Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[Старый]

сократить расходы запуска объекта в космос на 300 и более процентов

А разве законы физики разрешают уменьшать более чем на 146%? 

[Верный Союзник с Окинавы]

В исходной статье говорится: "По словам специалистов из ЦАГИ, разреженный атмосферный воздух будет ионизироваться и обеспечивать разгон в электромагнитном поле. Итог - двигатель сможет генерировать плазму, что приведёт в движение аппарат, выводимый на орбиту". Далее следует вообще фантастическое утверждение: "использование подобного двигателя на этапе когда проходит полёт на сверхнизкой орбите, позволит в целом сократить расходы запуска объекта в космос на 300 и более процентов." Видимо, корреспондент неправильно изложил. Предполагаю, что изделие не предназначено для высоких орбит, тем более ССО. Это некая версия Буревестника с ядерной энергоустановкой и большой длительностью полета. Реализуемость - сомнительна. "Полезная нагрузка" смертоносна. Риски при испытаниях и эксплуатации - велики.

Собранные в камеру атомы может и будут участвовать в тепловой реакции, но энергия этого процесса будет невелика. Процесс захвата массы оказывает тормозящее действие. Термин "прямоточный", примененный в статье, мне кажется неудачным и запутывает.

Суть в том, что ионизировать никого не надо. Ультрафиолетовое излучение всё уже ионизировало.

Да, там всё-таки атмосфера и сопротивление оказываться будет, но скорости порядка 2М достижимы.

Читал про это в советском научпопе, там упоминалось, мол амеры делали тесты с баллистическими ракетами. И у них получалось получить выделение энергии из этой реакции.

Но ИМХО, в контексте этой новости - не более чем пустой трёп.

[Sembler]

сократить расходы запуска объекта в космос на 300 и более процентов

А разве законы физики разрешают уменьшать более чем на 146%? 

"на 300%" журналист преувеличил. Конечно, максимум на 146%, если ракета будет лететь соплом вперед

[Shin]

Вы не можете просматривать это вложение.


Относительно свежий "Арт" искомой зверушки.

[Shin]

Вид спереди за пепелац без МПН


Вы не можете просматривать это вложение.

[zandr]

https://ria.ru/20220410/roskosmos-1782763007.html

"Роскосмос" впервые показал схему работы ядерного буксира "Зевс"
МОСКВА, 10 апр – РИА Новости. "Роскосмос" впервые опубликовал схему работы аппарата "Зевс" на базе Транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ядерной энергоустановкой, принцип работы описан в журнале "Русский космос".
Согласно представленной схеме, теплоноситель, в роли которого выступает газ, прокачивается через реактор, где выделяется тепло под действием распада атомных ядер. Нагретый газ вращает турбину, которая соединена с генератором для выработки электричества, и компрессором, благодаря которому теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру.
При прокачке теплоносителя через теплообменные аппараты происходит сброс тепла. Для того, чтобы реализовать этот процесс, теплоноситель второго контура одновременно подается в радиаторы-излучатели. Энергию получают полезная нагрузка и электроракетные двигатели. Как отмечается в журнале, их удельный расход рабочего тела в двадцать с лишним раз ниже, чем у химических аналогов.
Также в журнале демонстрируются один из вариантов реактора мегаваттного класса и блок ТЭМ, собранный на базе такого реактора.

Спойлер

Ядерный буксир разрабатывается в России с 2010 года. Ранее первый заместитель гендиректора "Роскосмоса" Юрий Урличич в одной из своих презентаций говорил о планах первого полета на орбиту в 2030 году для летных испытаний. Сообщалось, что ядерный буксир будет предназначен для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Он получил название "Зевс", а сами научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы называются "Нуклон".
Первая российским миссия "Зевса" к Юпитеру займёт 50 месяцев и продлится с 2030 по 2034 годы. "Зевс" и модуль полезной нагрузки будут выведены на орбиту с космодрома Восточный на отдельных ракетах-носителях. Они состыкуются, отправятся к Луне проведут её облет и вернутся к Земле. Затем к "Зевсу" пристыкуется другой модуль полезной нагрузки, после чего станция полетит в сторону Венеры, совершит гравитационный маневр и направится к спутникам Юпитера. Миссия будет полностью автоматической.

