Меню

Ядерный буксир для космоса принцип работы

Космический Ядерный Буксир корпорации «Роскосмос» на деле оказался мощнейшей боевой системой…

В сентябре 2020 года появились первые фотографии сборки в цехах КБ «Арсенал» прототипа транспортного-энергетического модуля. Проект позиционировался как транспортная платформа для исследования ближнего и дальнего космоса, то есть предполагал полёты к планетам Солнечной системы и их спутникам.

Транспортно-энергетический модуль (ТЭМ)

10 декабря 2020 года «Роскосмос» заключил с КБ «Арсенал» контракт на разработку аванпроекта «ТЭМ» стоимостью более 4,1 миллиарда рублей. Сразу после этого на портале закупок появилась информация по этому контакту, а также детальное техническое задание и сроки исполнения.

Согласно контракту, предполагается создание на базе «ТЭМ» космического исследовательского комплекса для полётов к Луне, Венере, Юпитеру и его спутникам. Однако после изучения ТЗ, складывается общее впечатление, что «ТЭМ» в первую очередь создаётся как продукт оборонной промышленности.

21 апреля 2021 года на общем собрании членов Российской Академии Наук точку в спекуляциях относительно «ТЭМ» поставил академик Анатолий Сазонович Коротеев. В представленном им докладе «Использование ядерной энергии в космических системах», посвященном как раз идее и разработке «ТЭМ», сделан упор на обоснование военного назначения проектируемой космической ядерной системы.

Анатолий Сазонович Коротеев рассказывает об энергетических принципах «ТЭМ» на общем собрании членов Российской Академии 21 апреля 2021 года

Известно, что предполагаемой первоначальной задачей для военной модификации «ТЭМ» будет мониторинг территории России на предмет выявления и подсветки малоразмерных объектов (крылатые ракеты, дроны, самолёты типа «СТЕЛС» и т.п.).

Действовать «ТЭМ» будет в комплексе с ПВО и ПРО, создавая единую наземно-космическую систему. Это в разы повысит эффективность оборонной способности нашей страны и точность систем целеуказания в ПВО и ПРО.

Информации, приведенной в докладе оказалось достаточно, чтобы понять масштаб всего комплекса. Любая система ПВО России, даже находясь за тысячи километров от места обнаружения, будет знать, где сейчас находятся потенциальные цели.

«ТЭМ» в составе наземно-космической системы обнаружения и целеуказания

В докладе говорилось также и о чрезвычайной важности этой системы обнаружения в том плане, что контроль ведётся даже для низколетящих целей (тут, видимо, имеются в виду крылатые ракеты типа «томагавк»).

В ходе разработки конструкция военной модификации «ТЭМ» претерпела некоторые изменения. Теперь она, кроме всего прочего, полностью соответствует масса-габаритным характеристикам вывода груза на орбиту новых ракет «Ангара-А5».

Военный модуль «ТЭМ» в обтекателе ракетоносителя «Ангара А5».

Электрическая мощность военной модификации «ТЭМ» будет составлять до 200 кВт, а размеры будут чуть больше модуля для МКС.

Коротеев А.С. не зря сравнил электрическую мощность «ТЭМ» (200 кВт) со всей МКС (80-100 кВт). Всё дело в том, что космические системы очень сильно ограничены по величине выходной электрической мощности. Космические зонды стоимостью в миллиарды долларов имеют на борту электрическую мощность в среднем 1,5 кВт.

А тут выводится космическая система размерами с один модуль МКС, которая в два раза превосходит всю космическую станцию по электрической мощности.

Это настоящая революция в космической инженерии и электротехнике.

Один модуль «ТЭМ» мощностью в 200 кВт способен контролировать всю территорию России. Следовательно, для контроля всей территории Земли понадобится орбитальная группировка из 30 таких «ТЭМ».

Компоновка боевого модуля «ТЭМ». Видно, что радиатор-излучатель претерпел значительные изменения, в силу специфики новых задач и сроков их исполнения.

Радиолокация – это только первый шаг в организации космической обороны России. Представьте, например, лазерный комплекс мощностью в 200 кВт, эффективность которого в космосе максимальна. Такой лазер будет выводить из строя или серьёзно нарушать работу спутников, облучая их за тысячи километров. Пока это только фантазии, и тема для этого очень обширная.

Как пример: проектная прорисовка космической глушилки на базе «ТЭМ», которая способная вырубить всю навигацию на территории любой страны.

