Le développement d'une centrale nucléaire de classe mégawatt pour la technologie spatiale d'une nouvelle génération a commencé en Russie. La tâche est confiée au Keldysh Research Center. Anatoly KOROTEEV, directeur du Centre, président de l'Académie russe de cosmonautique Tsiolkovski, explique à Interfax-AVN l'importance de ce projet pour la cosmonautique russe et sa signification, écrit Rewer.net.
- Anatoly Sazonovich, le développement d'une centrale nucléaire est devenu un objectif prioritaire, pour la réalisation duquel des ressources considérables seront concentrées. Est-ce vraiment un projet dont dépend l'avenir de l'astronautique ?
- Exactement. Voyons ce que fait l'astronautique aujourd'hui. Nous verrons des domaines tels que les communications par satellite, la navigation spatiale de haute précision, la télédétection de la Terre - c'est-à-dire tout ce qui concerne le support de l'information. La deuxième direction est la résolution des problèmes liés à l'expansion de notre connaissance de l'espace au-delà des limites de l'espace proche de la Terre. Enfin, la cosmonautique, tant dans notre pays que dans d'autres pays, s'efforce de résoudre un certain nombre de tâches de défense. Ce sont classiquement trois ensembles de tâches dans les activités spatiales aujourd'hui. Des systèmes de transport éprouvés et éprouvés sont utilisés pour les résoudre.
Si l'on regarde ce que l'on attend de l'astronautique de demain, alors avec l'amélioration de l'éventail des tâches déjà résolues, se posent les questions du développement des technologies de production dans l'espace. On parle aussi d'expéditions sur la Lune et sur Mars. Et non pas des expéditions de visite, ce qui était l'expédition américaine sur la lune, mais d'un long séjour sur d'autres planètes afin que vous puissiez consacrer suffisamment de temps à leur étude.
Par ailleurs, des questions se posent sur l'éventuelle alimentation électrique de la Terre depuis l'espace, sur la lutte contre l'aléa astéroïde-cométaire. Toutes ces tâches sont d'un ordre complètement différent de celles d'aujourd'hui. Ainsi, si nous réfléchissons à la manière dont ce complexe de tâches est fourni par la structure de transport et d'énergie, nous verrons qu'il existe un besoin sérieux d'augmenter l'approvisionnement en énergie de notre vaisseau spatial et l'efficacité des moteurs.
Nous avons aujourd'hui des véhicules peu rentables. Imaginez, pour 100 tonnes qui s'envolent de la Terre, 3 % au mieux se transforment en charge utile. C'est pour toutes les fusées modernes. Tout le reste est jeté comme combustible brûlé.
En ce qui concerne les tâches à long terme, il est extrêmement important que nous nous déplacions dans l'espace de manière suffisamment économique. Il y a ici la notion de poussée spécifique, qui caractérise le rendement du moteur. C'est le rapport de la poussée qu'il crée à la consommation de carburant de masse. Si nous prenons la première fusée allemande FAU-2, sa poussée spécifique dans les anciennes unités de mesure était de 220 secondes. Aujourd'hui, le meilleur système de propulsion-énergie, utilisant de l'hydrogène avec de l'oxygène, donne une poussée spécifique allant jusqu'à 450 secondes. C'est-à-dire que 60 à 70 ans de travail des meilleurs esprits du monde n'ont multiplié que par deux la poussée spécifique des moteurs de fusée traditionnels.
Est-il possible d'augmenter cet indicateur plusieurs fois ou par ordre de grandeur ? Il s'avère qu'il y a. Par exemple, en utilisant des moteurs nucléaires, nous pourrions augmenter la poussée spécifique à environ 900 secondes, c'est-à-dire deux fois de plus. Et en utilisant un fluide de travail ionisé pour l'accélération, ils pourraient atteindre des valeurs de 9 000 à 10 000 secondes, c'est-à-dire qu'ils augmenteraient la poussée spécifique 20 fois. Et cela est déjà partiellement atteint aujourd'hui: sur les satellites à faible poussée, on utilise des moteurs à plasma, qui donnent une poussée spécifique de l'ordre de 1600 secondes. Cependant, de tels dispositifs ont encore besoin d'une puissance électrique suffisante. Si vous ne tenez pas compte d'une structure tout à fait unique - la Station spatiale internationale, où le niveau d'électricité est d'environ 100 kW, alors aujourd'hui, les satellites les plus puissants ont un niveau d'alimentation électrique de seulement 20-30 kW. Il est très difficile de résoudre un certain nombre de tâches si nous restons à ce niveau.