[свернуть]

[zandr]

https://ria.ru/20220410/kosmos-1782764735.html

Ресурс ядерного буксира "Зевс" составит десять лет
МОСКВА, 10 апр – РИА Новости. Ресурс ядерной двигательной установки аппарата "Зевс" на базе Транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) составит 10 лет, за это время можно будет осуществить несколько миссий к планетам Солнечной системы.
"Расчетный ресурс ядерной энергодвигательной установки составляет десять лет. В течение этого срока модуль способен совершить несколько миссий, возвращаясь на околоземную орбиту для стыковки с очередной полезной нагрузкой и дозаправки рабочим телом для электроракетных двигателей", - говорится в журнале "Русский космос".
Отмечается, что после исчерпания ресурса аппарат можно будет либо оставлять на радиационно-безопасных орбитах вокруг Земли, либо направлять в дальний космос.
Согласно приведенным данным, перед полетом модуль будут полностью собирать и испытывать на Земле. Затем его со сложенными под головным обтекателем ракеты-носителя раскладными элементами и при выключенном ядерном реакторе будут выводить на радиационно-безопасную орбиту высотой больше 800 километров. Именно здесь его элементы будут раскладывать в полетную конфигурацию, а после необходимых проверок запускаться двигатель. С такой высоты модуль не упадет на Землю в течение сотен лет.

Спойлер

Ядерный буксир разрабатывается в России с 2010 года. Ранее первый заместитель гендиректора "Роскосмоса" Юрий Урличич в одной из своих презентаций говорил о планах первого полета на орбиту в 2030 году для летных испытаний. Сообщалось, что ядерный буксир будет предназначен для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Он получил название "Зевс", а сами научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы называются "Нуклон".
Первая российская миссия "Зевса" к Юпитеру займёт 50 месяцев и продлится с 2030 по 2034 годы. "Зевс" и модуль полезной нагрузки будут выведены на орбиту с космодрома Восточный на отдельных ракетах-носителях. Они состыкуются, отправятся к Луне проведут её облет и вернутся к Земле. Затем к "Зевсу" пристыкуется другой модуль полезной нагрузки, после чего станция полетит в сторону Венеры, совершит гравитационный маневр и направится к спутникам Юпитера. Миссия будет полностью автоматической.

[свернуть]

[Farakh]

Господа, до 2030 года всего 8 лет осталось. Полезная нагрузка, то есть все эти венерианские и юпитерианские зонды - они как, разрабатываются?

[Дмитрий Инфан]

Господа, до 2030 года всего 8 лет осталось. Полезная нагрузка, то есть все эти венерианские и юпитерианские зонды - они как, разрабатываются?

Был бы буксир. А зонд китайцы сделают.

[Старый]

Относительно свежий "Арт" искомой зверушки.

На мой взгляд недостаточно ярок и цветист.

[Blackhavvk]

Господа, до 2030 года всего 8 лет осталось. Полезная нагрузка, то есть все эти венерианские и юпитерианские зонды - они как, разрабатываются?

Да поставят технологически простые зонды, цель то отработка Зевса в первую очередь. К Луне для пафоса могут ПТК-НП прицепить.

[SONY]

Так с тех древних пор космонавтика мировая получила огромнейший опыт в ионных движках и немало реакторов ядерных в космос запустили.

Самые мощные модели что двигателей, что реакторов, когда-либо летавшие в космос, на два порядка уступают параметрам Нуклона/Зевса.

[Старый]

на два порядка уступают параметрам Нуклона/Зевса.

