Después de años de casi silencio, un destacado desarrollador de naves espaciales militares rusas de repente mostró públicamente las primeras imágenes de un enorme transporte espacial de propulsión nuclear en proceso de montaje en las instalaciones de la compañía en San Petersburgo. La oficina de diseño de KB Arsenal, que actúa como contratista principal en el proyecto, es conocida por sus satélites de propulsión nuclear de la era soviética, uno de los cuales se estrelló en la región ártica de Canadá en 1977.
Redacción
Después de años de casi silencio, un destacado desarrollador de naves espaciales militares rusas de repente mostró públicamente las primeras imágenes de un enorme transporte espacial de propulsión nuclear en proceso de montaje en las instalaciones de la compañía en San Petersburgo. La oficina de diseño de KB Arsenal, que actúa como contratista principal en el proyecto, es conocida por sus satélites de propulsión nuclear de la era soviética, uno de los cuales se estrelló en la región ártica de Canadá en 1977.
¿Qué es el remolcador espacial de propulsión nuclear?
Una serie de fotos e imágenes generadas por computadora, que aparecieron en Internet en 2020 y se originaron en KB Arsenal, revelaron la última versión aparente y la operación planificada de un remolcador espacial muy grande propulsado por motores eléctricos y alimentado por una fuente nuclear.
El proyecto conocido oficialmente como Módulo de Transporte y Energía, TEM, ha sido bien conocido por los observadores del programa espacial ruso durante más de una década.
Con sus raíces en los albores de la era espacial, el concepto TEM intenta casar un reactor nuclear con un motor de cohete eléctrico. Los sistemas de propulsión eléctrica calientan y aceleran el gas ionizado para crear un chorro generador de empuje y, por lo tanto, se conocen alternativamente como motores de iones o de plasma. Cuando se miden por unidad de masa de propulsor gastado, los motores eléctricos son más eficientes que los cohetes tradicionales de propulsante líquido o sólido, pero su empuje es relativamente bajo en un momento dado y requieren una gran cantidad de energía eléctrica para funcionar. Debido a esto, hasta hace poco tiempo, el uso práctico de la propulsión eléctrica en vuelos espaciales se limitaba principalmente a los sistemas de ajuste de órbita a bordo de satélites o a misiones en el espacio profundo, en las que las naves espaciales podían aprovechar el bajo empuje durante períodos de tiempo muy largos.
Para ampliar la operación de los propulsores eléctricos que consumen mucha energía, los ingenieros consideraron durante mucho tiempo reemplazar los paneles solares pesados ??y voluminosos con fuentes de energía nuclear que podrían proporcionar mucha electricidad durante años, si no décadas, y no dependerían de la radiación solar en las regiones remotas y frías del Sistema Solar, como lo demuestran misiones planetarias como Voyager, Cassini y muchas otras.
Sin embargo, el desarrollo de reactores nucleares para el espacio aún tenía que llevarse a cabo en la Tierra, donde las preocupaciones ambientales y de seguridad ralentizaron el progreso en este campo.
Aún así, a principios del siglo XXI, el ejército ruso aparentemente renovó el interés en la gran capacidad de los reactores nucleares para proporcionar electricidad no solo para los sistemas de propulsión sino también para otros equipos a bordo de grandes naves espaciales, como poderosas antenas de radar con fines de vigilancia o antisatélite, láseres capaces de cegar sensores a bordo de naves espaciales enemigas.
Con una gran cartera de tecnología nuclear y un presupuesto considerable, el Ministerio de Defensa ruso aparentemente se convirtió en el principal patrocinador del primer intento postsoviético de construir un sistema de generación de energía nuclear para el espacio. No es sorprendente que el trabajo en el reactor se clasificara en gran medida, pero en 2020, KB Arsenal publicó fotos que mostraban lo que parecía ser el ensamblaje del vehículo TEM a gran escala o su prototipo y una animación de su despliegue en órbita.
KB Arsenal detalla remolcador espacial de energía nuclear, posibles aplicaciones militares
En su folleto corporativo, KB Arsenal informó que, entre 2016 y 2018, la compañía realizó varios estudios iniciales, NIR y diseños preliminares, OKR, en busca de una nave espacial de propulsión nuclear a nivel de megavatios de potencia. El programa incluyó el desarrollo y prueba de las Maquetas Técnicas y de Diseño, KTM, del módulo TEM y sus componentes, como la Sección de Portatrusses, ONF, el Bloque de Sistemas de Soporte, BOS, el Módulo de la Unidad de Propulsión, MDU y el Power Unidad, EB. Estos elementos de la maqueta se han sometido a pruebas funcionales, según KB Arsenal. La compañía también publicó nuevas fotos de los elementos de la nave espacial durante el montaje y las pruebas.
