Au cours de MAKS -2013, la coopération d'entreprises nationales des structures de Roscosmos et Rosatom a présenté un modèle mis à jour d'un module de transport et d'énergie (TEM) avec une unité de propulsion nucléaire spatiale (NPP) d'une classe de mégawatt (NK n ° 10, 2013, p.4). Ce projet a été présenté publiquement il y a exactement quatre ans, en octobre 2009 (CGI n°12, 2009, p.40). Qu'est-ce qui a changé pendant cette période ?
Chronique du projet
Rappelons que l'objectif du projet est de créer une base de propulsion énergétique et, sur sa base, de nouveaux véhicules spatiaux avec un rapport puissance/poids élevé pour la mise en œuvre de programmes ambitieux d'étude et d'exploration de l'espace extra-atmosphérique. Ces moyens permettent de mettre en œuvre des expéditions dans l'espace lointain, de plus de 20 fois l'efficacité économique des opérations de transport spatial et de plus de 10 fois la puissance électrique à bord de l'engin spatial.
La centrale nucléaire est basée sur un réacteur nucléaire avec un convertisseur de turbomachine à longue durée de vie. Le développement de TEM est effectué par arrêté du président de la Russie en date du 22 juin 2010 n° 419-rp. Sa création est envisagée par le programme d'État « Activités spatiales de la Russie pour 2013-2020 » et le programme du président pour la modernisation de l'économie. Les travaux faisant l'objet du contrat sont financés sur le budget fédéral dans le cadre du programme spécial « Mise en œuvre des projets de la Commission sous la présidence de la Fédération de Russie pour la modernisation et le développement technologique de l'économie russe » *.
Plus de 17 milliards de roubles sont alloués à la mise en œuvre de ce projet avancé entre 2010 et 2018. La répartition exacte des fonds est la suivante: 7,245 milliards de roubles sont alloués à la société d'État Rosatom pour le développement du réacteur, 3,955 milliards de roubles - pour le centre de recherche MV Keldysh pour la création d'une centrale nucléaire et environ 5,8 milliards de roubles - pour RSC Energia pour la fabrication de TEM. L'organisation principale responsable du développement du réacteur nucléaire lui-même est l'Institut de recherche et de développement des technologies énergétiques (NIKIET), qui fait partie du système Rosatom. La coopération comprend également l'Institut technologique de recherche scientifique de Podolsk, le RRC "Kurchatov Institute", l'Institut de physique et d'ingénierie énergétique d'Obninsk, l'Institut de recherche scientifique NPO "Luch", l'Institut de recherche scientifique sur les réacteurs atomiques (NIIAR) et un certain nombre de d'autres entreprises et organisations. Le Keldysh Center, le Design Bureau for Chemical Engineering et le Design Bureau for Chemical Automation ont beaucoup fait sur le circuit des fluides de travail. L'Institut d'électromécanique a été associé au développement du générateur.
Pour la première fois, le projet met en œuvre des technologies innovantes qui à bien des égards n'ont pas d'analogues dans le monde:
circuit de conversion très efficace;
réacteur à neutrons rapides compact à haute température avec systèmes de refroidissement par gaz, assurant la sécurité nucléaire et radiologique à tous les stades de l'exploitation;
éléments combustibles à haute densité;
système de propulsion de croisière basé sur un bloc de puissants moteurs-fusées électriques hautes performances (EJE);
turbines haute température et échangeurs de chaleur compacts d'une durée de vie de dix ans;
générateurs-convertisseurs électriques à grande vitesse de grande puissance;
déploiement de structures de grande taille dans l'espace, etc.
Dans le schéma proposé, un réacteur nucléaire génère de l'électricité: un gaz caloporteur, entraîné à travers le cœur, fait tourner une turbine, qui fait tourner un générateur électrique et un compresseur, qui fait circuler le fluide de travail en boucle fermée. La substance du réacteur ne sort pas dans l'environnement, c'est-à-dire qu'une contamination radioactive est exclue. L'électricité est consommée pour le fonctionnement d'un moteur de propulsion électrique, qui est plus de 20 fois plus économique que les analogues chimiques en termes de consommation de fluide de travail. La masse et les dimensions des éléments de base de la centrale nucléaire devraient garantir leur placement dans les ogives spatiales des lanceurs russes existants et potentiels "Proton" et "Angara".
