, dann haben die leistungsstärksten Satelliten heute nur eine elektrische Leistung von 20-30 kW. Es ist sehr schwierig, eine Reihe von Aufgaben zu lösen, wenn wir auf diesem Niveau bleiben.
- Das heißt, Sie brauchen einen qualitativen Sprung?
- Jawohl. Die Raumfahrt erlebt heute einen Zustand ähnlich dem, in dem sich die Luftfahrt nach dem Zweiten Weltkrieg befand, als klar wurde, dass es mit Kolbenmotoren nicht mehr möglich war, die Geschwindigkeit zu erhöhen, die Reichweite nicht ernsthaft zu erhöhen und im Allgemeinen wirtschaftlich rentablen Flugverkehr zu haben. Dann gab es, wie Sie sich erinnern, einen Sprung in der Luftfahrt, und sie wechselten von Kolbentriebwerken zu Strahltriebwerken. Ungefähr die gleiche Situation ist jetzt in der Raumfahrttechnik. Uns fehlt die Energie-Exzellenz, um ernsthafte Herausforderungen zu bewältigen.
Übrigens wurde es heute nicht klar. Bereits in den 60er und 70er Jahren wurde sowohl in unserem Land als auch in den USA mit der Nutzung der Kernenergie im Weltraum begonnen. Ursprünglich bestand die Aufgabe darin, Raketentriebwerke zu entwickeln, die anstelle der chemischen Energie der Verbrennung von Treibstoff und Oxidationsmittel die Erwärmung von Wasserstoff auf eine Temperatur von etwa 3000 Grad nutzen. Aber es stellte sich heraus, dass ein so direkter Weg immer noch wirkungslos ist. Wir erhalten kurzzeitig hohen Schub, werfen aber gleichzeitig einen Jet ab, der sich bei abnormalem Betrieb des Reaktors als radioaktiv verseucht herausstellen kann.
Trotz der enormen Arbeit, die in den 60er und 70er Jahren in der UdSSR und den USA geleistet wurde, waren damals weder wir noch die Amerikaner in der Lage, zuverlässig funktionierende Motoren zu bauen. Sie haben funktioniert, aber nicht viel, denn das Erhitzen von Wasserstoff auf 3000 Tausend Grad in einem Kernreaktor ist eine ernsthafte Aufgabe.
Umweltprobleme gab es auch bei Bodentests von Triebwerken, da radioaktive Jets in die Atmosphäre geschleudert wurden. In der UdSSR wurden diese Arbeiten auf dem speziell für Atomtests vorbereiteten Testgelände Semipalatinsk durchgeführt, das in Kasachstan verblieb.
Und doch machte die UdSSR in diesen Jahren in Bezug auf die Nutzung der Kernenergie zur Stromversorgung von Raumfahrzeugen einen sehr ernsten Schritt. 32 Satelliten wurden hergestellt. Durch die Nutzung von Kernenergie an den Geräten konnte elektrische Energie um eine Größenordnung höher als aus Sonnenenergie gewonnen werden.
Anschließend stellten die UdSSR und die USA aus verschiedenen Gründen diese Arbeit für einige Zeit ein. Heute ist klar, dass sie erneuert werden müssen. Aber es schien uns unvernünftig, so frontal weiterzumachen, um einen Atommotor zu bauen, der die oben genannten Nachteile hat, und wir haben einen ganz anderen Ansatz vorgeschlagen.
- Und was ist der grundlegende Unterschied zwischen dem neuen Ansatz?
„Dieser Ansatz war anders als der alte, so wie sich ein Hybridauto von einem konventionellen Auto unterscheidet. Bei einem konventionellen Auto dreht der Motor die Räder, während bei Hybridautos Strom vom Motor erzeugt wird, und dieser Strom dreht die Räder. Das heißt, es entsteht eine Art Zwischenkraftwerk.