несуществующим параметрам несуществующего Нуклона/Зевса.

[Arzach]

впервые опубликовал схему работы аппарата "Зевс" на базе Транспортно-энергетического модуля (ТЭМ)...

Данную схему может и впервые, но отражённый в ней принцип был известен с самого начала работ над проектом.

Ресурс ядерной двигательной установки аппарата "Зевс" на базе Транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) составит 10 лет

У "Зевса" нет "ядерной двигательной установки" у него есть ядерная энергоустановка, вырабатывающая электроэнергию для питания ЭРД. Интересно, с какого потолка взята цифра по ресурсу, если в опубликованном ранее ТЗ требуемый ресурс ТЭМ чуть более трёх лет, а МПН - чуть более двух лет.

[zandr]

https://www.roscosmos.ru/34679/

Буксир ложится на курс
«Зевс» перед стыковкой с модулем полезной нагрузки и запасом рабочего

6 фото

Высокооборотный турбокомпрессор-генератор для энергоблока ТЭМ
Испытания электроракетных двигателей ИД-200 и ИД-500
Kilopower
DRACO

[свернуть]

Пожалуй, наиболее интригующая тема в мировой космонавтике — создание космического аппарата с ядерной энергодвигательной установкой. Компактная, надежная и долговечная, она способна совершить переворот в освоении космического пространства и сделать реальными относительно быстрые полеты к дальним планетам.

Россия является единственной страной в мире, имеющей опыт создания и успешной штатно-целевой эксплуатации в космосе реакторных ядерных энергоустановок. Эти наработки получены в ходе программы запуска спутников УС-А и экспериментальных научно-технологических аппаратов «Плазма-А» в 1960–1980-е годы.

Накопленный за десятилетия уровень критических технологий позволил перейти на новый уровень задач. Старт работам по созданию транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса был дан в 2009 г. Прорывные изыскания стали одной из самых значимых инициатив Роскосмоса и Росатома.

В целом облик создаваемого аппарата определился в рамках эскизного проекта к 2012 г. С учетом имеющихся технологий и финансирования к октябрю 2018 г. успешно завершились испытания наземного прототипа установки с использованием тепловых имитаторов ядерного реактора. По ракетно-космической части была разработана конструкторская документация, автономно и в рамках кооперации испытан ряд составных частей прототипа, в том числе система преобразования энергии, турбогенераторы, теплообменные аппараты, средства сброса низкопотенциального тепла в космос и электроракетные двигатели.

 

Безальтернативный вариант

«Решения, которые мы закладываем, позволят доставить десятки тонн полезной нагрузки, например, к спутникам Юпитера. Вы сейчас никакими другими способами такую массу полезной нагрузки доставить не сможете. Там речь идет не о массе всего аппарата, а о массе полезной нагрузки, которая представляет собой научное оборудование, специальное зондирующее радиолокационное оборудование», — объяснил исполнительный директор по перспективным программам и науке Госкорпорации «Роскосмос» Александр Блошенко на Всероссийском форуме космонавтики и авиации «КосмоСтарт-2021».

Действительно, фокус мировой космонавтики в последнее время все активнее смещается в сторону изучения небесных тел, находящихся на значительном удалении от Земли. Мотивов для таких исследований достаточно: это и поиск следов жизни, и проработка вопросов добычи ресурсов, и попытка на примерах других планет узнать, что нас, землян, ждет в будущем.

«Золотым ключиком» для дальних путешествий как раз может стать ядерная энергетика: она позволяет получить максимальное количество энергии из минимального объема топлива. Использование систем, состоящих из ядерного источника энергии и электроракетных двигателей, открывает принципиально новые возможности для межорбитальных и межпланетных перелетов.

