خلال MAKS -2013 ، قدم تعاون الشركات المحلية من هياكل Roscosmos و Rosatom نموذجًا محدثًا لوحدة النقل والطاقة (TEM) مع وحدة دفع الطاقة النووية الفضائية (NPP) من فئة ميغاواط (NK No. 10 ، 2013 ، ص 4). تم تقديم هذا المشروع للجمهور قبل أربع سنوات بالضبط ، في أكتوبر 2009 (قانون الضرائب رقم 12 ، 2009 ، ص 40). ما الذي تغير خلال هذا الوقت؟
وقائع المشروع
تذكر أن الهدف من المشروع هو إنشاء قاعدة دفع للطاقة ، وعلى أساسها ، مركبات فضائية جديدة ذات نسبة عالية من القوة إلى الوزن من أجل تنفيذ برامج طموحة لدراسة الفضاء الخارجي واستكشافه. تتيح هذه الوسائل تنفيذ رحلات استكشافية إلى الفضاء السحيق ، وزيادة الكفاءة الاقتصادية لعمليات النقل الفضائي بأكثر من 20 ضعفًا وزيادة الطاقة الكهربائية على متن المركبة الفضائية بأكثر من 10 أضعاف.
تعتمد محطة الطاقة النووية على مفاعل نووي مع محول توربيني طويل العمر. يتم تنفيذ تطوير TEM بأمر من رئيس روسيا بتاريخ 22 يونيو 2010 برقم 419-rp. ويتوخى إنشاءها من خلال برنامج الدولة "الأنشطة الفضائية لروسيا للفترة 2013-2020" ، وبرنامج الرئيس لتحديث الاقتصاد. يتم تمويل العمل بموجب العقد من الميزانية الفيدرالية في إطار البرنامج الخاص "تنفيذ مشاريع اللجنة تحت إشراف رئيس الاتحاد الروسي لتحديث الاقتصاد الروسي وتطويره التكنولوجي" *.
تم تخصيص أكثر من 17 مليار روبل لتنفيذ هذا المشروع المتقدم في الفترة من 2010 إلى 2018. التوزيع الدقيق للأموال على النحو التالي: 7.245 مليار روبل مخصصة لشركة روساتوم الحكومية لتطوير المفاعل ، و 3.955 مليار روبل - لمركز أبحاث إم في كيلديش لإنشاء محطة للطاقة النووية ، وحوالي 5.8 مليار روبل - لشركة RSC Energia لتصنيع TEM. المؤسسة الرئيسية المسؤولة عن تطوير المفاعل النووي نفسه هي معهد البحث والتطوير لتقنيات الطاقة (NIKIET) ، وهو جزء من نظام Rosatom. يشمل التعاون أيضًا معهد بودولسك للبحث العلمي التكنولوجي ، و RRC "معهد كورشاتوف" ، ومعهد الفيزياء وهندسة الطاقة في أوبنينسك ، ومعهد البحث العلمي NPO "Luch" ، ومعهد البحث العلمي للمفاعلات الذرية (NIIAR) وعدد من المؤسسات والمنظمات الأخرى. قام مركز Keldysh ومكتب التصميم للهندسة الكيميائية ومكتب التصميم للأتمتة الكيميائية بعمل الكثير في دائرة السوائل العاملة. تم ربط معهد الكهروميكانيكا بتطوير المولد.
لأول مرة ، يطبق المشروع تقنيات مبتكرة ليس لها نظائر في العالم في كثير من النواحي:
دائرة تحويل عالية الكفاءة ؛
مفاعل نيوتروني سريع مضغوط عالي الحرارة مزود بأنظمة تبريد الغاز ، مما يضمن السلامة النووية والإشعاعية في جميع مراحل التشغيل ؛
عناصر وقود عالية الكثافة تعتمد على الوقود ؛
نظام دفع كروز يعتمد على كتلة من محركات الصواريخ الكهربائية القوية عالية الأداء (EJE) ؛
توربينات عالية الحرارة ومبادلات حرارية مدمجة ذات عمر تصميم يصل إلى عشر سنوات ؛
محولات المولدات الكهربائية عالية السرعة ذات الطاقة العالية ؛
نشر الهياكل كبيرة الحجم في الفضاء ، إلخ.
