El desenvolupament d’una central nuclear de classe megawatt per a tecnologia espacial d’una nova generació ha començat a Rússia. La tasca es confia al Centre de Recerca Keldysh. Anatoly KOROTEEV, directora del centre, presidenta de l'Acadèmia de Cosmonautica Russa Tsiolkovsky, explica a Interfax-AVN la importància d'aquest projecte per a la cosmonautica russa i la seva importància, escriu Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, el desenvolupament d’una central nuclear s’ha convertit en un objectiu prioritari, per a la consecució del qual es concentraran considerables recursos. És realment un projecte del qual depèn el futur de l'astronautica?
- Exactament. Vegem què fa l'astronàutica avui. Veurem zones com les comunicacions per satèl·lit, la navegació espacial d’alta precisió, la teledetecció de la Terra, és a dir, tot el relacionat amb el suport de la informació. La segona direcció és la solució de qüestions relacionades amb l’expansió del nostre coneixement de l’espai més enllà dels límits de l’espai proper a la terra. Finalment, la cosmonautica, tant al nostre país com en altres països, treballa per resoldre un cert ventall de tasques de defensa. Aquestes són convencionalment tres conjunts de tasques en les activitats espacials actuals. Per solucionar-los s’utilitzen sistemes de transport provats i provats en el temps.
Si observem el que esperem de l’astronàutica demà, juntament amb la millora del ventall de tasques que ja estan resoltes, es plantegen els problemes del desenvolupament de tecnologies de producció a l’espai. També parlem d’expedicions a la Lluna i a Mart. I no sobre la visita d’expedicions, que va ser l’expedició nord-americana cap a la Lluna, sinó sobre una llarga estada en altres planetes per poder dedicar el temps suficient al seu estudi.
A més, es plantegen preguntes sobre el possible subministrament d’energia de la Terra des de l’espai, sobre la lluita contra el perill asteroide-cometari. Totes aquestes tasques tenen un ordre completament diferent de les actuals. Per tant, si pensem en com aquest complex de tasques l’ofereix l’estructura de transport i energia, veurem que hi ha una gran necessitat d’augmentar el subministrament d’energia de la nostra nau espacial i l’eficiència dels motors.
Avui tenim vehicles poc econòmics. Imagineu-vos que, per cada 100 tones que volen de la Terra, el 3% en el millor dels casos es converteix en una càrrega útil. Això és per a tots els coets moderns. Tota la resta es llença com a combustible cremat.
Pel que fa a les tasques a llarg termini, és extremadament important que ens movem a l’espai prou econòmicament. Aquí hi ha el concepte d’empenta específica, que caracteritza l’eficiència del motor. Aquesta és la proporció entre l’empenta que genera i el consum massiu de combustible. Si prenem el primer coet FAU-2 alemany, el seu impuls específic en les antigues unitats de mesura va ser de 220 segons. Avui en dia, el millor sistema d'energia de propulsió, que utilitza hidrogen amb oxigen, proporciona un impuls específic de fins a 450 segons. És a dir, 60-70 anys de treball de les millors ments del món han augmentat l’impuls específic dels motors de coets tradicionals només en dues ocasions.
És possible augmentar aquest indicador diverses vegades o per ordres de magnitud? Resulta que n’hi ha. Per exemple, utilitzant motors nuclears, podríem augmentar l’empenta específica a uns 900 segons, és a dir, dues vegades més. I utilitzant un fluid de treball ionitzat per a l’acceleració, podrien arribar a valors de 9000-10000 segons, és a dir, augmentarien l’embranzida específica 20 vegades. I això ja s’ha aconseguit parcialment en l’actualitat: en els satèl·lits a poca empenta s’utilitzen motors de plasma, que donen un impuls específic de l’ordre de 1600 segons. No obstant això, aquests dispositius encara necessiten una energia elèctrica suficient. Si no teniu en compte una estructura completament única: l’Estació Espacial Internacional, on el nivell d’electricitat és d’uns 100 kW, aleshores els satèl·lits més potents tenen un subministrament elèctric de només 20-30 kW. És molt difícil resoldre diverses tasques si ens mantenim en aquest nivell.
- És a dir, que necessiteu un salt qualitatiu?