Наши академики лоббируют проект «ТЭМ» как военную технологию чрезвычайной важности, и в этом есть один большой плюс для всех фанатов ядерного планетолёта: военные проекты имеют несравнимо большую вероятность реализации в установленные сроки (сегодня это 2030 год), чем любой гражданский или исследовательский проект.

Читайте также:  Показать снимки земли с космоса

Сам «ТЭМ» – это в первую очередь космическая платформа с ядерной энергоустановкой электрической мощностью до 1 МВт. А вот что будет построено на ней, это уже вопрос к архитекторам и инженерам. Может быть, это будет исследовательский планетолёт или боевой модуль, а может быть, космическая станция в глубоком космосе…

В каком качестве будет больше востребован «ТЭМ» — покажет время. Но, учитывая сегодняшнюю геополитическую обстановку, боевому модулю на основе «ТЭМ» — быть почти со 100% вероятностью…

Однако надо отдать должное нашим учёным и собственно РАН, которые на базе «ТЭМ» одновременно разрабатывают как военный орбитальный комплекс, так и планетолёт для исследовательских целей.

В начале собрания членов Российской академии наук своеобразным прологом стало выступление главы корпорации «Роскосмос» Дмитрия Рогозина. Выступление было очень эмоциональным, на грани дозволенного, и даже с переходом на личности. Но Рогозин чётко обозначил приоритеты космической экспансии России – это только те проекты, которые принесут человеческой цивилизации большую отдачу, высокую выгоду, а нашей стране — престиж. У нас нет средств и времени распыляться на малозначительные проекты или проекты с малой степенью проработки. Приоритетными для нас являются такие проекты, как: «ТЭМ», Национальная орбитальная станция, Лунная база, а также научные проекты особой важности как для России, так и для мира.

П.С. «Китай и Россия разработали оружие, которое может нарушить работу наших спутников или уничтожить наши спутники»,— заявил командующий Космическими силами США генерал ВВС Джон Реймонд в интервью газете The Washington Post 1 мая 2021 года…

Источник

Наш «ядерный буксир» обгонит обычные ракеты

При словах «ядерный буксир» и » транспортно-энергетический модуль», которые использует Роскосмос, у публики обычно возникает зевота. Вот корабль Starship от Маска для освоения Марса — это стильно и круто.
А тут — какой-то «буксир», скучно же.

Интересно, если написать «ядерный планетолёт» — что-нибудь изменится в восприятии?

Чтобы понять, почему мы ещё не летаем на Марс, нужно уразуметь, что всё сводится к двигателям. Чем они мощнее — тем быстрее полёт от планеты к планете, тем реальнее колонизация Солнечной системы, тем быстрее долетим «до Марса».

За сегодняшние 7-8 месяцев полёта до Марса на обычной ракете, колонисты получат 2/3 дозы радиации, полученной за всю жизнь на Земле! Кому нужна такая романтика? ( подробнее про радиацию при полёте на Марс )
Тут хоть «буксир», хоть «толкач» — главное быстрее проскочить и «дозу» не хватануть.

А Маск проектирует обычную ракету. Теперь понятно, почему этот проект по 7-месячному полёту на Марс — полная авантюра?
И, даже если как-то решат проблему с радиацией, время полёта всё равно останется слишком большим. Starship — это новая модель ракеты на старом принципе.

Надо лететь в разы быстрее, но обычные ракеты достигли своего предела. Дальше — стена, всё, приехали.

Как это преодолеть

Для перемещения в вакууме нужно оттолкнуться от чего-то. Ну или отбросить что-то от себя. Хочешь быстрее — значит нужно отбросить это «что-то» с большей скоростью.

Просто школьная физика: p=m*v
Или: импульс двигателя равен произведению отброшенной массы на скорость её выхода из движка.
Надо или увеличить массу топлива, или поднять скорость его истечения.

Понятно, что разумнее не увеличить массу топлива, а поднять КПД установки, повысив скорость истечения струи из сопла. А для этого нужна более высокая температура в рабочей зоне. Но, это касается первых ядерных космических установок — они производили радиоактивную грязь и от них отказались.

Сейчас ставка делается на реактор с закрытым контуром. Он производит тепло, за счёт которого вырабатывается электричество.

Да-да, получается, что пока не изобрели пространственный варп-двигатель, единственный способ передвижения в космосе для большого корабля — это высокотехнологичный потомок паровоза на ядерном топливе. То есть, — «ядерный буксир».