Auf die gleiche Weise haben wir ein Schema vorgeschlagen, bei dem ein Weltraumreaktor den aus ihm ausgestoßenen Strahl nicht erhitzt, sondern Strom erzeugt. Das heiße Gas aus dem Reaktor dreht die Turbine, die Turbine dreht den elektrischen Generator und den Kompressor, der das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf umwälzt. Der Generator erzeugt Strom für ein Plasmatriebwerk mit einem spezifischen Schub, der 20-mal höher ist als der von Chemietriebwerken.
Was sind die Hauptvorteile dieses Ansatzes. Erstens ist das Testgelände Semipalatinsk nicht erforderlich. Wir können alle Tests auf dem Territorium Russlands durchführen, ohne uns in lange schwierige internationale Verhandlungen über die Nutzung der Kernenergie außerhalb des Staates einzulassen. Zweitens ist der das Triebwerk verlassende Strahl nicht radioaktiv, da ein völlig anderes Arbeitsmedium durch den Reaktor fließt, der sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Außerdem brauchen wir in diesem Schema keinen Wasserstoff zu erhitzen, hier zirkuliert ein inertes Arbeitsmedium im Reaktor, das sich auf 1500 Grad erhitzt. Wir vereinfachen unsere Aufgabe ernsthaft. Schließlich werden wir den spezifischen Schub nicht doppelt, sondern 20-fach im Vergleich zu chemischen Triebwerken erhöhen.
- Können Sie den Zeitpunkt des Projekts benennen?
- Das Projekt umfasst die folgenden Phasen: 2010 - Beginn der Arbeiten; 2012 - Fertigstellung des Entwurfsentwurfs und detaillierte Computermodellierung des Arbeitsablaufs; im Jahr 2015 - die Schaffung eines Kernkraftantriebssystems; im Jahr 2018 - die Schaffung eines Transportmoduls mit diesem Antriebssystem, um das System im selben Jahr für den Flug vorzubereiten.
Übrigens war die Phase der Computermodellierung früher nicht typisch für die entstandenen Raumfahrttechnikprodukte, heute aber unbedingt notwendig. Am Beispiel der neuesten Motoren, die in Russland, Frankreich und den USA entwickelt wurden, wurde deutlich, dass die klassische alte Methode, bei der eine Vielzahl von Prototypen zum Testen hergestellt wurden, obsolet ist.
Heute, wenn die Fähigkeiten der Computertechnologie sehr hoch sind, insbesondere mit dem Aufkommen von Supercomputern, können wir physikalische und mathematische Modellierung von Prozessen bereitstellen, eine virtuelle Engine erstellen, mögliche Situationen spielen, sehen, wo die Fallstricke liegen, und erst danach gehen wir zu Erstellen Sie eine Engine, wie sie "in Hardware" sagen.
Hier ist ein gutes Beispiel. Sie haben wahrscheinlich vom RD-180-Motor für die Atlas-Rakete gehört, die für die Amerikaner im Energomash Design Bureau entwickelt wurde. Anstelle von 25-30 Exemplaren, die normalerweise zum Testen des Motors ausgegeben wurden, dauerte es nur 8 und der RD-180 ging sofort in Betrieb. Denn die Entwickler haben sich die Mühe gemacht, all dies auf Computern zu „spielen“.
- Wie hoch ist der Preis der Ausgabe?
- Heute wurden 17 Milliarden Rubel für das gesamte Projekt bis einschließlich 2018 deklariert. Direkt für 2010 wurden 500 Millionen Rubel zugeteilt, davon 430 Millionen Rubel - für Rosatom und 70 Millionen Rubel - für Roskosmos.
Natürlich möchten wir glauben, dass, wenn die Führung des Landes sagt, dass dies ein vorrangiger Bereich ist und das Geld zugewiesen wurde, es gegeben wird.
Der angegebene Betrag ist geringer, als wir uns wünschen, aber ich denke, das reicht für die nächsten Jahre und mit diesem Geld kann eine große Bandbreite an Werken aufgeführt werden.