- Sí. L’astronautica actual experimenta un estat proper a l’aviació en què es trobava l’aviació després de la Segona Guerra Mundial, quan es va fer evident que ja no era possible augmentar la velocitat amb motors de pistons, era impossible augmentar seriosament l’abast i, en general, tenir una aviació econòmicament rendible. Després, com recordeu, hi va haver un salt en l’aviació i van passar dels motors de pistons als motors de reacció. Aproximadament la mateixa situació es troba ara en la tecnologia espacial. Ens falta l’excel·lència energètica per afrontar reptes greus.
Per cert, va quedar clar que no avui. Ja als anys 60 i 70, tant al nostre país com als Estats Units, es va començar a treballar en l’ús de l’energia nuclear a l’espai. Inicialment, es va establir la tasca de crear motors coets que, en lloc de l’energia química de combustió de combustible i oxidant, fessin servir l’escalfament de l’hidrogen a una temperatura d’uns 3000 graus. Però va resultar que un camí tan directe continua sent ineficaç. Rebem una empenta elevada durant poc temps, però al mateix temps llancem un raig que, en cas de funcionament anormal del reactor, pot resultar estar contaminat radioactivament.
Tot i l'enorme treball que es va dur a terme als anys 60 i 70 a la URSS i als EUA, ni nosaltres ni els nord-americans vam ser capaços de crear motors de treball fiables en aquell moment. Van funcionar, però poc, perquè escalfar hidrogen fins a 3.000 mil graus en un reactor nuclear és una tasca seriosa.
També hi va haver problemes ambientals durant les proves terrestres de motors, ja que els raigs radioactius es van llançar a l'atmosfera. A l'URSS, aquest treball es va dur a terme al lloc de proves de Semipalatinsk especialment preparat per a proves nuclears, que va romandre a Kazakhstan.
Tot i això, pel que fa a l’ús de l’energia nuclear per al subministrament d’energia de les naus espacials, l’URSS va fer un pas molt seriós en aquells anys. Es van fabricar 32 satèl·lits. Amb l’ús d’energia nuclear als dispositius, es va poder obtenir energia elèctrica amb un ordre de magnitud superior a l’energia solar.
Posteriorment, la URSS i els EUA, per diversos motius, van aturar aquest treball durant un temps. Avui està clar que s’han de renovar. Però ens va semblar poc raonable reprendre-ho de manera tan directa per fabricar un motor nuclear, que té els desavantatges esmentats anteriorment, i vam proposar un enfocament completament diferent.
- I quina és la diferència fonamental entre el nou enfocament?
“Aquest enfocament era diferent de l'antic de la mateixa manera que un cotxe híbrid difereix d'un cotxe convencional. En un cotxe convencional, el motor fa girar les rodes, mentre que en els vehicles híbrids, es genera electricitat a partir del motor i aquesta electricitat fa girar les rodes. És a dir, s’està creant una mena de central elèctrica intermèdia.
De la mateixa manera, hem proposat un esquema en què un reactor espacial no escalfa el raig expulsat, sinó que genera electricitat. El gas calent del reactor fa girar la turbina, la turbina fa girar el generador elèctric i el compressor, que fa circular el fluid de treball en un bucle tancat. El generador genera electricitat per a un motor de plasma amb una empenta específica 20 vegades superior a la dels motors químics.
Quins són els principals avantatges d’aquest enfocament. En primer lloc, no és necessari el lloc de prova de Semipalatinsk. Podem dur a terme totes les proves al territori de Rússia sense implicar-nos en negociacions internacionals de llarga durada sobre l’ús de l’energia nuclear fora de l’Estat. En segon lloc, el raig que surt del motor no serà radioactiu, ja que un fluid de treball completament diferent travessa el reactor, que es troba en un bucle tancat. A més, no necessitem escalfar hidrogen en aquest esquema, aquí circula un fluid de treball inert al reactor, que s’escalfa fins a 1500 graus. Estem simplificant seriosament la nostra tasca. Finalment, al final, augmentarem l’empenta específica no dues vegades, sinó 20 vegades en comparació amb els motors químics.
- Podeu anomenar el moment del projecte?