Речь не идет о вытеснении традиционных источников электроэнергии — химических и солнечных. Но начиная с уровня вырабатываемой мощности 500 кВт и более ядерные энергоустановки получают значительный выигрыш в массе, габаритах и возможностях. Становится возможным применение электроракетных двигателей в качестве маршевых. А для миссий за пределы орбиты Юпитера атомная энергетика и электроракетные двигатели просто безальтернативны. Время перелета будет в несколько раз меньше, чем при использовании разгонных блоков с химическими двигателями и ракет-­носителей сверхтяжелого класса.

К тому же суть вопроса не только в том, чтобы долететь. Необходимо обеспечить работу научной аппаратуры и энергетику для передачи данных на Землю. Только в этом случае миссия будет иметь смысл!

Здесь надо понимать, что «аппетиты» запускаемых аппаратов в электрической мощности возрастают примерно вдвое каждые пять лет. В абсолютных цифрах потребности уже сегодня выражаются десятками киловатт. В этой «гонке» солнечные батареи выглядят аутсайдерами — ведь их площадь не может расти бесконечно.

Космическая система, построенная на ядерных технологиях, позволит многократно увеличить электрическую мощность по сравнению с конструкциями, использующими энергию солнца. Такие модули могут применяться для транспортировки тяжелых спутников с низкой околоземной орбиты на геостационарную, снабжения грузами лунных орбитальных станций, доставки оборудования для пилотируемых экспедиций на Марс, обеспечения перелетов сложных многофункциональных автоматических зондов с посещением нескольких планет одновременно.

 

От киловатт до мегаватт

В конце декабря 2020 г. глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин сообщил, что транспортно-энергетический модуль будет называться «Зевс».

Основные элементы орбитальной ядерной установки:

• Развертываемая конструкция — силовые элементы, или, проще говоря, рама, позволяющая удалить ядерный реактор от полезной нагрузки на максимальное расстояние, измеряемое десятками метров;
• газоохлаждаемый высокотемпературный компактный реактор;
• система преобразования тепловой энергии в электрическую;
• радиаторы-излучатели для сброса избыточного тепла в космос;
• маршевая двигательная установка на основе блока электроракетных двигателей. В качестве основных рассматриваются ионные двигатели мощностью до нескольких десятков киловатт и с удельным импульсом свыше 7000 секунд.

При электрической мощности на борту аппарата в 1 МВт электроракетная двигательная установка обеспечит тягу до 20 Н. Этого вполне достаточно для эффективного ускорения в космосе многотонных объектов.

В зависимости от космической миссии полезная нагрузка может быть различной. Масса и габариты базовых элементов должны обеспечивать их размещение в космических головных частях российских ракет-носителей класса «Ангара-А5» и выше.

 

В широком диапазоне

Интересно, что концепция транспортной системы за годы проектирования не изменилась, но результаты позволили cделать вывод о целесообразности создания ядерных энергодвигательных систем различного уровня мощности.

Например, если нужно осуществлять какие-то межпланетные транспортировки тяжелых грузов, что требует большой энергетики, система будет иметь мощность в мегаватт и выше. Если миссия менее энергоемкая, то подойдет аппарат, вырабатывающий несколько сот киловатт.

Достигнутые материаловедческие и технологические решения помогут создавать энергодвигательные системы широкого диапазона мощности и сложности. В частности, 25 января 2022 г. генеральный конструктор РКК «Энергия» Владимир Соловьёв сообщил, что в России ведется разработка космического ядерного буксира мощностью до 6 МВт.

 

На дальних рубежах

В настоящее время прорабатывается следующая схема работы аппарата. Накануне межпланетной миссии модуль полностью собирается и испытывается на Земле. Затем он — с компактно сложенными под головным обтекателем ракеты-носителя раскладными элементами и при выключенном ядерном реакторе — выводится на радиационно-безопасную орбиту высотой свыше 800 км. С этой высоты модуль не способен самостоятельно упасть на Землю в течение сотен лет. Здесь его элементы раскладываются и принимают рабочее положение. После проверки включается ядерный реактор и запускается управляемая цепная реакция.

