Vladimir Khoslakov (Centre Keldysh): la Russie a 7 ou 8 ans d’avance au niveau de la propulsion nucléaire
Situé à Likhobory à Moscou, le Centre Keldysh (qui fait partie de Roscosmos) est impliqué dans la propulsion spatiale depuis sa création. Des travaux sont actuellement en cours ici sur l'un des projets les plus prometteurs de l'astronautique russe - le remorqueur nucléaire Zeus pour les vols interplanétaires.
Vladimir Koshlakov, directeur général du Centre Keldysh, a parlé dans une interview avec le correspondant de RIA Novosti, Denis Kayyran, de l'état des travaux sur le remorqueur, des instruments pour satellites, des développements dans le domaine de la science des matériaux, ainsi que des technologies spatiales pouvant être appliquées. dans l'économie nationale .
Vous avez récemment terminé la conception préliminaire d'un moteur de propulsion électrique composé de quatre propulseurs Hall. Quand commencera la création du module et ses tests ?
- Une nouvelle tendance dans le développement de l'astronautique est la création de véhicules lourds de plusieurs centaines de kilogrammes à plusieurs tonnes, capables de se déplacer sur de longues distances et d'effectuer des missions réutilisables. Pour de tels appareils, nous développons des moteurs plus puissants. Nous commençons déjà à fabriquer un module de quatre moteurs Hall d'une puissance totale allant jusqu'à 250 kilowatts.
Quand sont programmés les tests ?
- Des tests sont prévus pour 2024, maintenant des travaux sont en cours pour préparer la base du banc.
Il y aura plusieurs étapes. La première étape se déroulera sur Terre, mais dans des conditions proches de l'espace extra-atmosphérique. Lors des tests, nous confirmerons les caractéristiques techniques et de ressources, ce qui est particulièrement important pour les appareils qui doivent exister en orbite pendant une longue période.
Le module passera la prochaine étape des tests soit dans le cadre de démonstrateurs de systèmes de propulsion, soit déjà sur des engins spatiaux, ou certains types de systèmes de transport.
Est-il possible de faire évoluer ce module ?
- Oui, afin de transporter plus de fret au-delà de l'orbite terrestre pour l'exploration de Mars et d'autres planètes, des moteurs plus puissants sont nécessaires. De nombreux appareils ont été lancés au-delà de l'orbite terrestre, mais ils avaient tous une petite masse.
Peut-être que les moteurs les plus efficaces qui ont été créés sur Terre sont les moteurs de fusée à liquide, mais leur inconvénient est qu'ils fonctionnent pendant une durée limitée. Littéralement quelques minutes, ils manquent de carburant et volent plus loin avec la vitesse gagnée. Par conséquent, les moteurs-fusées électriques puissants et capables de fonctionner longtemps sont l'un des axes de développement prioritaires.
C'est-à-dire que vous développez plus loin qu'un seul type de moteur?
- Notre institut a développé toute une gamme de moteurs, allant de quelques watts à des centaines de kilowatts. Certains d'entre eux sont activement utilisés dans le cadre d'engins spatiaux déjà en orbite.
Quelle expérience avez-vous dans les moteurs ioniques ?
- Les moteurs-fusées électriques ioniques diffèrent des moteurs Hall par une impulsion de poussée spécifique plus élevée. Autrement dit, les ions chargés quittent ce moteur à une vitesse plus élevée. Ainsi, moins de carburant est nécessaire pour atteindre les mêmes vitesses. Nous avons développé toute une gamme de moteurs de type ionique ces dernières années, mais le travail continue.
Dans notre pays, les propulseurs ioniques ont été testés dans l'espace dès la période soviétique, mais ils n'ont pas trouvé une large application, car un autre développement national - les propulseurs à dérive fermée d'électrons (propulseurs Hall) - a fourni le rapport optimal de paramètres pour les systèmes de corriger et maintenir l'orbite des engins spatiaux.
Nous avons élaboré des propulseurs ioniques sur notre base de banc et obtenu les caractéristiques requises lors des tests de durée de vie. Grâce à l'expérience accumulée dans le domaine des moteurs Hall, nous avons réussi à réaliser ces développements non pas en dizaines d'années, comme dans le monde entier, mais en plusieurs années. Par conséquent, nous pouvons affirmer avec confiance que les propulseurs ioniques pour assurer des vols réutilisables vers Mars, vers les planètes lointaines du système solaire, seront plus efficaces que ceux de Hall.
Quels spectromètres de Fourier fournirez-vous pour la constellation orbitale du VIS et de Rosnedr ?
- Les spectromètres infrarouges de Fourier sont des appareils conçus pour obtenir les spectres du rayonnement thermique de l'atmosphère terrestre dans l'intérêt de la météorologie opérationnelle, permettant de déterminer la répartition de la température et de l'humidité en hauteur. Le premier appareil de ce type, développé et fabriqué par le Centre "Keldysh" en coopération avec le vaisseau spatial "Meteor-M" n° 2, fonctionne avec succès en orbite depuis déjà huit ans.
Au départ, nous les utilisions pour tester des moteurs de fusée à liquide sur le stand. Selon la composition spectrale du rayonnement de la flamme, il est possible d'évaluer les processus qui se produisent à l'intérieur du moteur, de diagnostiquer l'apparition de situations d'urgence dans les turbopompes, les générateurs de gaz, de contrôler la qualité du mélange, l'intégralité de la combustion.