في المخطط المقترح ، يولد مفاعل نووي الكهرباء: مبرد غاز ، مدفوع من خلال القلب ، يدير التوربين ، الذي يدور مولدًا كهربائيًا وضاغطًا ، يقوم بتدوير سائل العمل في حلقة مغلقة. المادة من المفاعل لا تخرج إلى البيئة ، أي يتم استبعاد التلوث الإشعاعي. يتم استهلاك الكهرباء لتشغيل محرك الدفع الكهربائي ، وهو أكثر اقتصادا بأكثر من 20 مرة من نظائرها الكيميائية من حيث استهلاك سائل العمل. يجب أن تضمن كتلة وأبعاد العناصر الأساسية لمحطة الطاقة النووية وضعها في الرؤوس الحربية الفضائية لمركبات الإطلاق الروسية الحالية والمحتملة "بروتون" و "أنجارا".
يظهر تاريخ المشروع تطوره السريع في العصر الحديث. في 30 أبريل 2010 ، وافق نائب المدير العام لمؤسسة الطاقة الذرية الحكومية Rosatom ، مدير مديرية مجمع الأسلحة النووية IM Kamenskikh ، على اختصاصات تطوير منشأة مفاعل و TEM في إطار مشروع "إنشاء لوحدة النقل والطاقة على أساس محطة طاقة نووية ميغاواط ". تمت الموافقة على الوثيقة والموافقة عليها من قبل روسكوزموس. في 22 يونيو 2010 ، وقع الرئيس الروسي دميتري ميدفيديف على أمر بشأن تحديد المقاولين الوحيدين للمشروع.
في 9 فبراير 2011 في موسكو على أساس مركز Keldysh ، تم عقد مؤتمر بالفيديو للمؤسسات - مطورو TEM. حضر الحفل رئيس Roscosmos A. N. نباتات في NIKIET. تم إيلاء اهتمام خاص للحاجة إلى إنشاء حامل "مورد" لاختبار تركيب مفاعل مع وحدة تحويل الطاقة.
في 25 أبريل 2011 ، أعلنت Roscosmos عن مناقصة مفتوحة لتطوير محطة للطاقة النووية ، وهي منصة متعددة الوظائف في المدار الثابت بالنسبة للأرض والمركبة الفضائية بين الكواكب. نتيجة للمنافسة (التي فازت بها NIKIET في 25 مايو من نفس العام) ، تم توقيع عقد حكومي صالح حتى عام 2015 بقيمة 805 مليون روبل لإنشاء عينة مقاعد البدلاء للتثبيت.
ينص العقد على تطوير: اقتراح تقني لإنشاء عينة من محطة طاقة نووية (مع محاكاة حرارية لمفاعل نووي) ؛ مشروع تصميمه التصميم والتوثيق التكنولوجي لنماذج أولية لمكونات منتج منضدة وعناصر أساسية لمحطة طاقة نووية ؛ العمليات التكنولوجية ، وكذلك إعداد الإنتاج لتصنيع النماذج الأولية لمكونات منتج مقاعد البدلاء والعناصر الأساسية للتركيب ؛ صنع عينة من مقاعد البدلاء وتنفيذ تطويرها التجريبي.
يجب أن يتضمن تكوين نموذج مقاعد البدلاء لمحطة الطاقة النووية العناصر الأساسية للتركيب القياسي ، المصمم لضمان الإنشاء اللاحق للمنشآت ذات القدرات المختلفة على أساس مبدأ معياري. يجب أن تولد عينة المقعد طاقة معينة - حرارية وكهربائية ، بالإضافة إلى إنشاء نبضات دفع نموذجية لجميع مراحل تشغيل محطة الطاقة النووية كجزء من المركبة الفضائية. تم اختيار مفاعل نيوتروني سريع عالي الحرارة مبرد بالغاز بطاقة حرارية تصل إلى 4 ميغاواط للمشروع.
في 23 أغسطس 2012 ، عُقد اجتماع لممثلي Rosatom و Roscosmos ، مكرسًا لتنظيم العمل على إنشاء مجمع اختبار لاختبارات التحمل المطلوبة لتنفيذ مشروع TEM. تم عقده في معهد A. P. Aleksandrov للبحث العلمي التكنولوجي في Sosnovy Bor بالقرب من سانت بطرسبرغ ، حيث تم التخطيط لإنشاء المجمع المحدد.
تم الانتهاء من التصميم الأولي لل TEM في مارس من هذا العام. أتاحت النتائج التي تم الحصول عليها الانتقال في عام 2013 إلى مرحلة التصميم التفصيلي وتصنيع المعدات والعينات للاختبارات المستقلة.بدأ اختبار وتطوير تقنيات المبرد هذا العام في مفاعل أبحاث MIR في NIIAR (ديميتروفغراد) ، حيث تم تركيب حلقة لاختبار مبرد الهيليوم - زينون عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.