Здесь нужно уточнить: ядерная установка является лишь источником тепла для выработки энергии для плазменных двигателей. То есть там ещё преобразователь есть (например турбина или термо-электрический). Выигрыш идёт именно из-за более высокой температуры, которую может обеспечить ядерная установка.

Читайте также:  Символ единения с космосом

И ещё одно — для старта с поверхности Земли всё равно нужна ракета . Ядерные двигатели здесь пока не помогут. А уже после выхода на орбиту нужно пересаживаться на другой корабль и лететь дальше. Это не требует гигантских ракет, дешевле и быстрее.

Не нужны дорогие сверхтяжёлые ракеты. А ядерный буксир постоянно находится на орбите — ему незачем садиться на планету. Это ещё одна статья экономии и безопасности.

Дело за «ядерным буксиром» — всё остальное для межпланетных полётов уже есть.

И Россия в этом деле является одним из лидеров.

Источник

Ядерный буксир — разбираем вопросы и заблуждения.

Тема ядерного буксира часто вызывает одни и те же вопросы в комментариях к статьям — приходится повторяться в обсуждениях.
Поэтому, на некоторые из них попробую ответить так, как сам понимаю.
Если что — поправьте.

Космический ядерный буксир — это российский проект многоразовой двигательной установки для транспортировки грузов. Он постоянно находится в космосе, не садится на поверхность планет.
При полётах на очень большие расстояния оказывается быстрее, чем «обычные» ракетные двигатели.

Зачем нужен буксир, если он будет лететь до Луны 200 дней?

200 дней — это время полёта ядерного буксира к Луне при доставке груза до 10 тонн.

Вообще, ядерный буксир проектировался прежде всего для Дальнего космоса. Но, «вдруг», для исследования Луны России потребовалась мощная электростанция .

А, раз такая электростанция уже будет в составе буксира, который может летать сам, то разумно сэкономить на ракете и отправить всю установку к Луне своим ходом.
Да, медленно. А куда торопиться? Людей-то на борту нет.
Поэтому, 200 дней полёта не представляют особой проблемы.

То есть, к пилотируемым полётам на Луну буксир не имеет прямого отношения. Это грузовой транспортник + самоходная электростанция.

Так говорили же, что буксир быстрее?

И это правда, но относительная 🙂
У ядерного буксира очень малая тяга. Однако, топливо в нём расходуется с более высоким КПД, а двигатели могут работать на протяжении всего полёта (условно). То есть, он способен разгоняться длительное время и в итоге достичь более высоких скоростей на больших расстояниях.

Поэтому, при полётах на расстояния примерно до Марса, буксир сравним с ракетами по итоговому времени полёта.
Но, начиная уже с Главного пояса астероидов и дальше, — однозначно придёт к цели раньше аппаратов с ракетными двигателями.

А вот Луна находится слишком близко — буксир просто не успевает набрать скорость. Поэтому космонавты будут летать туда на обычных ракетах, а буксир будет использоваться как беспилотный грузовик.

А куда крепится полезная нагрузка?

Это частный вопрос. Действительно, если посмотреть на изображение стыковочного узла (круг на изображении), то кажется, что там очень мало места между двигателями:

Во-первых, это беспилотный корабль. А значит, нагрузка может быть более компактной — там не нужен большой диаметр для жизненного пространства экипажа.

Во-вторых, никто не мешает вернуться к схеме, когда двигатели разносились на крестовине по сторонам. Просто, сейчас видимо не планируется крупногабаритная нагрузка.

Ядерному буксиру не нужно топливо!

Увы, нужно. Поэтому выше в скобках и было написано «условно» насчёт постоянного разгона во время полёта.

Да, сама ядерная установка заряжается один раз и дозаправки не требует. НО, она вырабатывает электричество, которое питает ионные (плазменные) двигатели, которые выбрасывают из себя разогнанный до высоких скоростей ксенон. И вот эти запасы ксенона — конечны.

Кстати, поэтому буксир видимо придётся иногда заправлять, ведь он делается как многоразовый грузовик для многолетней работы. Использование обычных ракет в качестве буксиров невыгодно.

Так что, с этой точки зрения, ядерный буксир — это всё та же ракета с горючим, только гораздо более выгодная.

Ядерный буксир долетит до звёзд?

(за разумное время. )
Из предыдущего ответа понятно: всё упирается в мощность двигателей и запасы топлива.