- El projecte inclou les etapes següents: el 2010 - inici de treball; el 2012: finalització del projecte d'esborrany i modelització informàtica detallada del flux de treball; el 2015 - la creació d'un sistema de propulsió d'energia nuclear; el 2018: la creació d’un mòdul de transport mitjançant aquest sistema de propulsió per preparar el sistema per al vol el mateix any.
Per cert, la fase de modelatge per ordinador no era prèviament típica dels productes de tecnologia espacial creats, però avui en dia és absolutament necessària. Sobre l'exemple dels motors més recents, que es van desenvolupar a Rússia, França i els Estats Units, va quedar clar que l'antic mètode clàssic, quan es fabricaven un gran nombre de prototips per a les proves, està obsolet.
Avui en dia, quan les capacitats de la tecnologia informàtica són molt altes, especialment amb l’aparició de superordinadors, podem proporcionar models físics i matemàtics de processos, crear un motor virtual, jugar a situacions possibles, veure on es troben les trampes i només després creeu un motor, com es diu "en maquinari".
Aquí en teniu un bon exemple. Probablement heu sentit a parlar del motor RD-180 per al coet Atlas creat per als nord-americans a l'Energomash Design Bureau. En lloc de 25-30 còpies, que normalment es gastaven en provar el motor, només en trigaven vuit, i el RD-180 va entrar immediatament en vida. Perquè els desenvolupadors es van molestar a "reproduir" tot això en ordinadors.
- Quin preu té l'emissió?
- Avui s’han declarat 17.000 milions de rubles per a tot el projecte fins al 2018 inclòs. Directament per al 2010, s’han assignat 500 milions de rubles, inclosos 430 milions de rubles - per a Rosatom i 70 milions de rubles - per a Roskosmos.
Naturalment, ens agradaria creure que si el lideratge del país diu que aquesta és una àrea prioritària i que els diners s’han assignat, es donaran.
L’import declarat és inferior al que voldríem, però crec que n’hi ha prou per als propers anys i amb aquests diners es pot realitzar una àmplia gamma d’obres.
El nostre institut ha estat nomenat cap de la central nuclear, el mòdul de transport, molt probablement, serà realitzat per l’Energia Rocket and Space Corporation.
En general, el projecte es basa en la cooperació, formada principalment per les empreses de Rosatom, que haurien de fabricar el reactor, i Roskosmos, que fabricarà turbocompressors, generadors i els propis motors.
Per descomptat, el treball farà servir les bases científiques creades en anys anteriors. Per exemple, el desenvolupament d’un reactor es basa en un gran nombre de decisions que prèviament es prenien sobre un motor nuclear. La cooperació és la mateixa. Es tracta de l’Institut Tecnològic de Recerca Científica de Podolsk, el Centre Kurchatov, l’Institut de Física i Enginyeria de l’Energia d’Obinsk. El Keldysh Center, l’Oficina de Disseny d’Enginyeria Química i l’Oficina de Disseny d’Automatització Química de Voronezh han fet moltes coses en bucle tancat. Farem un ús ple d’aquesta experiència a l’hora de crear un turbocompressor. Per al generador, connectem l’Institut d’Electromecànica, que té experiència en la creació de generadors voladors.
En una paraula, hi ha unes bases fonamentals considerables, la feina no comença de zero.
- Rússia pot avançar-se a altres països en aquest treball?
- No ho excloo. Vaig tenir una reunió amb el subdirector de la NASA, vam discutir qüestions relacionades amb la tornada a treballar sobre l'energia nuclear a l'espai i va dir que els nord-americans mostren un gran interès per aquest tema. Al seu parer, no es pot descartar la possibilitat d’accelerar el treball en aquesta direcció a Occident.
No excloo que la Xina pugui respondre amb accions actives per la seva banda, de manera que hem de treballar ràpidament. I no només per avançar-se a algú per mig pas. Primer de tot, hem de treballar ràpidament perquè la cooperació internacional emergent, i de facto que es forma avui, ens sembli digna. Perquè ens hi portessin i no assumissin el paper de gent que hauria de fer granges de metall, sinó perquè l’actitud envers nosaltres fos la mateixa que, per exemple, als anys 90. Després es va desclassificar un gran conjunt de treballs sobre fonts nuclears a l'espai. Quan els nord-americans van conèixer aquestes obres, els van donar notes molt altes. Fins al punt que es van elaborar programes conjunts amb nosaltres.
