Rusia en el espacio profundo, por delante del resto

Rusia ha iniciado el desarrollo de una central nuclear para el proyecto ruso-chino de la estación lunar, según declaró el 8 de mayo a RIA Novosti el director general de Roscosmos, Yuri Borisov.

Explicó que era necesario crear en la Luna una fuente de energía nuclear compacta, fiable, duradera y de largo plazo. La noche lunar dura aproximadamente 14 días terrestres y los paneles solares no pueden acumular tal cantidad de energía para asegurar el funcionamiento de los aparatos eléctricos durante tanto tiempo.

Rusia, junto con sus colegas chinos, está considerando la entrega e instalación de una central nuclear en la superficie de la Luna en 2033-2035, dijo Borisov. Está previsto que la creación de la Estación Lunar Científica Internacional se lance en dos etapas, entre 2025 y 2035. Constará de varios módulos y podrá funcionar de forma no tripulada a largo plazo con la posibilidad de presencia humana.

En los planes a largo plazo de las principales potencias espaciales, la Luna debería convertirse, entre otras cosas, en un lugar de lanzamiento para vuelos al espacio profundo, incluido Marte.

Anteriormente, el presidente ruso, Vladimir Putin, en una reunión con miembros del gobierno, les encargó que se ocuparan de cuestiones relacionadas con la construcción de una central nuclear en el espacio, incluida la financiación de este proyecto.

Según Putin, este proyecto es un “tema importante” porque Rusia tiene competencias en este ámbito que otros países no poseen. “Necesitamos prestarle especial atención para que: a – se desarrolle yb – pueda usarse en el futuro para resolver aquellos problemas que pueden y deben resolverse con la ayuda de estas tecnologías”, explicó el presidente de Rusia.

Las capacidades limitadas de los motores de cohetes de combustible químico quedaron claras en la década de 1950, antes de que comenzaran los primeros vuelos espaciales. Estos motores son de poca utilidad en el espacio profundo. Ya entonces se llevaron a cabo estudios que demostraron que una nave espacial de propulsión nuclear podría llegar a Marte en poco más de un mes, al distante Plutón en sólo dos meses, a la estrella Alfa Centauri en 12 años y a Epsilon Eridani en 24,8 años. Es decir, el motor nuclear haría posibles los vuelos tripulados a las estrellas y los vuelos a los planetas del sistema solar se convertirían en algo habitual.

La idea de utilizar misiles de propulsión nuclear se planteó por primera vez en la Unión Soviética. En 1955, el académico Mstislav Keldysh tomó la iniciativa de crear un motor de cohete de diseño especial, cuya fuente de energía sería un reactor nuclear. El desarrollo de la idea fue confiado al Instituto de Investigación-1 del Ministerio de Industria Aeronáutica, y el talentoso diseñador Vitaly Ievlev se convirtió en el director del trabajo. En el menor tiempo posible, los científicos soviéticos propusieron varias opciones para un prometedor motor de propulsión nuclear. En 1958, por decreto del Consejo de Ministros de la URSS, M.V. fue nombrado responsable del desarrollo de motores de propulsión nuclear. Keldysh, I.V. Kurchatov y S.P. Korolev. En el trabajo participaron varias decenas de organizaciones científicas y de diseño. También estaba prevista la participación del Ministerio de Defensa.

En agosto de 1978, se llevaron a cabo pruebas exitosas de motores de propulsión nuclear en el polígono de pruebas de Semipalatinsk. Durante su desarrollo, el reactor fue llevado gradualmente a niveles de potencia de 24, 33 y 42 MW. A principios de los años ochenta se llevaron a cabo pruebas de dos motores nucleares más potentes. Mostraron potencia de hasta 62-63 MW.

El pináculo de la construcción de reactores espaciales soviéticos y la central nuclear más potente lanzada al espacio fue el reactor Topaz-1 (TEU-5 Topol) con una potencia eléctrica de unos 7 kW y una potencia térmica de 150 kW. Fue probado a finales de los años 1980 en los satélites Kosmos-1818 y Kosmos-1867. Sin embargo, la baja eficiencia significó que los satélites soviéticos con reactores nucleares estaban literalmente muy "calientes": su propia temperatura era de más de 600 ° C.

A mediados de los años 1980 se interrumpió el trabajo principal sobre el tema de la propulsión nuclear soviética. La industria ya podía empezar a desarrollar una etapa superior u otra tecnología espacial y de cohetes para un motor de propulsión nuclear, llamado RD0410, pero comenzó la “perestroika” de Gorbachov, que puso fin al programa soviético de exploración del espacio profundo. En 1988, se redujo todo el trabajo sobre el tema de los motores nucleares espaciales.

En ese momento, la Oficina de Diseño de Automática Química en Voronezh ya había logrado producir un motor RD0410 completo, adecuado para su instalación en la futura etapa superior de un vehículo de lanzamiento espacial. Sin embargo, este prometedor motor nuclear no fue reclamado.

En 2009 se reanudaron los trabajos de creación de una central nuclear (CN) de categoría megavatio. El principal ejecutor del proyecto fue el Centro de Investigación que lleva el nombre de M. V. Keldysh, y para la planta del reactor (RP), el Instituto de Investigación y Diseño de Ingeniería Energética que lleva el nombre de N. A. Dollezhal (NIKIET).

A principios de 2016, se completó el diseño preliminar, se creó la documentación de diseño, se completaron las pruebas del sistema de control del reactor, se completaron las pruebas de los elementos combustibles, la vasija del reactor y se realizaron modelos a gran escala de la protección radiológica de la instalación del reactor. llevado a cabo, pero estos logros fueron en vano.