En 2018 y 2019, Arsenal realizó el estudio Yadro (Core), que analizó las aplicaciones militares y civiles del módulo de energía, incluido su uso implícito como arma antisatélite. Las tareas potenciales bajo consideración, tal como las definió Arsenal, incluían "detección remota de la superficie de la Tierra y del espacio aéreo, impacto electromagnético en los activos de comando y control radioelectrónicos, reconocimiento, comunicaciones, navegación, transporte interorbital y entrega de carga" a órbitas casi lunares". Las propuestas también incluyeron el uso del módulo para alimentar naves espaciales de transmisión de datos en el punto marciano L1 Lagrange para proporcionar comunicaciones entre una base en la superficie de Marte, los orbitadores de Marte y la Tierra. También se consideró la entrega de sistemas nucleares productores de energía a la base de superficie marciana.
Sección de Portaequipajes, ONF, durante las pruebas funcionales en KB Arsenal.
El remolcador espacial TEM explicado
El remolcador espacial TEM en posición plegada.
El corazón del remolcador TEM es un reactor nuclear, que genera calor. Luego, el calor se convierte en energía eléctrica a través de una turbina mecánica o mediante el llamado método de emisión térmica, que no involucra piezas móviles. Aunque menos eficaz que una turbina, más simple y más familiar para la industria rusa, la conversión de emisiones térmicas parecía estar en uso a bordo del vehículo TEM revelado en 2020.
La energía térmica excesiva generada inevitablemente en el proceso de trabajo del reactor se libera al espacio con un sistema de radiadores, que también puede utilizar una variedad de tecnologías diferentes para operar en condiciones de ingravidez y más allá de la atmósfera. El vehículo TEM revelado parecía presentar un trío de radiadores principales y tres auxiliares. Los últimos paneles más pequeños probablemente satisfacen las necesidades tradicionales de los sistemas de servicio a bordo de la nave espacial, mientras que los radiadores estacionarios y desplegables más grandes probablemente fueron diseñados exclusivamente para eliminar el calor del reactor. La animación mostraba un proceso muy complejo de tres etapas del despliegue del radiador principal a bordo del módulo TEM.
Sin embargo, en el vehículo presentado, los paneles del radiador parecían estar usando un fluido refrigerante que transportaba calor bombeado a través del sistema por una turbina. Es una tecnología menos progresiva que el sistema de radiación de tubos de calor capilares que se planeó originalmente para la nave espacial y que se sabía que Rusia estaba probando a bordo de la estación espacial Mir a principios del siglo XXI .
Para proteger todos los sistemas a bordo de la nave espacial de la radiación dañina, el reactor se coloca detrás de un escudo en forma de cono que forma una "sombra" cónica protegida libre de partículas peligrosas. Para aumentar aún más la zona segura, el reactor está unido a lo que parece ser una pluma telescópica de cuatro secciones hecha de un material compuesto liviano. El brazo se despliega en toda su longitud después de que la nave se separa del vehículo de lanzamiento en órbita.
Según las publicaciones disponibles, el reactor nuclear del vehículo TEM se activaría solo después de que la nave alcanzara una órbita de 600 u 800 kilómetros, lo suficientemente lejos de la atmósfera enrarecida para evitar la descomposición natural y el reingreso de un satélite estancado. Mientras tanto, todos los sistemas de servicio del remolcador espacial y sus cargas útiles aún podrían recibir energía de un par de paneles solares desplegados a los lados del módulo de propulsión inmediatamente después de entrar en órbita.
Las fotos publicadas por KB Arsenal en 2020 mostraban los componentes clave de este vehículo muy grande, incluido el módulo de propulsión, los radiadores estacionarios y desplegables y el brazo desplegable que transportaría el reactor. No había fotos del reactor en sí, sin embargo, se mostró en la animación adjunta, que tenía fecha de 2020. Parecía que incluso sin su carga útil, el TEM ruso sería un vehículo de 20 o 30 toneladas, que podría requerir Cohetes Angara pesados ??5M o Angara-5V para entrar en una órbita inicial desde el puerto espacial Vostochny. Una representación producida por Khrunichev de GKNPT alrededor de 2016 mostraba el cohete Angara-5V con una etapa superior Briz llevando el vehículo TEM.
