На «Зевсе» планируется установка ядерного реактора мощностью от 300 до 1000 киловатт электроэнергии, что обеспечит бесперебойную работу ионных двигателей и снабжение тепловой энергией всей системы буксира в течение длительного времени.
Как ядерный буксир "Зевс" способен помочь РФ сделать рывок в ракетно-космической отрасли
Космические полеты сейчас довольно медленные. На Земле скорость в десятки километров в час — это почти телепортация. В космосе же с такой скоростью даже до ближайших объектов не считая Луны придется лететь месяцы и годы. Все дело в том, что химические реактивные двигатели требуют много топлива. А его надо поднимать из гравитационного колодца Земли. Это упирается в стоимость.
Решением могут стать электромагнитные двигатели. Чтобы объяснить их недостатки и преимущества надо немного погрузиться в теорию. Не бойтесь, мы на пальцах. А физиков и инженеров просим простить нас за упрощения. Эффективность реактивного двигателя зависит от двух факторов — от скорости истечения вещества и от массы этого вещества.
В химических двигателях, где горит, например, керосин или несимметричный диметилгидразин масса продуктов горения относительно высокая, а скорость относительно низкая.
Но на этот раз все выглядит достаточно серьезно — в декабре прошлого года между «Роскосмосом» и КБ «Арсенал» был заключён контракт стоимостью 4,174 млрд рублей на разработку до конца июня 2024 г. Именно КБ «Арсенал» еще во времена Советского Союза разрабатывало КА военного назначения с ядерными энергетическими установками на борту об этом чуть ниже. Проект получил название «Зевс», сменившее чисто номенклатурное «Нуклон-АП». Известна и первая миссия на основе ТЭМ, которая планируется уже на 2030 г. Об этом рассказал глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин на 72 международном астронавтическом конгрессе в Дубае Pro Космос писал об IAC2021 : «Если мы говорим об освоении дальних уголков Солнечной системы, то использование возможностей традиционных химических ракетных двигателей бессмысленно. Можно говорить только о ядерной энергетике в космосе…Первая экспедиция «Зевса» к ледяным лунам Юпитера планируется уже в 2030 г. По пути туда космический комплекс на его основе совершит гравитационные манёвры у Луны и Венеры, отделив там серию научных КА». Для их исследования возможности ТЭМ придутся как нельзя кстати - мощный локатор для сканирования подледных структур и мощный ретранслятор для передачи данных на Землю потребуют много энергии. Что касается первых двух этапов миссии, то после состыковки с модулем полезной нагрузке МПН на околоземной орбите, ТЭМ отправится сначала к Луне для её зондирования и отделения там научно-исследовательского КА, затем направится в сторону Венеры, где отделит еще один КА и совершит гравитационный маневр для полета в сторону Юпитера.
В настоящее время «Роскосмос» совместно с РАН проводит просчет баллистики этих миссий и полезной нагрузки. Как будущее развитие проекта, возможно строительство орбитальной станции на основе ТЭМ «Зевс». Прежде всего, его электрическая мощность, которая составит 470 кВт тепловая мощность 1,9 МВт. Конструктивно ТЭМ будет состоять из компактного ядерного реактора в носовой части комплекса, блока обеспечивающих систем, раздвижного отсека решетчатых несущих ферм, на котором будут располагаться радиаторы системы охлаждения главная проблема в космосе , а также в хвосте — модуля двигательных установок со стыковочным отсеком для полезной нагрузки. Полная масса ТЭМ составит 22 т из них самого энергоблока — 7 т, а компонентов топлива — около 1 т Ксенон. Длина ТЭМ составит 56,7 м, наибольшая ширина при развернутых панелях радиаторов 10,6 м, а развернутых панелей солнечных батарей 20,9 м в транспортном положении габариты 24,9х5 м. Характеристики комплекса представлены на слайде ниже. Облик и основные характеристики ТЭМ «Зевс». Источник: презентация А. Блошенко , исполнительного директора «Роскосмоса», с выступления на марафоне «Новое знание», май 2021 г.
Часть 2. Прежде всего, стоит отметить, что речь идет не о многоразовом ядерном межорбитальном буксире хотя это само по себе крайне интересно , а скорее о мощной платформе-электростанции и создании на ее основе универсального космического комплекса с модульной полезной нагрузкой для решения очень широкого круга задач. Да, большая часть этой мощности будет уходить на ионные двигатели сейчас маршевая установка на основе большого числа двигателей по 35 кВт, а в перспективе — схема 4х100 кВт , то есть остаточная мощность для полезной нагрузки составит около 70 кВт. Много это или мало? Это очень много, для сравнения - электрическая мощность всех солнечных батарей МКС сегодня около 80-90 кВт. Поэтому появление в районе Марса или где-либо еще космической платформы с остаточной энергомощностью в 70 кВт станет настоящим прорывом в космических исследованиях. Для чего может быть использована такая энерговооруженность? Исходя из ТЗ «Роскосмоса» декабря 2020 г. Для этого потребуется мощная РЛС бортовая или в составе модуля полезной нагрузки, МПН , которую можно использовать и для зондирования поверхности Земли. Это полностью исключать нельзя, особенно учитывая, что самих ТЭМов будет несколько официальные лица говорят о планах на их серийное производство.