- C'est-à-dire que vous avez besoin d'un saut qualitatif ?
- Oui. L'astronautique connaît aujourd'hui un état proche de celui dans lequel s'est trouvée l'aviation après la Seconde Guerre mondiale, lorsqu'il est devenu clair qu'il n'était plus possible d'augmenter la vitesse avec des moteurs à pistons, il était impossible d'augmenter sérieusement l'autonomie, et en général d'avoir une aviation économiquement rentable. Puis, comme vous vous en souvenez, il y a eu un bond dans l'aviation, et ils sont passés des moteurs à pistons aux moteurs à réaction. À peu près la même situation est maintenant dans la technologie spatiale. Nous n'avons pas l'excellence énergétique pour relever de sérieux défis.
Soit dit en passant, ce n'est pas devenu clair aujourd'hui. Déjà dans les années 60 et 70, tant dans notre pays qu'aux États-Unis, des travaux ont commencé sur l'utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace. Initialement, la tâche était de créer des moteurs de fusée qui, au lieu de l'énergie chimique de combustion du carburant et du comburant, utiliseraient le chauffage de l'hydrogène à une température d'environ 3000 degrés. Mais il s'est avéré qu'une telle voie directe est toujours inefficace. Nous recevons une forte poussée pendant une courte période, mais en même temps nous lançons un jet qui, en cas de fonctionnement anormal du réacteur, peut s'avérer contaminé radioactivement.
Malgré l'énorme quantité de travail qui a été effectué dans les années 60 et 70 en URSS et aux États-Unis, ni nous ni les Américains n'avons pu créer des moteurs fonctionnels fiables à cette époque. Ils ont fonctionné, mais pas beaucoup, car chauffer l'hydrogène jusqu'à 3000 000 degrés dans un réacteur nucléaire est une tâche sérieuse.
Il y avait aussi des problèmes environnementaux lors des essais au sol des moteurs, puisque des jets radioactifs étaient projetés dans l'atmosphère. En URSS, ces travaux ont été effectués sur le site d'essais de Semipalatinsk spécialement préparé pour les essais nucléaires, qui est resté au Kazakhstan.
Et pourtant, en termes d'utilisation de l'énergie nucléaire pour l'alimentation électrique des engins spatiaux, l'URSS a fait un pas très sérieux au cours de ces années. 32 satellites ont été fabriqués. Avec l'utilisation de l'énergie nucléaire sur les appareils, il était possible d'obtenir une puissance électrique d'un ordre de grandeur supérieur à celle de l'énergie solaire.
Par la suite, l'URSS et les États-Unis, pour diverses raisons, ont arrêté ce travail pendant un certain temps. Aujourd'hui, il est clair qu'elles doivent être renouvelées. Mais il nous a semblé déraisonnable de reprendre de manière aussi frontale pour fabriquer un moteur nucléaire, qui présente les inconvénients précités, et nous avons proposé une approche totalement différente.
- Et quelle est la différence fondamentale entre la nouvelle approche ?
« Cette approche était différente de l'ancienne de la même manière qu'une voiture hybride diffère d'une voiture conventionnelle. Dans une voiture conventionnelle, le moteur fait tourner les roues, tandis que dans les voitures hybrides, l'électricité est générée à partir du moteur, et cette électricité fait tourner les roues. C'est-à-dire qu'une sorte de centrale électrique intermédiaire est en cours de création.
De la même manière, nous avons proposé un schéma dans lequel un réacteur spatial ne chauffe pas le jet qui en est éjecté, mais génère de l'électricité. Le gaz chaud du réacteur fait tourner la turbine, la turbine fait tourner le générateur électrique et le compresseur, qui fait circuler le fluide de travail en boucle fermée. Le générateur génère de l'électricité pour un moteur à plasma avec une poussée spécifique 20 fois supérieure à celle des moteurs chimiques.
Quels sont les principaux avantages de cette approche. Premièrement, le site d'essai de Semipalatinsk n'est pas nécessaire. Nous pouvons effectuer tous les tests sur le territoire de la Russie sans nous impliquer dans des négociations internationales longues et difficiles sur l'utilisation de l'énergie nucléaire en dehors de l'État. Deuxièmement, le jet sortant du moteur ne sera pas radioactif, car un fluide de travail complètement différent traverse le réacteur, qui est en boucle fermée. De plus, nous n'avons pas besoin de chauffer l'hydrogène dans ce schéma, ici un fluide de travail inerte circule dans le réacteur, qui chauffe jusqu'à 1500 degrés. Nous simplifions sérieusement notre tâche. Enfin, au final, on augmentera la poussée spécifique non pas deux fois, mais 20 fois par rapport aux moteurs chimiques.
