В нашей стране продолжается разработка транспортно-энергетического модуля ТЭМ с ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного класса (ЯЭДУ). Появление такого образца, пригодного для эксплуатации, окажет серьезное влияние на дальнейшее развитие отечественной и мировой космонавтики. Пока же ТЭМ находится на стадии проектных работ, и недавно общественности вновь показали макет такого изделия в его актуальном виде.
Новый макет ТЭМ на МАКС-2019. Фото РИА Новости / ria.ru
Экспонат МАКС-2019
В последние годы неоднократно публиковались различные материалы по ТЭМ и ЯЭДУ для него. Среди прочего, разработчики показывали рисунки с возможным обликом такого образца. В конце августа в рамках салона МАКС-2019 состоялась первая демонстрация нового макета ТЭМ, отражающего нынешние взгляды на этот проект. Макет присутствовал в павильоне «Роскосмоса» на стенде КБ «Арсенал».
Нынешний вариант облика ТЭМ заметно отличается от демонстрировавшихся ранее версий, но сохраняет определенные их черты. В частности, сохранены общие положения компоновки агрегатов и подходы к конструированию. При этом присутствует ряд характерных отличий.
Наиболее крупным элементом макетного модуля является телескопическая четырехсекционная ферма круглого сечения, являющаяся основой для монтажа агрегатов. Ее головная часть оснащена конической фермой и закрытым отсеком. На боках фермы закреплены шесть панелей системы охлаждения. Хвостовой отсек ТЭМ выполнен в виде закрытого прямоугольного корпуса. Спереди на нем закреплена основная ферма, на бортах – солнечные батареи. В корпусе помещаются ракетный двигатель нового типа и другие агрегаты.
Новое и старое
Ранее в публикациях на тему ТЭМ и ЯЭДУ фигурировали изображения с техникой иного облика. Согласно одной из поздних версий проекта, в основе транспортно-энергетического модуля должна лежать продольная раздвижная ферма квадратного сечения и большого удлинения, облегчающая вывод изделия на орбиту. В ее головной части помещается отсек с реактором, в хвостовом – электроракетный двигатель и другие системы, размещенные на раскрываемых опорах. Вдоль несущей фермы планировалось разместить средства охлаждения.
Макет от КБ «Арсенал» имеет ряд характерных черт и отличается от более старых изображений. В первую очередь, его отличают конструкция основной фермы и компоновка агрегатов. Для нового варианта ТЭМ характерна более массивная несущая ферма иной конструкции. Также он лишился Х-образных хвостовых балок, раскрываемых в полете и несущих часть приборов.
Конструкция макета позволяет предполагать изменение компоновки. Возможно, теперь крупный хвостовой корпус вмещает не только электроракетный двигатель, но и ядерный реактор с сопутствующими системами. В таком случае головной корпус меньших размеров может использоваться для размещения систем управления или иной аппаратуры.
На разных схемах ранее фигурировали отличающиеся конфигурации систем охлаждения. То же относится и к новому макету. На этот раз для излучения излишнего тепла в пространство предлагается использовать шесть панелей-излучателей, установленных вдоль фермы в виде трех параллельных «плоскостей». Ранее предлагались иные конфигурации охладителей, в т.ч. агрегаты большей площади, занимавшие едва ли не всю длину несущей фермы.
В ноябре прошлого года телестудия «Роскосмоса» опубликовала ролик, показывавший возможный облик будущего ТЭМ с ЯЭДУ. Такой вариант модуля серьезно отличался от демонстрировавшихся ранее. При сохранении линейной архитектуры на основе раздвижной фермы такой ТЭМ должен был иметь хвостовые агрегаты, выполненные в виде незамкнутого цилиндра. В таком виде следовало выполнить силовую установку, охлаждение и т.д.
Ранний вариант компоновки ТЭМ. Рисунок РКК «Энергия» / kosmolenta.com
Нетрудно заметить, что нынешний макет ТЭМ отличается и от «прошлогодней» версии облика. При этом по своему виду и конструкции он гораздо ближе более ранним версиям проекта.