Однако, при наличии финансирования, возможно их перемещение на окололунную орбиту с помощью ТЭМ, чтобы они стали прототипом российской лунной орбитальной станции ЛОС. На основе задела по реактору для ТЭМ также прорабатываются проекты создания ядерных энергоустановок для лунной и марсианской баз. Концептуальные проекты космических ядерных энергосистем. Технические вызовы проекта ТЭМ «Зевс»: ионные двигатели и отведение тепла 21 апреля 2021 г. Келдыша, представил доклад «Использование ядерной энергии в космических системах».
Ошибка в тексте?
Другое дело, когда мощности возрастают на порядок, и 470 кВт электрической мощности проектируемого «Зевса» — уже серьезный аргумент призадуматься. А вот размеры «Зевса» стали постоянно увеличиваться. Вначале был маленький и компактный, затем всё больше и больше, в конечном итоге превратившись вот в этого «монстра»: Обратите внимание на нос модели, там размещен ядерный реактор, а позади размещены модули с полезной нагрузкой. Полноразмерный макет ядерной силовой установки «Зевса» впечатляет. Судя по увеличенной площади панелей радиаторов, то стоковые 470 кВт электрической мощности будут обеспечиваться с большим запасом. Однако создавать на платформе «Зевса» боевой модуль — это только лишь будущая перспектива, явно не раньше к 2035 году, так чего испугались американцы тогда именно сегодня? Дело было 21 апреля 2021 года на общем собрании членов Российской академии наук. В представленном докладе «Использование ядерной энергии в космических системах» Анатолий Сазонович Коротеев рассказал, что они не просто предложили этот проект, а уже фактически создали, причем под располагаемые «Роскосмосом» ракетоносители. Боевой модуль построен на тех же принципах, что и «Зевс», но с конструктивными особенностями, а именно: форма радиатора и менее мощный ядерный реактор. Модуль в развернутом состоянии. Электрическая мощность — 200 кВт, причем меняется от 50 до 200 кВт. И этого с запасом хватит для выведения из строя любого спутника на орбите посредством энергетического на него воздействия в виде лазерного либо электромагнитного излучения. Модуль разработан под головной обтекатель существующего типа ракеты-носителя тяжёлого класса «Ангара-А5». Дальше — больше, Анатолий Сазонович Коротеев представил, как будет использоваться этот модуль, например, в составе комплекса обнаружения и средств ПВО. Либо в качестве мощного радиолокатора с огромной зоной обнаружения целей: Одного модуля электрической мощностью 200 кВт хватит для покрытия всей территории России. Не спрячется ни один летающий аппарат, хоть по какой его стелс-технологии не делай, из космоса он будет виден как на ладони. А теперь представьте лазер в космосе с накачкой в 200 кВт, где луч не рассеивается в атмосфере и способен максимально эффективно сконцентрировать энергию на цели. Не обязательно поражать цель непрерывным лучом, можно делать это в импульсном режиме, накачав лазер нужной энергией. По моим расчетам, выведя такой комплекс на орбиту высотой в 800—1000 км, импульсное лазерное излучение будет доставать до целей в радиусе 3-5 тысяч км. В частности, для атак на спутники, подавления сигналов, «ослепления» датчиков изображения, а источник электромагнитных импульсов сможет вывести из строя электронику всех спутников в радиусе этой области. Да, это не «Звездные войны», где спутник будет взрываться и сгорать от подобного воздействия, вовсе нет, для этого нужно не 200 кВт, а 2 мегаватта, но выходить из строя они будут пачками, так как защита от подобного направленного излучения у них не предусмотрена, ибо зачем, магнитное поле Земли прекрасно их защищает, но от «Зевса» такой защиты нет. И конечно, можно сказать, что это лишь слова, граничащие с фантазиями.
Рогозин рассказал, как будут использовать ядерный буксир «Зевс»
В течение этого срока «Зевс» способен совершить несколько миссий, возвращаясь на околоземную орбиту для стыковки с очередной полезной нагрузкой и дозаправки рабочим телом для электроракетных двигателей», — говорится в материале. По завершении срока службы аппарат останется на радиационно-безопасных орбитах вокруг Земли или будет направлен в дальний космос. Издание уточняет, что 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 космос данный комплекс будет выведен парой ракет типа «Ангара». Модуль, загруженный топливом и полезным грузом, отправит более легкая ракета «Ангара А5». Аварийная ситуация модуль и реактор во время запуска я имею в виду радиационное заражение маловероятна. У урана радиоактивность небольшая. Топливом для реакторов служат прочные трубочки и их разрушить трудно, в том числе если ракета взорвётся. Реактор вступает в активную фазу на высоте более 900 км. В этом случае он станет очень радиоактивен.
