Про транспортно-энергетический модуль «Зевс»

На zen. yandex и других интернет-ресурсах в 2010-2020 гг. было полно безграмотных, бредовых и откровенно лживых статей (например, https://zen. yandex. ru/media/space_for_you/ispytaniia-dvigatelia-buduscego-zaversheny-roskosmos-prazdnuet-uspeh-5dbb270aec575b00ad9ff9e3 или https://aftershock. news/? q=node/904191&full), где раз за разом «Роскосмос празднует успех» и «Все в этом космическом кораблей революционно». Орфография сохранена, если что.  

Речь идёт о межорбитальном буксире с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ) мегаваттного класса, оснащённого электрической ракетной двигательной установкой (ЭРДУ).  

Немного истории  

«В 1978 году в СССР была начата проектная разработка многоразового межорбитального буксира (ММБ) с ЯЭУ и ЭРДУ, получившая индекс 17Ф11 («Геркулес»).  

В 1982 году было разработано Техническое предложение по межорбитальному ядерному буксиру, включающему ЭРДУ.  

Задачей ММБ являлась доставка больших грузов различного назначения на высокие околоземные орбиты. В военных, разумеется, целях.  

Полезная электрическая мощность ЯЭУ составляла 550 кВт. Огневой ресурс ЭРДУ – 16000 часов.  

В основу разработки положено модульное построение ЭРДУ. ЭРДУ состоит из 48 двигателей, из которых в состав маршевой электроракетной двигательной установки (ЭРДМ) входят две связки по 20 ТМ в каждой, и в состав ЭРДУ ориентации (ЭРДО) – два блока по 4 ТМ.  

Для варианта, в котором в качестве рабочего тела (РТ) для ЭРДМ предполагалось использовать металл (ртуть), в качестве маршевых ЭРД предлагалось применить двигатели с анодным слоем».  

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 60. 2012 г. «Опыт создания электроракетных двигателей большой мощности в ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева»  

С тех пор утекло много воды. Перестала существовать страна, запустившая в космос первого человека, поумирали специалисты… Однако идея ММБ была рассекречена в середине 90-х годов ХХ века, и в 2009 году получила второе дыхание. 28. 10. 2009 Президент России Д. Медведев принял решение о начале работ по созданию транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ЯЭДУ мегаваттного класса. Планов было обозначено громадьё, все они в этой презентации размером 22 МБ: https://ppt-online. org/download/517557.  

ТЭМ на фоне прочих проектов выделялся в первую очередь совершенно нестандартным способом преобразования тепла в электричество — с помощью газовых турбин и электромеханических генераторов. С одной стороны, на обычных земных АЭС используют весьма схожую систему, с той поправкой, что в турбинах на Земле гоняют пары воды, а тут планировали использовать смесь инертных газов (He + Xe).  

Решив не останавливаться на одном уникальном для космоса техническом решении, проблему охлаждения тоже стали устранять уникальным методом — капельным холодильником. Обычно в космосе делают большие панели-радиаторы, пронизанные трубками, по которым гоняют теплоноситель. Эти панели нагреваются от теплоносителя и испускают в вакуум инфракрасное излучение, тем самым охлаждая теплоноситель. Решение надёжное, но громоздкое… Поэтому в ТЭМ решили распылять капли теплоносителя в космосе, давать им там самостоятельно излучить тепло, а затем улавливать уже остывшие капли.  

Денег на проект отвалили по-царски – 17 млрд. рублей или 531, 25 млн. долларов на 8 лет (2010-2018 гг. ): 7, 245 млрд. рублей для госкорпорации «Росатом» на создание реактора; 3, 955 млрд — ФГУП «Центр Келдыша» на создание ядерной энергодвигательной установки; 5, 8 млрд — РКК «Энергия» для разработки транспортно-энергетического модуля. В частности, на 2010 г. было выделено 430 млн. руб. «Росатому» и 70 млн. руб. – «Роскосмосу» (цифры отсюда – АФАНАСЬЕВ И. Б., КОРОТЕЕВ А. С. «Ядерный космос России». // Новости космонавтики, 2010, №2, с. 44-47). «Росатом» (а конкретно, «НИКИЭТ») работы над реактором в 2020 году ещё продолжал уже по другому гос. контракту.  

И всё было бы хорошо, если бы не ВНЕЗАПНО возникшие проблемы с созданием капельного холодильника…  

Космический эксперимент «Капля-2»  

В период экспедиции МКС-38 на борту МКС впервые проводился технический эксперимент «Капля-2». Новый космический эксперимент заключается в экспериментальном исследовании гидродинамики и теплопередачи монодисперсных капельных потоков в условиях микрогравитации глубокого вакуума применительно к капельным холодильникам-излучателям (КХИ) космических аппаратов.  