На радиационно-безопасной орбите путем стыковки с модулем полезной нагрузки с научной аппаратурой и запасом рабочего тела формируется орбитальный комплекс для выполнения задач миссии. Далее, под действием тяги электроракетных двигателей траектория полета орбитального комплекса приобретает вид раскручивающейся спирали. При достижении второй космической скорости комплекс покидает околоземное пространство и ложится на заданный курс. Если надо, разгон продолжается. При этом полезная нагрузка снабжается электро­энергией от модуля.

Расчетный ресурс ядерной энергодвигательной установки составляет десять лет. В течение этого срока модуль способен совершить несколько миссий, возвращаясь на околоземную орбиту для стыковки с очередной полезной нагрузкой и дозаправки рабочим телом для электроракетных двигателей.

После исчерпания ресурса аппарат остается на радиационно-безопасных орбитах вокруг Земли или направляется в дальний космос.

Спойлер

Путями неизбитыми

Реализовать ядерный буксир «Зевс» в «железе» по силам за шесть-семь лет, а летные испытания могут начаться в конце этого десятилетия, когда космический комплекс «Нуклон», включающий наземную космическую инфраструктуру и необходимые средства выведения, будет полностью готов к работе. В мае прошлого года Александр Блошенко сообщил, что первый образец орбитальной ядерной установки «Зевс» будет готов к 2030 г.

Если опираться на имеющиеся ракеты, то серьезно можно говорить только об «Ангаре-А5». И то с ее помощью можно вывести в космос систему не самой большой мощности из-за ограничений по габаритам радиаторов. Когда появится сверхтяжелая ракета, она может быть использована для запуска на орбиту установки мощностью мегаватт и выше.

Основная проблема, решение которой может занять продолжительное время, — подтверждение ресурса и надежности, доказательство, что ядерный буксир может работать так долго, как требуется. Если «железо» можно сделать вполне оперативно, то на его тестирование уйдет несколько лет. Такие испытания вполне реально провести на созданных в нашей стране уникальных стендах.

Весьма перспективным выглядит также использование цифровых методик, позволяющих имитировать работу ядерной энергодвигательной установки в широком диапазоне. Цифровое моделирование дает возможность выловить такие сочетания заданных параметров, при которых работоспособность системы не обеспечивается. Выгода здесь явная: нельзя позволить годами гонять стенды — это долго и дорого, надо использовать что-то более современное, компактное и совершенное.

 

Сбросить тепло

Один из ключевых вопросов, который требует решения, — отвод излишнего, так называемого низкопотенциального, тепла. В космосе это можно сделать только излучением. При этом критичным становится вопрос размеров излучателя (радиатора), когда при выработке сотен и тысяч киловатт электроэнергии необходимо сбросить огромные тепловые потоки. Для этого нужно либо поднять температуру и уменьшить размеры излучателя, либо, наоборот, при умеренных температурах увеличивать его размер. Увы, в последнем случае излучатель занимает гигантские площади — чуть ли не с футбольное поле. Оптимальный способ радиационного сброса тепла еще предстоит выбрать.

Учитывая, что транспортно-энергетический модуль должен работать в космосе долгие годы и даже десятилетия, принципиальным был вопрос ресурса механических систем, принимая во внимание трение деталей. Трудно было достичь необходимой долговечности подшипников. В итоге предпочли вариант бесконтактных (в частности, газовых и магнитных) опор, исключающих касание металлических поверхностей.

 

Цитата Принцип работы «ЗЕВСА»

 

— Теплоноситель — газ — прокачивается через реактор, в котором под действием распада атомных ядер происходит выделение тепла.

— Нагретый газ вращает турбину, соединенную с генератором, вырабатывающим электричество, и компрессором, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя по замкнутому контуру.

— Для сброса тепла, остающегося после выхода из турбины, теплоноситель прокачивается через теплообменные аппараты, и теплоноситель второго контура подается в радиаторы-излучатели.