Но, ниже данной отметки сам он не опустится. На этой орбите он сможет вращаться века, и не будет падать на нашу планету. Большим плюсом комплекса «Зевс» является то, что его реактор при желании можно будет остановить. Ученые рассчитали, что запускать реактор можно 5 раз, и столько же раз отключать его. Эксплуатировать данный перевозчик можно 10 лет. Первое задание для «Зевса» — картографирование ландшафта Луны. При этом, появится возможность не просто проводить сканирование, но можно поверхность спутника просветить радарами на километр в глубину! Разумеется, первым делом приборы постараются найти полезные ископаемые, найти «водный лёд». Ученые будут искать районы, где присутствуют подповерхностные пустоты.
Будет оценён их размер, объём, глубина залегания. Такие действия на данный момент не сможет провести ни одно государство! Можно, конечно, потратить огромные средства, чтобы построить сверхтяжёлые ракеты, осуществить высадку на Луну и далее непонятно чем заниматься. При этом, совершенно иное дело, это получение точных карт лунной поверхности и далее запланировать высадку с понятной задачей и четкой целью. Сломан ваш ПК и у вас пропала возможность на нём нормально работать? Это не проблема.
А работают эти двигатели всего с десяток секунд! Ещё можно использовать гравитационное ускорение. То есть, пролетаешь мимо какой-нибудь планеты и получаешь дополнительную скорость. Но дело в том, что этот метод сложнее, чем кажется: он сильно увеличивает продолжительность миссии и далеко не всегда в принципе возможен. Не так-то просто воспользоваться гравитацией. Там используется тяжёлый газ, типа ксенона, и его пропускают через электромагнитную дугу. В результате ионизации газ превращается в плазму, которая и создаёт тягу. Давайте сравним эти две системы. Для этого возьмем пару показателей: удельный импульс и тягу двигательной установки. У жидкостных двигателей тяга может быть зашкаливающей, но эффективность удельный импульс у них низкая. А с ионными двигателями ситуация противоположная. Они очень эффективные, но тягу не особо дают, с их помощью на орбиту ничего не выведешь. Зато в космосе такие двигатели могут работать часами, днями, а то и годами. Сравнение двигателей И каждую секунду они будут выдавать импульс, может и не такой уж большой, но всё же импульс. Именно благодаря этому они смогут разогнать космический корабль до скоростей, которые обычным химическим ракетам и не снились. Зачем ядерный реактор? А почему бы нам не использовать сразу несколько ионных двигателей, чтобы увеличить общую тягу и заодно иметь запасной вариант, если что-то пойдет не так? Ведь в сравнении с химическими ракетными двигателями ионные двигатели имеют так много плюсов. Но тут есть одно НО. При таком раскладе требуется очень сильное электропитание, которое не так-то просто обеспечить, особенно если полагаться на солнечные батареи эффективность этих батарей страдает, когда мы отдаляемся от Солнца.
В течение этого срока «Зевс» способен совершить несколько миссий, возвращаясь на околоземную орбиту для стыковки с очередной полезной нагрузкой и дозаправки рабочим телом для электроракетных двигателей», — говорится в материале. По завершении срока службы аппарат останется на радиационно-безопасных орбитах вокруг Земли или будет направлен в дальний космос. Издание уточняет, что 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.
Глава «Роскосмоса» Борисов: РФ задействует ядерный буксир в совместном с Китаем проекте
Ядерный буксир "Зевс" сможет доставить к спутникам Юпитера десятки тонн полезной нагрузки. Космический буксир с ядерной энергоустановкой "Зевс" будет работать на радиационно-безопасной орбите. Сам же космический буксир называется "Зевс", а не "Нуклон", как пишут многие.
Глава «Роскосмоса» Борисов: РФ задействует ядерный буксир в совместном с Китаем проекте
Так что в Институте космических исследований выразили убеждение, что миссия ядерного буксира "Зевс" может стать пионерской. Сам же космический буксир называется "Зевс", а не "Нуклон", как пишут многие. Первая миссия ядерного буксира «Зевс» будет включать в себя поиск жизни на спутниках Юпитера. Гендиректор «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин сообщил, что корпорации не хватает одного триллиона рублей для завершения проекта ядерного буксира «Зевс».
Русский ядерный электролёт. Ядерный буксир Зевс. История создания
Глава "Роскосмоса" Дмитрий Рогозин заявил, что отечественные космонавты смогут перемещаться между будущей Российской орбитальной станцией и ядерным буксиром "Зевс" на специальном п. Им является ядерный буксир «Нуклон» (его уже успели переименовать в «Зевс», но так как Нуклон является фундаментом будущих ядерных буксиров, я буду применять по ходу текста именно это наименование). Космический буксир «Зевс», обладающий ядерной энергетической установкой («ядерным» двигателем), не станет оружием против спутников и не является ядерным оружием. Космический буксир «Зевс» с ядерной энергоустановкой, который разрабатывается в России, не является ядерным оружием, заявил ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт. Так он прокомментировал «РИА Новости» сообщения. Ядерный буксир «Зевс». Ядерный буксир «Зевс». Фото: Во время визита Владимира Путина на космодром Восточный глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин представил ему макет ядерного буксира, который планируется запустить в 2030 году. Центр Келдыша под руководством «Роскосмоса» приступит к испытаниям капельного холодильника-излучателя, созданного для ядерного буксира «Зевс».