Unser Institut wurde zum Leiter des Kernkraftwerks ernannt, das Transportmodul wird höchstwahrscheinlich von der Energia Rocket and Space Corporation hergestellt.
Im Allgemeinen basiert das Projekt auf einer Zusammenarbeit, bestehend hauptsächlich aus den Unternehmen Rosatom, die den Reaktor herstellen sollen, und Roskosmos, die Turbokompressoren, Generatoren und Motoren selbst herstellen werden.
Selbstverständlich wird die Arbeit auf den wissenschaftlichen Grundlagen der Vorjahre aufbauen. So basiert beispielsweise die Entwicklung eines Reaktors auf einer Vielzahl von Entscheidungen, die bisher an einem Kernmotor getroffen wurden. Die Zusammenarbeit ist die gleiche. Dies ist das Wissenschaftliche Forschungstechnologische Institut Podolsk, das Kurchatov-Zentrum, das Obninsk-Institut für Physik und Energietechnik. Das Keldysh Center, das Design Bureau for Chemical Engineering und das Voronezh Design Bureau for Chemical Automation haben in einem geschlossenen Kreislauf viel getan. Diese Erfahrung werden wir bei der Entwicklung eines Turboladers voll ausschöpfen. Für den Generator verbinden wir das Institut für Elektromechanik, das Erfahrung mit fliegenden Generatoren hat.
Mit einem Wort, es gibt viel Vorarbeit, die Arbeit beginnt nicht bei Null.
- Kann Russland bei dieser Arbeit anderen Ländern voraus sein?
- Ich schließe dies nicht aus. Ich hatte ein Treffen mit dem stellvertretenden Leiter der NASA, wir haben über Fragen im Zusammenhang mit der Rückkehr zur Kernenergie im Weltraum gesprochen, und er sagte, dass die Amerikaner großes Interesse an diesem Thema zeigen. Eine Beschleunigung der Arbeit in diese Richtung im Westen sei seiner Meinung nach nicht auszuschließen.
Ich schließe nicht aus, dass China seinerseits mit aktiven Maßnahmen reagieren kann, also müssen wir schnell arbeiten. Und das nicht nur, um jemandem einen halben Schritt voraus zu sein. Wir müssen zuallererst schnell arbeiten, damit wir in der entstehenden internationalen Zusammenarbeit, die sich de facto heute bildet, würdig aussehen. Damit sie uns dorthin bringen und nicht in die Rolle von Leuten schlüpfen, die Metallfarmen machen sollen, sondern damit die Einstellung zu uns die gleiche ist wie zum Beispiel in den 90er Jahren. Dann wurde eine große Anzahl von Arbeiten zu nuklearen Quellen im Weltraum freigegeben. Als diese Werke den Amerikanern bekannt wurden, gaben sie ihnen sehr gute Noten. Bis zu dem Punkt, an dem mit uns gemeinsame Programme erstellt wurden.
Grundsätzlich ist ein internationales Programm für ein Kernkraftwerk möglich, ähnlich dem laufenden Kooperationsprogramm zur kontrollierten thermonuklearen Fusion.
- Anatoly Sazonovich, 2011 feiert die Welt den Jahrestag des ersten bemannten Fluges ins All. Dies ist ein guter Grund, an die Errungenschaften unseres Landes im Weltraum zu erinnern.