- Pouvez-vous nommer le calendrier du projet?
- Le projet comporte les étapes suivantes: en 2010 - le début des travaux; en 2012 - achèvement du projet de conception et modélisation informatique détaillée du flux de travail; en 2015 - la création d'un système de propulsion nucléaire; en 2018 - la création d'un module de transport utilisant ce système de propulsion afin de préparer le système au vol de la même année.
Soit dit en passant, la phase de modélisation informatique n'était pas typique auparavant pour les produits de technologie spatiale créés, mais elle est aujourd'hui absolument nécessaire. Sur l'exemple des moteurs les plus récents, qui ont été développés en Russie, en France et aux États-Unis, il est devenu clair que l'ancienne méthode classique, lorsqu'un grand nombre de prototypes étaient fabriqués pour les tests, était obsolète.
Aujourd'hui, alors que les capacités de l'informatique sont très élevées, notamment avec l'avènement des supercalculateurs, on peut proposer une modélisation physique et mathématique des processus, créer un moteur virtuel, jouer des situations possibles, voir où sont les pièges, et seulement après cela aller à créer un moteur, comme on dit "en hardware".
Voici un bon exemple. Vous avez sans doute entendu parler du moteur RD-180 de la fusée Atlas créé pour les Américains à l'Energomash Design Bureau. Au lieu de 25 à 30 exemplaires, qui étaient généralement dépensés pour tester le moteur, il n'en fallut que 8 et le RD-180 prit immédiatement vie. Car les développeurs ont pris la peine de « jouer » à tout ça sur ordinateur.
- Quel est le prix de l'émission ?
- Aujourd'hui, 17 milliards de roubles ont été déclarés pour l'ensemble du projet jusqu'en 2018 inclus. Directement pour 2010, 500 millions de roubles ont été alloués, dont 430 millions de roubles - pour Rosatom et 70 millions de roubles - pour Roskosmos.
Naturellement, nous aimerions croire que si les dirigeants du pays disent qu'il s'agit d'un domaine prioritaire et que l'argent a été alloué, alors il sera accordé.
Le montant déclaré est inférieur à ce que nous voudrions, mais je pense que c'est suffisant pour les années à venir et qu'un large éventail de travaux peut être réalisé avec cet argent.
Notre institut a été nommé à la tête de la centrale nucléaire, le module de transport, très probablement, sera fabriqué par Energia Rocket and Space Corporation.
En général, le projet repose sur une coopération, composée principalement des entreprises de Rosatom, qui devrait fabriquer le réacteur, et de Roskosmos, qui fabriquera les turbocompresseurs, les générateurs et les moteurs eux-mêmes.
Bien entendu, les travaux s'appuieront sur les bases scientifiques créées les années précédentes. Par exemple, le développement d'un réacteur repose sur un grand nombre de décisions qui étaient auparavant prises sur un moteur nucléaire. La coopération est la même. Il s'agit de l'Institut technologique de recherche scientifique de Podolsk, du Centre Kurchatov, de l'Institut de physique et d'ingénierie énergétique d'Obninsk. Le Keldysh Center, le Design Bureau for Chemical Engineering et le Voronezh Design Bureau for Chemical Automation ont beaucoup fait en boucle fermée. Nous tirerons pleinement parti de cette expérience lors de la création d'un turbocompresseur. Pour le générateur, nous connectons l'Institut d'électromécanique, qui a de l'expérience dans la création de générateurs volants.
En un mot, il y a un travail de fond considérable, le travail ne part pas de zéro.
- La Russie peut-elle devancer les autres pays dans ce travail ?
- Je n'exclus pas cela. J'ai eu une réunion avec le chef adjoint de la NASA, nous avons discuté des questions liées au retour au travail sur l'énergie nucléaire dans l'espace, et il a dit que les Américains montrent un grand intérêt pour cette question. A son avis, la possibilité d'accélérer les travaux dans ce sens en Occident n'est pas à exclure.
Je n'exclus pas que la Chine puisse répondre par des actions actives de sa part, nous devons donc travailler rapidement. Et pas seulement pour devancer quelqu'un d'un demi-pas. Nous devons travailler rapidement, tout d'abord, pour que dans la coopération internationale naissante, et de facto elle se forme aujourd'hui, nous ayons l'air dignes. Pour qu'ils nous emmènent là-bas, et ne prennent pas le rôle de gens qui devraient faire des fermes métalliques, mais pour que l'attitude envers nous soit la même qu'elle l'était, par exemple, dans les années 90. Puis un grand nombre de travaux sur les sources nucléaires dans l'espace ont été déclassifiés. Lorsque ces œuvres sont devenues connues des Américains, ils leur ont accordé des notes très élevées. Au point que des programmes communs ont été élaborés avec nous.