La chronique du projet montre son développement rapide dans les temps modernes. Le 30 avril 2010, le directeur général adjoint de la State Atomic Energy Corporation Rosatom, directeur de la direction du complexe d'armes nucléaires IM Kamenskikh a approuvé les termes de référence pour le développement d'une installation de réacteur et TEM dans le cadre du projet « Création d'un module de transport et de puissance basé sur une centrale nucléaire d'un mégawatt ». Le document a été approuvé et approuvé par Roskosmos. Le 22 juin 2010, le président russe Dmitri A. Medvedev a signé une ordonnance sur la détermination des entrepreneurs uniques pour le projet.
Le 9 février 2011 à Moscou sur la base du Keldysh Center a eu lieu une vidéoconférence d'entreprises - développeurs TEM. Y ont assisté le chef de Roscosmos A. N. Perminov, président et concepteur général (RSC) Energia V. A. Lopota, directeur du Keldysh Center A. S. Koroteev, directeur général concepteur NIKIET ** Yu. G. Dragunov et chef VP Smetannikov, concepteur de puissance spatiale plantes à NIKIET. Une attention particulière a été portée à la nécessité de créer un stand « Ressource » pour tester une installation de réacteur avec une unité de conversion d'énergie.
Le 25 avril 2011, Roscosmos a annoncé un appel d'offres ouvert pour le développement d'une centrale nucléaire, d'une plate-forme multifonctionnelle en orbite géostationnaire et d'engins spatiaux interplanétaires. À la suite du concours (dont le gagnant était NIKIET le 25 mai de la même année), un contrat d'État a été signé valable jusqu'en 2015 d'une valeur de 805 millions de roubles pour la création d'un échantillon de banc de l'installation.
Le contrat prévoit l'élaboration: d'une proposition technique pour la réalisation d'un banc (avec un simulateur thermique d'un réacteur nucléaire) échantillon d'une centrale nucléaire; son projet de conception; conception et documentation technologique de prototypes de composants d'un produit de banc et d'éléments de base d'une centrale nucléaire; processus technologiques, ainsi que préparation de la production pour la fabrication de prototypes des composants du produit de banc et des éléments de base de l'installation; réaliser un échantillon de banc et réaliser son développement expérimental.
La composition du modèle de banc de la centrale nucléaire devrait inclure les éléments de base d'une installation standard, conçue pour assurer la création ultérieure d'installations de différentes capacités sur la base d'un principe modulaire. L'échantillon de banc doit générer une puissance donnée - thermique et électrique, ainsi que créer des impulsions de poussée typiques de toutes les étapes de l'exploitation de la centrale nucléaire dans le cadre de l'engin spatial. Un réacteur à neutrons rapides refroidi par gaz à haute température d'une puissance thermique pouvant atteindre 4 MW a été sélectionné pour le projet.
Le 23 août 2012, s'est tenue une réunion des représentants de Rosatom et de Roscosmos, consacrée à l'organisation des travaux de création d'un complexe d'essais pour les essais d'endurance nécessaires à la mise en œuvre du projet TEM. Il a eu lieu à l'Institut technologique de recherche scientifique A. P. Aleksandrov à Sosnovy Bor près de Saint-Pétersbourg, où il est prévu de créer le complexe spécifié.
La conception préliminaire du TEM a été achevée en mars de cette année. Les résultats obtenus ont permis de passer en 2013 au stade de la conception détaillée et de la fabrication d'équipements et d'échantillons pour des tests autonomes. Les tests et le développement des technologies de refroidissement ont commencé cette année dans le réacteur de recherche MIR du NIIAR (Dimitrovgrad), où une boucle pour tester le liquide de refroidissement hélium-xénon à des températures supérieures à 1000 ° C a été installée.