Roskosmos presenta un remolcador espacial nuclear-eléctrico
Durante el Salón del Aire y el Espacio de Moscú, MAKS, que se inauguró el 20 de julio de 2021 en el aeródromo de Zhukovsky cerca de Moscú, Roskosmos exhibió un modelo a escala del remolcador espacial nuclear-eléctrico para el complejo Zevs (Zeus). La exhibición parecía incluir la versión experimental inicial del vehículo equipado con motores iónicos y otra variante ampliada con los llamados motores de plasma magnético de rotor.
Los vehículos TEM se exhibieron junto a las históricas naves espaciales US-A con reactores que se desarrollaron durante el período soviético para guiar los misiles de crucero hacia sus objetivos y parecían mostrarse a la misma escala que los modelos Zevs, dando una idea general sobre la ambición del esfuerzo actual.
Se sabe que la versión operativa del remolcador espacial Zevs se dimensionó para su lanzamiento en el cohete Angara-5V capaz de entregar hasta 38 toneladas de carga útil a la órbita terrestre baja.
Durante una feria comercial militar en Rusia en agosto de 2021, KB Arsenal distribuyó un folleto con los logotipos de la empresa y su empresa matriz Roskosmos State Corporation y con más representaciones de lo que se identificó como el Complejo Orbital Zevs. El texto adjunto decía que el vehículo estaba siendo desarrollado para ser lanzado a una órbita de 1.000 kilómetros en un cohete Angara-A5 desde el puerto espacial de Vostochny . La misión del remolcador espacial se describió como la entrega de equipos científicos hacia la Luna y los planetas del Sistema Solar.
Zevs progresa pero choca contra el muro presupuestario
Foto publicada en mayo de 2022 que muestra una instalación de vacío de prueba de turbina en el centro de Keldysh.
En mayo de 2022, el director de Roskosmos, Dmitry Rogozin, admitió que el programa Zevs carecía de fondos, lo que aparentemente reflejaba nuevas realidades después de la escalada de la guerra de Rusia contra Ucrania el 24 de febrero. Al mismo tiempo, Rogozin publicó fotos de una cámara térmica y de vacío en el Centro Keldysh de GNT en Moscú se construyó para probar el funcionamiento de turbinas de alta velocidad que convierten la energía térmica en energía eléctrica. Es un mecanismo crítico para el remolcador espacial eléctrico nuclear, porque convierte la energía térmica generada por el reactor nuclear en electricidad requerida en grandes cantidades para la operación de motores de plasma de alto empuje.
El puesto experimental de Keldysh operó en conjunto con una unidad generadora de calor con una potencia de 2 megavatios, que simula las cargas térmicas producidas por el reactor. Según Rogozin, durante las pruebas exitosas de la unidad experimental el 13 de mayo, la temperatura de la sustancia impulsora en la entrada de la turbina alcanzó los 1.200 Kelvin y la velocidad de la turbina alcanzó las 34.000 rotaciones por minuto. Las pruebas posteriores tienen como objetivo hacer girar la turbina hasta una velocidad objetivo de 60.000 rotaciones por minuto o 1.000 rotaciones por segundo, dijo Rogozin.
Según el centro Keldysh, su stand multifuncional podría albergar turbinas de gas experimentales y sus componentes con una potencia de hasta 250 Kilovatios. El centro también contaba con una instalación de pruebas criogénicas y de vacío para pruebas de encendido de motores Hall y de iones con una potencia de hasta 35 kilovatios.
Rogozin también describió un esfuerzo conjunto ruso-bielorruso para desarrollar álabes de turbina que pudieran operar a temperaturas de 1.500 Kelvin y más. Según los informes, los especialistas probaron varios materiales candidatos, desde aleaciones metálicas hasta cerámicas y materiales compuestos. El desarrollo de nuevas palas con mayor resistencia al calor podría permitir una mayor temperatura en la turbina, lo que, a su vez, permitiría reducir el tamaño y el peso de un sistema de radiadores para expulsar el calor excesivo al espacio a bordo del remolcador espacial.