Результатом эксперимента являются измерения интегральных параметров рабочего тела, данные о потоке капель и процессе в заборнике, полученные с двух видеокамер. По окончании сеанса КЭ накопленная на флеш-картах видеокамер видеоинформация передается в бортовой лэптоп RSK1 и копируется на возвращаемые жесткие диски.  

Эксперимент проводил бортинженер-4 М. В. Тюрин, в монтаже аппаратуры и сборке схем принимал участие командир экипажа МКС-38 О. В. Котов.  

14 января 2014 года был выполнен первый сеанс эксперимента. Включены и реализованы режимы статического и динамического разогрева. Был осуществлен переход к режиму генерации капель.  

После полного перехода в режим генерации капель штатная работа продолжалась 39, 5 с, после чего была зафиксирована внезапная остановка вращения ротора активного заборника капель (АЗК). Ввиду нештатного завершения сеанса эксперимента дальнейшие сеансы были посвящены проверке работоспособности АЗК.  

Полученные результаты КЭ, в том числе, послужат основой для разработки эскизного проекта ММБ с капельным холодильником-излучателем и предложений по энергетическому и технологическому оборудованию для будущей лунной базы.  

Отсюда: http://novosti-kosmonavtiki. ru/forum/forum13/topic11908/? PAGEN_1=103  

https://tsniimash. ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/kaplya_2/  

Если вы зайдёте на страницу эксперимента, то в списке связанных с ним научных публикаций найдёте две чисто теоретические и третью — ту, на которую я уже дал ссылку. Всё. Собственно по результатам работ на МКС за 6 лет эксперимента никаких публикаций. Причина этого, видимо, в тотальном провале эксперимента: капельный холодильник просто не работает так, как задумали разработчики, и способов его «починить» найти не удалось.  

Дополнительные проблемы, опять-таки ВНЕЗАПНО, подкинули турбины, которые «почему-то» не хотят работать в жёстких температурных условиях десять лет без обслуживания…  

В итоге от всех этих «прорывных» технологий было решено отказаться. На анимации буксира 2020 года (и последующих) видны традиционные панельные радиаторы:  

https://www. youtube. com/watch? v=kxEGiCiYKiA&feature=emb_logo  

Понятно, что с такими радиаторами об электрической мощности даже в 200 кВт можно забыть.  

Полумифический двигатель ИД-500  

ЭРД ИД-500 разработан в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» на основе крупногабаритного высокочастотного (ВЧ) ионного двигателя (ИД) ВЧИД-45 от НИИПМЭ МАИ с ионизатором диаметром 48, 6 см, номинальной мощностью 35 кВт, тягой 760 мН и удельным импульсом 7000 с. Планируемый ресурс должен быть не менее 50000 часов.  

Указанные параметры реализуются при токе пучка 7 А и положительном ускоряющем напряжение 4, 5 кВ.  

ВЧИД-45, в свою очередь являлся доработанной версией ВЧ ИД RIT-22, который был разработан европейской компанией EADS Astrium (дочерняя компания EADS (100% акций), крупнейший производитель космических аппаратов. Основана в декабре 2006. В 2009, компания Astrium имела оборот €4, 8 млрд. и 15000 работников во Франции, Германии, Великобритании, Испании и Нидерландах. EADS — один из главных вкладчиков в строительство Международной космической станции). Более того, работа над ним была выполнена при непосредственном участии немецких специалистов.  

Огневые испытания лабораторной модели ИД-500 успешно проведены в 2014 году. Лётных испытаний до сего времени не было.  

Отсюда: http://naukarus. com/ognevye-ispytaniya-ionnogo-dvigatelya-vysokoy-moschnosti-dlya-perspektivnyh-transportnyh-moduley  

При этом успешность заключается в том, что глубоковакуумный стенд, на котором испытывался двигатель отработал сколько-то сотен часов и не развалился. Кстати, стоимость таких испытаний весьма высока: не менее 1 млрд. рублей. Сразу же после этого все данные по ИД-500 были засекречены, и до сих пор нет ни подробностей, ни какой-либо научной публикации. И если вспомнить явную лажу при испытаниях двигателя-предшественника (я имею в виду ИД-300; см. статью Ю. В. Кубарев, В. П. Кирдяшев. «Выбор и состояние разработки ЭРД мегаваттного класса для межпланетных полётов»), то засекреченность представляется явным фактом того, что разработчики ИД-500 были уверены, что их детище НИКОГДА не полетит в космос на реальные испытания. Ибо характеристики ИД-500 завышены и лётные испытания он не пройдёт.  