- Ich denke ja. Schließlich war es nicht nur der erste bemannte Flug ins All. Möglich wurde der Flug durch die Lösung verschiedenster wissenschaftlicher, technischer und medizinischer Fragestellungen. Erstmals flog ein Mensch ins All und kehrte zur Erde zurück, erstmals wurde bewiesen, dass das Wärmeschutzsystem normal funktioniert. Der Flug hatte große internationale Auswirkungen. Vergessen wir nicht, dass seit dem Ende des schwersten Krieges für das Land erst 16 Jahre vergangen sind. Und nun stellte sich heraus, dass ein Land, das mehr als 20 Millionen Menschen verloren und kolossale Zerstörungen erlitten hat, in der Lage ist, nicht nur etwas auf höchstem Weltniveau zu tun, sondern für eine gewisse Zeit sogar die ganze Welt zu übertreffen. Es war eine äußerst wichtige Demonstration, die die Autorität des Landes und den Stolz des Volkes erhöhte.
In meinem Leben gab es zwei Ereignisse von ähnlicher Bedeutung. Dies ist der Tag des Sieges und das Treffen von Yuri Gagarin, das ich persönlich gesehen habe. Am 9. Mai 1945 ging ganz Moskau vom Roten Platz bis in die Außenbezirke zum Feiern auf die Straße. Es war wirklich ein spontaner Impuls, und derselbe beeindruckende Impuls war im April 1961, als Gagarin flog.
Die internationale Bedeutung des halben Jahrhunderts des Erstflugs muss gestärkt werden. Es ist notwendig, die Rolle unseres Landes in der Weltraumforschung hervorzuheben und die Gesellschaft daran zu erinnern. Leider tun wir dies in den letzten 20 Jahren nicht sehr oft. Wenn Sie das Internet öffnen, werden Sie viel Material zum Beispiel zur amerikanischen Mondexpedition sehen, aber nicht zu viel Material zum Gagarin-Flug. Wenn Sie mit aktuellen Schulkindern sprechen, weiß ich nicht, wessen Namen sie besser kennen, Armstrong oder Gagarin. Daher halte ich es für absolut richtig, die Entscheidung zu treffen, den 50. Jahrestag des ersten bemannten Weltraumfluges auf Landesebene zu feiern und ihm einen internationalen Klang zu verleihen.
Die Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics vergibt für diese Veranstaltung eine Medaille, die an Personen verliehen wird, die am Erstflug beteiligt waren oder einen ausreichenden Beitrag zur Entwicklung der Raumfahrt geleistet haben. Darüber hinaus bereiten wir eine große internationale Konferenz vor, auf der mit ausländischen und russischen Partnern die für die gegenwärtige Phase charakteristischen Merkmale der bemannten Weltraumforschung diskutiert werden sollen. Hier gibt es viele schwierige Fragen.
Wenn wir heute hundert Leute auf der Straße anhalten und fragen, welcher der Kosmonauten jetzt ins All fliegt, Gott bewahre, wenn uns drei oder vier Leute antworten, und davon bin ich nicht überzeugt. Und wenn wir die Frage stellen, was machen die Astronauten auf der Station, dann noch weniger. Ich denke, dass die Förderung des realen Weltraumlebens, der bemannten Flüge, extrem wichtig ist und nicht genug getan wird. Es gibt eine Menge dummes Material im Fernsehen, wenn sich jemand mit Außerirdischen getroffen hat oder wie Außerirdische jemanden mitgenommen haben.
Ich wiederhole, der fünfzigste Jahrestag des ersten bemannten Weltraumflugs ist ein wahrhaft epochales Ereignis, das sowohl in unserem Land als auch auf internationaler Ebene auf würdigste Weise gefeiert werden muss. Und natürlich wird unser Institut daran direkt teilnehmen, der mit diesem Flug verwandt war und daran teilgenommen hat. Insbesondere für die Lösung von Flugproblemen erhielten einige unserer Mitarbeiter aus dieser Zeit staatliche Auszeichnungen. Zum Beispiel erhielt der stellvertretende Direktor des damaligen Instituts, der Akademiker Georgy Petrov, den Titel eines Helden der sozialistischen Arbeit für die Entwicklung von Methoden zum Wärmeschutz eines Schiffes beim Abstieg aus der Umlaufbahn. Natürlich werden wir versuchen, dieses Ereignis würdig zu feiern.