Технические задачи
Проект ТЭМ отличается высочайшей технической сложностью и для его успешной реализации необходимо решить массу особых задач. Для создания такого модуля нужны новые конструкции узлов и агрегатов, новые технологии и материалы с особыми характеристиками. Необходимость решения всех этих задач привела к тому, что разработка ЯЭДУ и ТЭМ ведется целым рядом предприятий из состава «Роскосмоса» и «Росатома».
В разное время в публикуемых материалах присутствовали отличающиеся варианты ТЭМ, и причиной этого можно считать именно общую сложность проекта. Успехи в поиске решений тех или иных задач приводил к соответствующим изменениям общего облика модуля. Соответственно, последний на данный момент макет ТЭМ от КБ «Арсенал» показывает нынешние взгляды на проект.
По известным данным, в качестве основы для ЯЭДУ выбран газоохлаждаемый ядерный реактор на быстрых нейтронах. В первом контуре системы охлаждения будет применена гелий-ксеноновая смесь. В активную зону поместят топливо с повышенной степенью обогащения. Температура активной зоны будет достигать 1500°K. Планируется обеспечить высочайший ресурс конструкции, позволяющий эксплуатировать ТЭМ в течение 10-12 лет.
Ядерные энергоустановки такого рода и с такими характеристиками пока не создавались и не эксплуатировались. Для строительства подобной конструкции необходимы материалы с высокой стойкостью к тепловым и механическим нагрузкам. Также необходимо отработать саму конструкцию, чтобы при требуемой мощности она имела приемлемые габариты и массу.
Имеются сложности в сфере систем охлаждения. ЯЭДУ мегаваттного класса должна рассеивать в пространство сопоставимые объемы тепловой энергии. Современные радиаторы для космической техники пока не могут похвастать такими характеристиками. Так, система охлаждения МКС сбрасывает в пространство ок. 70 кВт тепловой энергии – это в разы меньше необходимого для ЯЭДУ и ТЭМ.
Прорабатываются разные варианты охладителей для ТЭМ, что отражается на рисунках и при сборке макетов. По-видимому, набор плоских радиаторов на макете от «Арсенала» на данный момент считается наиболее выгодной конструкцией с оптимальными характеристиками. Впрочем, вполне возможно, что и эта система не будет окончательным вариантом.
При всех сложностях, в рамках проекта ТЭМ достигнуты заметные успехи. Так, несколько лет назад начались испытания электроракетного двигателя ИД-500, созданного специально для будущей ЯЭДУ. В 2017 г. такое изделие проработало на стенде 300 часов, показав мощность 35 кВт.
ТЭМ образца 2018 г. Кадр из видео телестудии "Роскосмоса
"
Регулярно выполняются сборка и испытания отдельных компонентов ЯЭДУ и ТЭМ. К примеру, в прошлом году прошли испытания макетного образца капельной системы охлаждения. Отрабатываются другие компоненты реактора, вспомогательных систем и транспортно-энергетического модуля в целом.
Транспорт отдаленного будущего
Целью нынешних проектов ЯЭДУ и ТЭМ является создание перспективного комплекса, способного обеспечить решение новых задач в космическом пространстве. Транспортно-энергетический модуль с реактором и электроракетным двигателем будет иметь важные преимущества перед ракетными системами традиционных конструкций и позволит успешно организовывать новые миссии.
Главной сферой применения ТЭМ считают полеты к другим небесным телам. ЯЭДУ показывает высочайшую эффективность по топливу и имеет уникальный удельный импульс, что упрощает полеты к Луне или Марсу. Также появляется возможность увеличить полезную нагрузку в сравнении с нынешними ракетно-космическими системами. Важной особенностью ТЭМ является возможность энергоснабжения нагрузки за счет штатных средств модуля.
Однако получение таких результатов возможно лишь в отдаленном будущем. Согласно актуальным планам, летные испытания ТЭМ в полной комплектации начнутся не ранее конца двадцатых годов. Запуск эксплуатации и привлечение модуля к реальной работе возможны только в начале тридцатых.
Работы по ТЭМ будут продолжаться еще несколько лет, и за это время проект может претерпеть заметные изменения. В связи с этим можно предположить, что макет модуля для МАКС-2019 вскоре перестанет отражать реальный облик создаваемого изделия. Однако изменение взглядов на конструкцию и ее элементы приведет к появлению новых демонстрационных материалов – уже на следующих выставках.