В вышедшем 27. 05. 2020 интервью Д. Рогозина на YouTube-канале «Соловьев Live» было заявлено, что КБ «Арсенал» и Центр Келдыша продолжают работы по ядерному космическому буксиру; в сообщении ТАСС, посвящённого этому интервью, заявлена следующая плановая дата запуска космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.  

13. 09. 2020 года в КБ «Арсенал» началась сборка МАССО-ГАБАРИТНОГО МАКЕТА ТЭМ (читай, лабораторной модели), который не полетит в космос. Фото из цехов облетело Интернет.  

11. 12. 2020 г. «Роскосмос» заключил контракт стоимостью 4, 174 миллиарда рублей на разработку аванпроекта космического ядерного буксира «Нуклон-АП» для полетов к Луне, Юпитеру и Венере. Разработку аванпроекта планируется завершить к 28. 07. 2024 (см. https://zakupki. gov. ru/epz/contract/contractCard/common-info. html? reestrNumber=4770238802720000110). Напомню, что аванпроект — научное исследование, которое обосновывает выполнение качественно новой разработки.  

В «Нуклоне» отказались от ИД-500, заменили их на плазменные СПД-290 с большей тягой. При массе в 23 кг СПД-290 от ФГУП «Опытное конструкторское бюро «Факел» способен работать 16000 часов (по другим данным – 27000 часов) с тяговым КПД до 70% и скоростью истечения рабочего тела 33 км/сек (т. е. удельный импульс около 3300 сек, а не фантастические 7000, как планировалось изначально и как до сих пор продолжают рисовать на картинках в презентациях; цифры отсюда – https://integral-russia. ru/2021/01/13/yadernyj-kosmicheskij-buksir-i-bespilotnyj-gruzovik-est-li-alternativa/ ).  

Изначально СПД-290 разрабатывался ещё в СССР для «Геркулеса». Воссозданная инженерная модель СПД-290 успешно испытана на стенде в 2017 году. Журналисты упорно называют его серийной моделью, но, как и в случае с ИД-500, после 2017 г. нет ни подробностей, ни каких-либо научных публикаций, ни победных репортажей об испытаниях в космосе.  

Топливо  

ИД-500 и СПД-290 должны работать на ксеноне (Хе), газе редком и дорогом.  

Объём добываемого в мире ксенона весьма ограничен и никому не известен. То ли это 20 тонн в год, то ли 60… Из них только 10% идёт на космическую отрасль. Известно, что цена килограмма сжатого Хе составляет примерно 2450 долларов США. Тогда стоимость одной заправки, на которой должен несколько лет летать «Нуклон-АП» составит 24, 5 млн. долларов! И это без учёта вывода этих 10 тонн сжатого ксенона на низкую опорную орбиту!  

Россия не может быстро нарастить производство ксенона, в это направление вначале нужно хорошенько вложиться.  

Для любопытных – как добывают ксенон: https://www. newchemistry. ru/printletter. php? n_id=7767  

Личное мнение эксперта  

Очень информированный эксперт в области космических исследований академик Михаил Маров, когда-то сам принимавший участие в разработке межпланетных космических аппаратов, продемонстрировал скепсис относительно перспектив скорого испытания русского космического корабля с ядерной двигательной установкой.  

«Дело в том, что я бы мог вам комментировать более или менее ответственно, если бы дело шло о советской эпохе. Вот тогда было всё, в общем, довольно чётко, хотя и много было секретности. Но то, что было решено, довольно чётко выполнялось. Сейчас же я ничего комментировать не могу. Потому что все планы сегодня уползают вправо, причём никто за это ответственности не несёт. Хотя эти проекты, скажем, «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» — всё это в федеральной космической программе. А тогда, если проект был в аналоге федеральной программы, то есть назван в постановлении ЦК и Совмина, то если генеральный или главный конструктор говорил, что он изделие вовремя не может сделать, ему говорили очень коротко и спокойно: ну, тогда положишь на стол партбилет. И это, как вы понимаете, было настолько значимо с точки зрения крушения карьеры, что люди делали всё, что могли и не могли, чтобы выдержать плановые сроки».  

Вот жил в своё время конструктор Георгий Бабакин, напомнил академик Маров. Это человек, который за шесть лет сделал 16 космических аппаратов!  