El 8 de diciembre de 2020, en la Asamblea General de la Academia de Ciencias de Rusia, Yuri Dragunov, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia y diseñador jefe del proyecto federal “Planta de energía nuclear de megavatios”, presentó un informe sobre la finalización exitosa de las pruebas. de un motor nuclear de clase megavatio para naves espaciales.

El interés práctico por la creación de sistemas de propulsión nuclear, pero para vuelos espaciales de larga distancia, surgió en Rusia a finales de la década de 2000 en relación con la aparición de una generación de potentes motores de propulsión eléctricos de plasma.

El sistema de propulsión nuclear consta de tres partes principales: una instalación de reactor con fluido de trabajo (mezcla de helio-xenón) y dispositivos auxiliares (intercambiador de calor y turbogenerador), un sistema de propulsión de cohete eléctrico y un refrigerador-emisor. Un sistema de propulsión nuclear a veces se confunde con un motor de cohete nuclear, pero el reactor nuclear en un sistema de propulsión nuclear se utiliza sólo para generar electricidad, que se utiliza para lanzar y alimentar el motor de propulsión eléctrica (EPM), y también proporciona energía al sistema a bordo de la nave espacial.

El fluido de trabajo que circula en el reactor se calienta a una temperatura de 1.500 grados Kelvin y hace girar un turbogenerador que genera electricidad para el sistema de propulsión eléctrica, que tiene un impulso específico unas 20 veces superior al de los motores a reacción tradicionales. En este caso, la unidad de potencia funciona en un ciclo cerrado: las sustancias radiactivas no ingresan al espacio circundante.

La peculiaridad del proyecto de central nuclear, desarrollado bajo la dirección del miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Yuri Dragunov, es el uso de un refrigerante especial: una mezcla de helio y xenón, el uso de un refrigerante rápido enfriado por gas a alta temperatura. reactor de neutrones, y también que partes del reactor están hechas de tubos hechos de una aleación única de molibdeno TSM-7, que es capaz de garantizar el funcionamiento del reactor durante más de 100.000 horas. Durante este tiempo, la nave espacial podrá llegar a los límites del sistema solar.

Yuri Dragunov habló en detalle sobre todas las etapas de la creación de un sistema de propulsión nuclear para vuelos interplanetarios al espacio profundo. Al finalizar los trabajos, en el Centro Nuclear Federal de Sarov se llevó a cabo en un puesto de aceleración especial una prueba física de control de la puesta en marcha de la central nuclear con un conjunto de mediciones necesarias.

Estados Unidos está muy detrás de Rusia en la creación de un motor nuclear para vuelos al espacio profundo. La empresa estadounidense Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) de Seattle ha desarrollado un nuevo motor nuclear para vuelos a Marte y a finales de octubre de 2020 lo entregó a la NASA para que lo probara. Según la compañía, un motor de este tipo puede reducir el tiempo de vuelo Tierra-Marte a tres meses. Sin embargo, a juzgar por las declaraciones del ingeniero jefe de USNC-Tech, Michael Eads, el motor nuclear estadounidense es diez veces inferior al ruso en un indicador clave: el impulso específico.

El 11 de diciembre de 2020, Roscosmos firmó un contrato por valor de 4.200 millones de rublos para el desarrollo de un diseño preliminar del remolcador nuclear espacial Nucleon para vuelos a la Luna, Júpiter y Venus. Un proyecto de avance es una investigación científica que justifica la implementación de un desarrollo cualitativamente nuevo, y un remolcador nuclear es un barco interplanetario. Y será lanzado a una órbita intermedia más allá del primer cinturón de radiación de la Tierra, es decir, a una altitud de más de 13 mil kilómetros.

En marzo de 2024, el South China Morning Post, citando un artículo de la revista de la Academia China de Ciencias, Scientia Sinica Technologica , informó que científicos chinos habían creado un prototipo de nave espacial de propulsión nuclear para vuelos a Marte.

El impulso específico del prototipo de reactor nuclear es de 1,5 MW, siete veces mayor que el del sistema creado por la NASA, pero significativamente inferior al desarrollo de la central nuclear rusa.

La energía nuclear se está convirtiendo en la base de la exploración del espacio profundo. Rusia ya dispone de las tecnologías necesarias para crear una central nuclear en la Luna, afirmó Yuri Borisov el 8 de mayo. Estados Unidos está muy por detrás en este sentido. Anteriormente, en junio de 2022, la NASA y el Departamento de Energía de Estados Unidos firmaron un acuerdo con Westinghouse para desarrollar un proyecto de central nuclear lunar de baja potencia con un reactor eVinci (5 MW).

El reactor eVinci pertenece a la clase de pequeños reactores modulares (SMR) y se encuentra en fase de desarrollo, mientras que el reactor ruso KLT-40S, mucho más potente (35 MW), lleva mucho tiempo en funcionamiento comercial, y los SMR aún más avanzados del tipo RITM se están poniendo en servicio con éxito.

Vale la pena señalar que la empresa que desarrolla el reactor eVinci , Westinghouse Electric, planea construir una central nuclear flotante sobre esta base recién para 2030, y la creación de una central nuclear lunar mucho más compleja requerirá tiempos de implementación aún más largos.

En la situación actual, Rusia y China tienen todas las posibilidades de convertirse en pioneros en la exploración del espacio profundo.