Un prototype au sol de la centrale nucléaire devrait être créé d'ici 2015, et d'ici 2018, une centrale nucléaire pour compléter le système de propulsion nucléaire devrait être fabriquée et ses tests commencés à Sosnovy Bor. Le premier TEM pour les essais en vol pourrait apparaître d'ici 2020.
La prochaine réunion sur le projet a eu lieu le 10 septembre 2013 à la société d'État Rosatom. Le chef de NIKIET Yu. G. Dragunov a présenté des informations sur l'état des travaux et les principaux problèmes dans la mise en œuvre du programme. Il a souligné qu'à l'heure actuelle, les spécialistes de l'Institut ont élaboré la documentation de la conception technique de la centrale nucléaire, identifié les principales solutions de conception et réalisé les travaux conformément à la "feuille de route" du projet. À l'issue de la réunion, le chef de la société Rosatom S. V. Kirienko a chargé NIKIET de préparer des propositions pour optimiser la feuille de route.
Certains détails de la conception et des caractéristiques de conception de la centrale nucléaire ont été découverts lors d'une conversation avec des représentants du Keldysh Center au salon aéronautique MAKS- 2013. En particulier, les développeurs ont indiqué que l'installation sera effectuée immédiatement dans un version taille, sans faire de prototype réduit.
La centrale nucléaire a des caractéristiques extrêmement élevées (pour son type): avec une puissance thermique du réacteur de 4 MW, la puissance électrique du générateur sera de 1 MW, c'est-à-dire que le rendement atteindra 25%, ce qui est considéré comme un très bon indicateur.
Le convertisseur de la turbomachine est un convertisseur à deux circuits. Dans le premier circuit, un échangeur de chaleur à plaques est utilisé - un récupérateur et un échangeur de chaleur tubulaire-réfrigérateur. Ce dernier sépare le circuit principal (premier) d'évacuation de chaleur et le deuxième circuit de retour de chaleur.
Concernant l'une des solutions les plus intéressantes développées dans le cadre du projet (le choix du type de réfrigérateurs-radiateurs du deuxième circuit), la réponse a été donnée qu'à la fois des échangeurs de chaleur goutte à goutte et à panneaux sont envisagés, et jusqu'à présent le le choix n'a pas été fait. Sur la maquette et les affiches présentées, l'option préférée a été présentée avec un réfrigérateur-radiateur goutte à goutte. En parallèle, des travaux sont en cours sur l'échangeur de chaleur à panneaux. A noter que toute la structure du TEM est transformable: au lancement, le module s'insère sous le carénage de tête LV, et en orbite il « déploie ses ailes » - les crayons se dilatent, répartissant le réacteur, les moteurs et la charge utile sur une longue distance.
Le TEM utilisera tout un tas d'EPE améliorés extrêmement puissants - quatre "pétales" de six moteurs principaux d'un diamètre de 500 mm, plus huit moteurs plus petits pour le contrôle du roulis et la correction de trajectoire. Au showroom MAKS-2013, un moteur fonctionnel a été présenté, qui est déjà en cours de test (jusqu'à présent à poussée partielle, avec une puissance électrique allant jusqu'à 5 kW). Les EJE fonctionnent au xénon. C'est le meilleur fluide de travail, mais aussi le plus cher. D'autres options ont été envisagées: en particulier, les métaux - lithium et sodium. Cependant, les moteurs basés sur un tel milieu de travail sont moins économiques, et il est très difficile d'effectuer des essais au sol sur de tels EJE.
La ressource estimée de la centrale nucléaire, incluse dans le projet, est de dix ans. Les tests de ressources sont censés être effectués directement sur l'installation complète et les unités seront exploitées de manière autonome sur la base de bancs d'entreprises de coopération. En particulier, le turbocompresseur développé à KBHM a déjà été fabriqué et est testé dans une chambre à vide au Keldysh Center. Un simulateur thermique d'un réacteur de puissance électrique de 1 MW a également été réalisé.