«При мне он обещал Келдышу сделать за два года возврат грунта с Луны. И это вошло потом в постановление ЦК и Совмина. И это было сделано. А вот сейчас, когда вы меня спрашиваете, я был бы очень-очень рад сказать: да, всё великолепно. Всё, что и как заявлено, будет сделано. Но я не могу так сказать».  

Отсюда: https://tehnowar. ru/100311-russkij-jadernyj-dvigatel-dlja-kosmosa-mif-ili-realnost. html  

Ещё немного о российском ядерном буксире с цифрами и анализом: https://pikabu. ru/story/eshchyo_nemnogo_o_rossiyskom_yadernom_buksire_7898192  

Что сегодня?  

На 25. 01. 2022 всё те же упоминания о том, что было и должно быть сделано и многоточия: https://rg. ru/2022/01/25/v-rossii-razrabotaiut-kosmicheskij-iadernyj-buksir-moshchnostiu-do-6-megavatt. html  

Из картинок в этой аналитической статье (https://stroikaveka. org/proizvodstvo/kosmos/nuklon-pod-uklon. html? _thumbnail_id=4882) видно, что согласно настоящим характеристикам, электрическая мощность буксира по сравнению с ТЭМ 2016 года упала с 1 МВт более чем в 2 раза – до 470 кВт. Общая масса увеличилась в 1, 75 раза – с 20, 29 тонн до 35 тонн, а масса топлива уменьшилась с 10 до 1 тонны. Всё это влечёт за собой ухудшение тяговооруженности и срока автономной службы ТЭМ.  

В апреле 2022 года в журнале «Русский космос» подробная статья по теме: https://www. roscosmos. ru/media/pdf/russianspace/rk2022-04-single. pdf  

В конце статьи говорится о том, что с охлаждением так и не разобрались. Да и выводить ТЭМ в мегаваттной конфигурации… нечем.  

22 июля 2022 года Владимир Кошлаков, гендиректор Центра Келдыша, в интервью РИА Новости рассказал о том, что сейчас происходит с проектом ядерного буксира «Зевс». Заявлено продолжение работ над холловскими и ионными двигателями при условии их применения в рамках первой планируемой миссии ТЭМ в 2030 году. Так же обозначено, что эксперимент «Капля-2-2» намечен на 2024 год и в случае подтверждения создания замкнутого контура охлаждения (генерация капель – улавливание в приёмнике), сразу можно будет приступать к строительству штатного изделия. А реализации такой технологии позволит в дальнейшем увеличить мощность ТЭМ «Зевс» минимум вдвое. Для защиты же радиаторов охлаждения от микрометеоритов в Центре Келдыша ведётся отработка использования самовосстанавливающегося материала. Он обладает высокой скоростью залечивания – меньше, чем за секунды может устранять дефекты размерами 1-3 мм. Когда такой материал чем-то пробивается, он становится не хрупким, а пластичным, а образованное отверстие постепенно затягивается.  

https://ria. ru/20220719/keldysh-1803239031. html  

22 ноября 2022 года: https://www. atomic-energy. ru/news/2022/11/25/130570  

«Роскосмос» показал новый макет то ли ядерного буксира «Зевс», то ли его реактора. В разных источниках журналисты путаются, фотки приводят старые почему-то.  

Резюме  

Революция в области космических аппаратов опять не состоялась. Задел СССР в области ММБ (читай – ТЭМ) так и остался заделом, который пока не сумели ни повторить, ни развить. Ни один из трёх критических узлов, скорее всего, не готов. «Скорее всего» не касается ЯЭУ (реактора), про него просто ничего не известно, что неудивительно – редкая госструктура сравнится с Росатомом в умении хранить секреты. Но вот работающей капельной системы охлаждения (или альтернативной ей по эффективности) точно нет, как нет надёжных, испытанных в космосе ионных ракетных двигателей требуемых характеристик. Также все забывают о радиационно-устойчивой электронике для космических аппаратов, которую Россия сама не производит. И если от капельной системы охлаждения ещё можно отказаться, жертвуя электрической мощностью, то без остального просто не будет ММБ.  

Видимо, 4, 174 миллиарда рублей будут честно освоены к июлю 2024 году, а там про ММБ забудут. Потому что идёт война, высасывающая ресурсы из экономики, да и с российским сегментом МКС нужно будет что-то делать.  

Так что хорошо то, что делается. Но нашему космосу сегодня больше всего нужна простая метла. Которая подчистила бы все те горы мусора, полуправд и пустозвонства, которые скопились в отрасли за последние десятилетия.