En principe, il est possible qu'il y ait un programme international pour une centrale nucléaire, similaire au programme de coopération en cours sur la fusion thermonucléaire contrôlée.
- Anatoly Sazonovich, en 2011, le monde célébrera l'anniversaire du premier vol habité dans l'espace. C'est une bonne raison de rappeler les réalisations de notre pays dans l'espace.
- Je pense que oui. Après tout, ce n'était pas seulement le premier vol habité dans l'espace. Le vol est devenu possible grâce à la solution d'un très large éventail de problèmes scientifiques, techniques et médicaux. Pour la première fois un homme a volé dans l'espace et est revenu sur Terre, pour la première fois il a été prouvé que le système de protection thermique fonctionne normalement. Le vol a eu un énorme impact international. N'oublions pas que seulement 16 ans se sont écoulés depuis la fin de la guerre la plus difficile pour le pays. Et maintenant, il s'est avéré qu'un pays qui a perdu plus de 20 millions de personnes et subi une destruction colossale est capable non seulement de faire quelque chose au plus haut niveau mondial, mais même de devancer le monde entier pendant une certaine période. C'était une manifestation extrêmement importante qui a élevé l'autorité du pays et la fierté du peuple.
Dans ma vie, il y a eu deux événements d'importance similaire. C'est le Jour de la Victoire et la rencontre de Youri Gagarine, que j'ai vu personnellement. Le 9 mai 1945, tout Moscou, de la Place Rouge à la périphérie, est sorti pour faire la fête dans les rues. C'était vraiment une impulsion spontanée, et la même impulsion impressionnante était en avril 1961 lorsque Gagarine a volé.
L'importance internationale du demi-siècle d'anniversaire du premier vol doit être renforcée. Il est nécessaire de souligner et de rappeler à la société le rôle de notre pays dans l'exploration spatiale. Malheureusement, au cours des 20 dernières années, nous ne le faisons pas très souvent. Si vous ouvrez Internet, vous verrez une énorme quantité de matériel lié, par exemple, à l'expédition américaine sur la lune, mais il n'y a pas trop de matériel lié au vol de Gagarine. Si vous parlez aux écoliers actuels, je ne sais pas quel nom ils connaissent le mieux, Armstrong ou Gagarine. Par conséquent, je considère qu'il est tout à fait correct de prendre la décision de célébrer le 50e anniversaire du premier vol spatial habité au niveau de l'État et de lui donner un son international.
L'Académie russe d'astronautique Tsiolkovsky décernera une médaille pour cet événement, qui sera décernée aux personnes ayant participé au premier vol ou ayant apporté une contribution suffisante au développement de l'astronautique. En outre, nous nous préparons à organiser une grande conférence internationale, au cours de laquelle il est prévu de discuter avec des partenaires étrangers et russes des caractéristiques de l'exploration spatiale habitée qui sont caractéristiques de la phase actuelle. Il y a beaucoup de questions difficiles ici.
Si aujourd'hui nous arrêtons une centaine de personnes dans la rue et demandons lequel des cosmonautes vole maintenant dans l'espace, Dieu nous en préserve, si trois ou quatre personnes nous répondent, et je n'en suis pas convaincu. Et si on se pose la question, que font les astronautes à la station, alors encore moins. Je pense que la promotion de la vie spatiale réelle, des vols habités est extrêmement importante, et cela n'est pas assez fait. Il y a beaucoup de matériel stupide à la télévision, quand quelqu'un a rencontré des extraterrestres, ou comment des extraterrestres ont emmené quelqu'un.
Je le répète, le cinquantième anniversaire du premier vol spatial habité est un événement véritablement marquant, il doit être célébré de la manière la plus digne, tant dans notre pays qu'au niveau international. Et bien sûr notre institut y participera directement, lui qui était lié à ce vol et y a participé. Un certain nombre de nos employés de cette période ont reçu des récompenses d'État pour la résolution de problèmes de vol en particulier. Par exemple, le directeur adjoint de l'institut de l'époque, l'académicien Georgy Petrov, a reçu le titre de héros du travail socialiste pour le développement de méthodes de protection thermique d'un navire lors de la descente de l'orbite. Bien entendu, nous essaierons de célébrer dignement cet événement.