En principi, és possible que hi hagi un programa internacional per a una central nuclear, similar al programa de cooperació en matèria de fusió termonuclear controlada.
- Anatoly Sazonovich, el 2011 el món celebrarà l'aniversari del primer vol tripulat a l'espai. Aquesta és una bona raó per recordar els èxits del nostre país a l’espai.
- Crec que sí. Al cap i a la fi, no va ser només el primer vol tripulat a l’espai. El vol es va fer possible gràcies a la solució d’una àmplia gamma de qüestions científiques, tècniques i mèdiques. Per primera vegada un home va volar a l’espai i va tornar a la Terra, per primera vegada es va demostrar que el sistema de protecció tèrmica funciona amb normalitat. El vol va tenir un gran impacte internacional. No oblidem que només han passat 16 anys des del final de la guerra més difícil per al país. I ara va resultar que un país que ha perdut més de 20 milions de persones i ha patit una destrucció colossal no només pot fer alguna cosa al més alt nivell mundial, sinó fins i tot superar el món sencer durant un període determinat. Va ser una manifestació extremadament important que va elevar l'autoritat del país i l'orgull de la gent.
A la meva vida hi va haver dos esdeveniments d’una importància similar. Aquest és el dia de la victòria i la reunió de Yuri Gagarin, que vaig veure personalment. El 9 de maig de 1945, tot Moscou, des de la Plaça Roja fins als afores, va sortir a celebrar-ho al carrer. Va ser realment un impuls espontani, i el mateix impuls impressionant va ser l'abril de 1961 quan Gagarin va volar.
Cal reforçar la importància internacional del mig aniversari del primer vol. Cal remarcar i recordar a la societat el paper del nostre país en l’exploració espacial. Malauradament, en els darrers vint anys, no ho fem molt sovint. Si obriu Internet, veureu una gran quantitat de material relacionat, per exemple, amb l'expedició americana a la lluna, però no hi ha massa material relacionat amb el vol de Gagarin. Si parleu amb els escolars actuals, no sé a quin nom coneixen millor, Armstrong o Gagarin. Per tant, considero absolutament correcte prendre la decisió de celebrar el 50è aniversari del primer vol espacial tripulat a nivell estatal i donar-li un so internacional.
L’Acadèmia Russa de Cosmonautica Tsiolkovsky lliurarà una medalla per aquest esdeveniment, que s’atorgarà a les persones que van participar en el primer vol o van contribuir suficientment al desenvolupament de l’astronàutica. A més, ens estem preparant per celebrar una gran conferència internacional, en la qual està previst discutir amb socis estrangers i russos les característiques de l’exploració de l’espai tripulat que són característiques de l’etapa actual. Aquí hi ha moltes preguntes difícils.
Si avui parem un centenar de persones al carrer i preguntem quin dels cosmonautes vola ara a l’espai, Déu n’hi do, si ens responen tres o quatre persones, i no n’estic convençut. I si fem la pregunta, què fan els astronautes a l’estació, encara menys. Crec que la promoció de la vida espacial real, els vols tripulats és extremadament important i no s’està fent prou. Hi ha molts materials estúpids a la televisió, quan algú es reunia amb estrangers o com els estrangers s’emportaven algú.
Repeteixo, el cinquantè aniversari del primer vol espacial tripulat és un esdeveniment realment d’època, s’ha de celebrar de la manera més digna, tant al nostre país com a nivell internacional. I, per descomptat, el nostre institut participarà directament en ell, qui va estar relacionat amb aquest vol i hi va participar. Alguns dels nostres empleats d’aquest període van rebre premis estatals per resoldre problemes de vol en particular. Per exemple, el subdirector de l'institut de llavors, l'acadèmic Georgy Petrov, va rebre el títol d'Heroi del Treball Socialista pel desenvolupament de mètodes de protecció tèrmica d'un vaixell durant el descens de l'òrbita. Per descomptat, intentarem celebrar aquest esdeveniment amb dignitat.
