Об этом шла речь 30 марта 2022 года на семинаре Госкорпорации «Росатом» «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии» с участием ведущих ученых и экспертов в области термоядерных и плазменных технологий.
В мероприятии приняли участие представители Росатома и его предприятий (АО «ВНИИНМ», АО «Наука и инновации», АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» и других), НИЦ «Курчатовский институт», АО ГНЦ «Центр Келдыша», НИУ «МЭИ». Участники семинара обсудили результаты исследований и перспективы создания плазменных ракетных двигателей в России. Работы по этим направлениям включены в третий федеральный проект комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года» (КП РТТН).
Виктор Ильгисонис, руководитель федерального проекта, директор направления научно-технических исследований и разработок Госкорпорации «Росатом», объяснил необходимость создания плазменных ракетных двигателей грядущим освоением дальнего космоса и обеспечением необходимого паритета в этой области. Этому способствуют возможность летательных аппаратов оперативно менять околоземную орбиту и траекторию, маневрировать при необходимости. «В третьем федеральном проекте мы остановились на трех направлениях создания электрореактивного ракетного двигателя (ЭРД): электростатический (ионный и холловский), магнитоплазменный ускоритель и безэлектродный плазменный ракетный двигатель (БПРД). Два первых направления достаточно хорошо изучены нашими учёными и понятны, третье направление – новая концепция, которая получила развитие в XXI веке. В основе лежит идея независимого нагрева плазменного рабочего тела с использованием циклотронного резонанса. Работы по программе распределены между тремя исполнителями: ГНЦ РФ ТРИНИТИ (входит в научный дивизион Росатома – АО «Наука и инновации») – магнитоплазменные ускорители, ГНЦ «Центр Келдыша» – ионный и холловские (плазменный) двигатели, НИЦ «Курчатовский институт» реализует задачу построения безэлектродного плазменного ракетного двигателя (БПРД)», – рассказал он.
Константин Гуторов, руководитель проекта в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», представил концепцию создания прототипа плазменного ракетного двигателя с повышенными параметрами тяги и удельного импульса на базе магнитоплазменного ускорителя, позволяющего эффективно использовать мощность источника энергии. «Разработку прототипа плазменного ракетного двигателя в ГНЦ РФ ТРИНИТИ планируем завершить в 2024 году. На данный момент на квазистационарном плазменном ускорителе продемонстрирован удельный импульс выше 100 км/с для водородной плазмы в режиме однократных импульсов, что позволяет достигнуть целевых показателей прототипа при переходе в частотный режим работы и иметь тяговую мощность в 300 кВт при КПД выше 55%», – сказал руководитель проекта.
Александр Ловцов, научный руководитель ГНЦ «Центр Келдыша», рассказал на семинаре о развернутых работах по разработке модулей электрореактивного ракетного аппарата на базе холловского и ионного двигателей нового поколения. «На данный момент нами разработан эскизный проект на модуль электрореактивного ракетного двигателя максимальной мощностью 250 кВт, который включает три ионных двигателя номинальной мощностью 80 КвТ и максимальной 100 кВт. Кроме этого, разработаны, изготовлены и испытаны макеты ключевых элементов этого модуля. К 2024 году мы планируем завершить его изготовление и приступить к испытаниям», – поделился он результатом проделанной работы.
Сергей Коробцев, заместитель начальника научного комплекса НИЦ «Курчатовский институт», рассказал о создании мощного безэлектродного плазменного ракетного двигателя и его конкурентных преимуществах перед традиционными ионными и холловскими. В частности, он отметил, что разработка макета прототипа БПРД мощностью 100 кВт будет завершена в 2022 году (уточнить у спикера корректность цифры), далее на модернизированном стенде Е-1 в импульсном режиме будут исследоваться его основные характеристики. Среди основных преимуществ БПРД ученый выделил увеличение ресурса из-за отсутствия электродов, практически полное использование рабочего тела (газа), оперативное (без конструкционных изменений) регулирование в широком диапазоне отношения тяга-удельный импульс. Также для его работы не требуются компенсаторы объемного заряда. «Обеспечивая длительное крейсирование в околоземном пространстве, мощные БПРД с ядерными/солнечными установками позволят разработать космические системы наблюдения, связи и управления, сделают возможным перехват нежелательных объектов, в том числе космического мусора и астероидов, позволят организовать транспортные потоки между космическими объектами, сделают реальным устройство космических станций различного назначения. Получаемые возможности обеспечат паритет космического потенциала нашей страны и ее суверенитет», – рассказал Сергей Коробцев.
Подводя итоги семинара, ученые сошлись во мнении, что на сегодняшний день основные сложности в разработке плазменных ракетных двигателей разной конфигурации связаны с достижением компромисса между мощностью и ресурсом работы. Поэтому любые исследования, посвященные уменьшению взаимодействия плазмы со стенками исключительно важны и дают новое знание о возможностях развития. Кроме этого, участники обсудили возможность формирования единых отраслевых методик на базе важных диагностических исследований, которые проводятся в рамках третьего федерального проекта.
Для справки:
Семинар «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии» задуман как единая площадка для обсуждения научных вопросов, относящихся к исследованиям по разработке термоядерных и плазменных технологий. Он призван способствовать интеграции усилий разработчиков различных ведомств – институтов Росатома, организаций, подведомственных Минобрнауки России, НИЦ «Курчатовский институт». Работы по этой тематике выполняются в рамках федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий», включенного в КП РТТН.
Первый семинар по управляемому термоядерному синтезу и плазменным технологиям состоялся в Госкорпрации «Росатом» 25 февраля 2022 года. На нем участники обсудили этапы модернизации существующей инфраструктуры и создание нового экспериментальной установки – токамака с реакторными технологиями (ТRТ), который планируется построить в ГНЦ РФ ТРИНИТИ к 2030 году, а также вопросы, связанные с его оснащением магнитной системой из высокотемпературного сверхпроводника второго типа (ВТСП-2).
Материал предоставлен пресс-службой АО «Наука и инновации»