Поскольку топливо для ионных двигателей рано или поздно израсходуется, то буксир не сможет разгоняться всю первую половину пути, достигая сверхвысоких скоростей и потом тормозить всю вторую половину полёта.
Ему нужно израсходовать половину топлива на разгон. Затем сколько-то времени лететь с набранной скоростью. А в конце тормозить примерно столько же, сколько длился разгон.

Читайте также:  Диплом ко дню космоса

То есть, увы, — максимальная скорость у буксира ограничена. Поэтому неправильно мечтать, что при постоянном ускорении буксир разгонится до скоростей, сравнимых со скоростью света и быстро долетит до ближайших звёзд.

До какой скорости разгонится «Нуклон»?

Поскольку топливо расходуется, то корабль становится легче. А значит, он движется с нарастающим ускорением. Конечная скорость в этом случае расчитывается по формуле Циолковского для ракет:

V = I * ln( M1 / M2 ) , где:

V — конечная скорость;
I — удельный импульс;
M1 — начальная масса ракеты с топливом;
M2 — массы ракеты за вычетом израсходованного топлива.
(ln — натуральный логарифм)

Для «Нуклона» известно: масса 55 тонн, включая 10 тонн топлива и 10 тонн условно полезной нагрузки.
В качестве двигателей примем ИД-500 с удельным импульсом 70000 м/с.

Посчитаем предельную скорость разгона при расходовании всего топлива: 14 047 м/c (сейчас примем, что срок работы двигателя не ограничен.)

То есть, предельная скорость разгона «Нуклона» с полезной нагрузкой 10 тонн — 14 км/c. А, если при подлёте к цели нужно будет затормозить, то максимальная скорость перелёта вдвое ниже — 7 км/c.
Далее, учтём начальную скорость, до которой его разгонит ракета-носитель при старте с Земли (почти 8 км/с на орбите 900 км). И тогда уж прибавим скорость Земли вокруг Солнца — 30 км/с, раз речь о межзвёздных полётах.
Получим 45 км/с относительно Солнца. Примерно с такой скоростью летел к Плутону аппарат «New Horizons», некоторое время удерживавший пальму первенства по скорости. Но, он и весит неполные полтонны.

ПС: удельный импульс у обычных ракетных двигателей на порядок ниже:
твердотопливные — примерно до 2600 м/с
керосиновые — около 3000 м/с
водородные — около 4200 м/с
разницу в максимальной скорости можете посчитать сами. но, не забудем, что время набора скорости у них несравнимо меньше.

За сколько буксир долетит до ближайшей звезды?

Расстояние до Альфы Центавра — 41 248 784 860 452 км. (и пусть это будет прямая. )
Скорость полёта «Нуклона» относительно Солнца мы только что посчитали — 45 км/с.

Получается, что время полёта именно этого ядерного буксира до ближайшей звезды с торможением около неё — примерно 29 000 лет .

Или в два раза быстрее, если не тормозить в конечной точке. можно и ещё быстрее, если урезать полезную нагрузку и/или добавить топлива 🙂
Увы, чем больше я наращивал массу топлива в расчётах, тем слабее был эффект — корабль получается слишком тяжёлым на старте и медленно разгоняется.

В общем, мощность сегодняшних двигателей надо поднять на целых два порядка, чтобы начать задумываться о звёздах.

Поправьте, если я неверно посчитал — пишу в канун Нового года 😉

ПС: здесь не учтены гравитационные манёвры вокруг Солнца и планет. Они могут довольно сильно увеличить скорость. Однако, этот прирост придётся учесть при расчёте топлива для торможения.
Но, как правильно мне заметили в комментариях, через десятки тысяч лет реактор может просто перестать работать. впрочем, при наличии турбины в электро-генераторе, это произойдёт гораздо быстрее.

ПС2: влияние гравитации Солнца и планет тоже опущено. Во-первых это сложно, а во-вторых для оценочного расчёта излишне — всё равно львиная доля пути приходится на межзвёздное пространство.

ПС3: ещё раз поясняю: это просто пример возможностей ядерного буксира при полёте на сверхбольшие расстояния (все же помнят известную цифру 80 000 лет полёта на «обычной» ракете к ближайшей звезде. ). На самом деле, есть множество других факторов, и нормальный расчёт межзвёздного полёта требует отдельной статьи.

А зачем там солнечные батареи?

Действительно, раз на борту есть электростанция, то солнечные батареи смотрятся странно.

Источник

Adblock
detector