Основными потребителями энергии являются полезная нагрузка и электроракетные двигатели, которые по удельному расходу рабочего тела в двадцать с лишним раз экономичнее химических аналогов.

 

Цитата Полезная терминология

 

Транспортно-энергетический модуль — название ядерной энергодвигательной установки, данное на старте проекта в 2009 г.

«Ядерный буксир» — так окрестили энтузиасты космонавтики и СМИ космический аппарат, создаваемый на базе транспортно-энергетического модуля.

«Зевс» — такое название в честь древнегреческого бога неба, грома и молний аппарат получил в декабре 2020 г., по сообщению главы Роскосмоса Дмитрия Рогозина.

«Нуклон» — обозначение космичес­кого комплекса, в который, помимо самого транспортного модуля, входит наземная космическая инфраструктура и необходимые средства выведения.

 

 

Цитата А что у них?

 

Исследования космических ядерных энергетических и двигательных установок шли в США до начала 1970-х годов, но не привели к созданию работоспособных систем. Они возобновились в 2010-х годах, правда, в гораздо меньших масштабах.

NASA довело до стендовых испытаний прототип электростанции Kilopower для работы на поверхности Луны и Марса, а DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Минобороны США) подготовило проект ракеты-демонстратора для операций в пределах орбиты Луны DRACO, оснащенной тепловым ядерным ракетным двигателем.

Обе системы по уровню проработки находятся гораздо ниже российского проекта: Kilopower имеет в 20–100 раз меньшую электрическую мощность, а DRACO относится к прямоточным ядерным ракетным двигателем, которые значительно менее эффективны, чем энергодвигательные установки, используемые в российском аппарате.

 

Цитата С высокой трибуны

 

Президент РФ Владимир Путин на совещании по развитию космической отрасли (29 сентября 2021 г.): «За минувшие годы мы заметно продвинулись в разработке уникальных технологий ядерной космической энергетики. По оценке специалистов, Россия в этой сфере опережает всех наших конкурентов, опережает весь мир на шесть-семь лет. Это очень хороший задел, и нужно использовать это преимущество, поддерживать прорывные научные изыскания в области космонавтики, ускорять практическое внедрение перспективных технологических решений».

 

[свернуть]

Игорь Афанасьев, Русский космос

[Diy]

Что-то неладное Афанасьев чувствует, раз после взахлёб расписанного турбомашинного преобразования всё же допустил вариант Зевса с увеличенной температурой на радиаторах (ХИ), т.е. термоэмиссионным преобразованием.

[Shin]

Вы не можете просматривать это вложение.


Относительно свежий "Арт" искомой зверушки.

А кто посчитал количество двигателей в "заднице" у Зевса?)

[Бертикъ]

А кто посчитал количество двигателей в "заднице" у Зевса?)

Я тоже обратил внимание, что одно "хайло".
Неуж-то на VASIMR остановились?

[Alexandr_A]

Ну это и не важно. Главное, что сейчас работы полным ходом идут

https://integral-russia.ru/2020/08/17/v-rossii-razrabatyvaetsya-pryamotochnyj-elektroreaktivnyj-dvigatel-dlya-dvizheniya-v-razrezhennoj-atmosfere/

Для низкой солнечно-синхронной орбиты вполне годное решение

Годится везде где имеется источник ЭЭ с достачными энергомассовыми параметрами. Нужно компенсировать гравпотери, энергию торможения при захвате воздуха и всяческие потери связанные с ускорением рабочего тела электрореактивным способом.

[Shin]

А кто посчитал количество двигателей в "заднице" у Зевса?)

Я тоже обратил внимание, что одно "хайло".
Неуж-то на VASIMR остановились?

Не, то, что Вы посчитали "хайлом" - движок разгонника, он отстыкуется потом. На следующем отсеке по кругу много-много ЭРД.
Картинка увеличивается там хорошо видно.