من المقرر إنشاء نموذج أولي أرضي لمحطة المفاعل بحلول عام 2015 ، وبحلول عام 2018 يجب تصنيع محطة مفاعل لاستكمال نظام الدفع بالطاقة النووية وبدء اختباراتها في سوسنوفي بور. قد تظهر أول TEM لاختبارات الطيران بحلول عام 2020.
عقد الاجتماع التالي حول المشروع في 10 سبتمبر 2013 في شركة روساتوم الحكومية. قدم رئيس NIKIET Yu. G. Dragunov معلومات عن حالة العمل والمشاكل الرئيسية في تنفيذ البرنامج. وأكد أن المتخصصين في المعهد قد طوروا في الوقت الحاضر وثائق التصميم الفني لمحطة الطاقة النووية ، وحددوا حلول التصميم الرئيسية وتنفيذ العمل وفق "خارطة الطريق" للمشروع. بعد الاجتماع ، أصدر رئيس شركة روساتوم S. V. Kirienko تعليمات إلى NIKIET بإعداد مقترحات لتحسين خارطة الطريق.
تم العثور على بعض تفاصيل ميزات التصميم والتصميم لمحطة الطاقة النووية خلال محادثة مع ممثلي مركز كيلديش في المعرض الجوي MAKS-2013. على وجه الخصوص ، أفاد المطورون أن التثبيت سيتم على الفور بالكامل نسخة بالحجم ، دون عمل نموذج أولي مخفض.
تتميز محطة الطاقة النووية بخصائص عالية للغاية (لنوعها): حيث تبلغ الطاقة الحرارية للمفاعل 4 ميجاوات ، وستكون الطاقة الكهربائية للمولد 1 ميجاوات ، أي أن الكفاءة ستصل إلى 25٪ ، وهو ما يعتبر مؤشر جيد جدا.
المحول التوربيني هو عبارة عن دائرتين. في الدائرة الأولى ، يتم استخدام مبادل حراري لوحة - ثلاجة ومبادل حراري أنبوبي. هذا الأخير يفصل بين دائرة إزالة الحرارة الرئيسية (الأولى) ودائرة عودة الحرارة الثانية.
فيما يتعلق بأحد أكثر الحلول إثارة للاهتمام التي يتم تطويرها في إطار المشروع (اختيار نوع المبردات - مشعات الدائرة الثانية) ، تم تقديم الإجابة بأنه يتم النظر في كل من المبادلات الحرارية بالتنقيط واللوحة ، وحتى الآن لم يتم الاختيار. في النماذج والملصقات المعروضة ، تم تقديم الخيار المفضل مع ثلاجة - مبرد بالتنقيط. في موازاة ذلك ، يجري العمل على المبادل الحراري للوحة. لاحظ أن هيكل TEM بالكامل قابل للتحويل: عند الإطلاق ، يتم تركيب الوحدة تحت غطاء رأس LV ، وفي المدار "تنتشر أجنحتها" - تتوسع القضبان ، وتنشر المفاعل والمحركات والحمولة على مسافة طويلة.
سيستخدم محرك TEM مجموعة كاملة من محركات EPE القوية للغاية المحسّنة - أربعة "بتلات" من ستة محركات رئيسية بقطر 500 مم ، بالإضافة إلى ثمانية محركات أصغر للتحكم في الانقلاب وتصحيح المسار. في صالة عرض MAKS-2013 ، تم عرض محرك يعمل ، والذي يخضع بالفعل للاختبار (حتى الآن في اتجاه جزئي ، بطاقة كهربائية تصل إلى 5 كيلو واط). تعمل EJEs على زينون. هذا هو أفضل سائل عمل ولكنه أيضًا أغلى. تم النظر في خيارات أخرى: على وجه الخصوص ، المعادن - الليثيوم والصوديوم. ومع ذلك ، فإن المحركات التي تعتمد على وسيط العمل هذا أقل اقتصادا ، ومن الصعب جدًا إجراء اختبارات أرضية على مثل هذه المحركات الكهربائية.
الموارد المقدرة لمحطة الطاقة النووية ، المدرجة في المشروع ، هي عشر سنوات. من المفترض أن يتم إجراء اختبارات الموارد مباشرة عند التثبيت الكامل ، وسيتم تشغيل الوحدات بشكل مستقل على قاعدة مقاعد الشركات التعاونية. على وجه الخصوص ، تم بالفعل تصنيع الشاحن التوربيني الذي تم تطويره في KBHM ويتم اختباره في غرفة مفرغة في مركز Keldysh. كما تم صنع جهاز محاكاة حراري لمفاعل قدرة 1 ميغاواط.