Nous améliorons constamment les spectromètres de Fourier que nous développons en termes d'amélioration des caractéristiques techniques et d'élargissement de la gamme de produits d'information, y compris la possibilité d'obtenir des données sur la direction et la vitesse du vent, la détermination des concentrations de traces de composants de gaz de l'atmosphère, y compris les gaz à effet de serre. En principe, l'équipement permet de surveiller les sources de méthane, de dioxyde de carbone, les sites industriels, et pas seulement sur le territoire de notre pays. C'est pour résoudre le problème de la surveillance des gaz à effet de serre dans l'atmosphère que nos spectromètres de Fourier ont été intégrés à la constellation de satellites de surveillance prévue par le groupe VIS et Rosnedra.
Les travaux sur la création d'équipements IR hyperspectraux sont très demandés, en particulier dans le contexte de la substitution des importations et de l'accès limité aux données des sondeurs IR étrangers.
Vous développez également des spectromètres pour la nouvelle génération de satellites Meteor-MP ? Comment les caractéristiques des spectromètres de Fourier pour les satellites Meteor-MP vont-elles changer par rapport à des instruments similaires sur Meteor-M ?
— Pour le vaisseau spatial prometteur en orbite polaire Meteor-MP, nous développons un spectromètre de Fourier de nouvelle génération IKFS-3, qui a une plage spectrale étendue (3,6-15,5) microns et des caractéristiques spatiales considérablement améliorées. Chacune des trois sous-gammes spectrales utilise sa propre lentille et son propre photodétecteur, tandis que les photodétecteurs eux-mêmes sont multizones, ce qui permet de répondre aux exigences d'un petit pas de la grille de mesure spatiale. Le contenu informatif d'un tel appareil par rapport à IKFS-2 augmente plusieurs fois.
Quelles sont les caractéristiques des spectromètres de Fourier pour les satellites des séries Elektro-L et Arktika-M ? Votre spectromètre Fourier est-il déjà installé sur le premier satellite Arktika-M, ou n'apparaîtra-t-il que sur les satellites suivants de la série ?
- À l'heure actuelle, les spectromètres infrarouges de Fourier ne font pas partie de l'équipement cible des satellites Elektro-L et Arktika-M, mais la nécessité d'installer de tels dispositifs sur des satellites pour orbite géostationnaire et elliptique élevée ne fait aucun doute. Pour les satellites géostationnaires de troisième génération "Electro-M", Roshydromet a pour tâche de créer un spectromètre d'imagerie infrarouge Fourier avec des photodétecteurs matriciels, qui permet de balayer le disque visible de la Terre à une fréquence d'au moins une fois par heure. L'équipement est complexe, mais une fois développé, il peut également être installé sur le vaisseau spatial Arktika-MP pour une orbite très elliptique.
Fabriquez-vous d'autres instruments pour les satellites que des spectromètres de Fourier ?
- Pas encore. Mais pour les engins spatiaux, nous fabriquons également des systèmes de gestion thermique. En collaboration avec RKTs Progress et RKK Energia, nous avons développé un nouveau type de caloducs en boucle, uniques dans leurs caractéristiques. Nous avons une bonne base de recherche et une vaste expérience dans les tests de dispositifs thermiques, principalement avec de l'ammoniac comme liquide de refroidissement. Le Keldysh Center alimente jusqu'à 30 % des caloducs utilisés dans la technologie spatiale domestique. Maintenant, nous apportons des caloducs en boucle avec un évaporateur en alliage hautement conducteur thermique sur de nouveaux appareils, en particulier, nous prévoyons leur mise en œuvre sur Aist-2T.
Toute une série de travaux expérimentaux sont en cours sur des systèmes de véhicules habités. Nous participons activement à la création d'un système de régime thermique pour les nouveaux modules de ROSS (Russian Orbital Service Station) et d'un système d'évaporation de type ouvert pour le vaisseau spatial Orël.
Ils ont également mis au point la technologie de fabrication et de test des collecteurs d'humidité thermoélectriques à partir de l'atmosphère des modules habitables. Après l'achèvement de tous les travaux de conception, nous prévoyons de commencer à fabriquer des dispositifs standard qui remplaceront les collecteurs d'humidité de type compresseur moins efficaces à bord.
Parlons de diversification. Quelles sont les perspectives commerciales de vos incinérateurs à plasma ?
- Nous avons affaire à la technologie plasmatron depuis les années 60, initialement nous l'avons utilisée à des fins de recherche — pour étudier les processus de travail dans les chambres de combustion des moteurs, où les températures sont les mêmes. Les plasmatrons vous permettent d'obtenir des températures allant jusqu'à cinq à six mille degrés.
Nous traitons maintenant de l'utilisation de ces torches à plasma dans divers domaines du secteur civil de l'économie. Possible est la direction de l'élimination des déchets industriels dangereux. À de telles températures, toutes les substances nocives se décomposent, le monoxyde de carbone, les dioxines et les furanes ne sont pas émis. Maintenant, nous avons développé une documentation de conception pour une usine pilote, elle est en cours de fabrication.
Dans le même temps, ces unités sont très puissantes et le coût unitaire d'élimination d'un kilogramme de déchets municipaux sera assez élevé. Par conséquent, leur utilisation est plus efficace pour les déchets particulièrement dangereux - dépôts de couches pétrolifères après traitement, post-combustion des cendres actives des usines de traitement des déchets. Nous avons mené un certain nombre de négociations avec des consommateurs potentiels, communiqué avec des usines métallurgiques, avec des représentants du logement et des services communaux de la région de Nizhny Novgorod et de l'Extrême-Orient.
Une autre direction de cette technique est l'utilisation de torches à plasma dans la chimie des plasmas. A de telles températures, il est possible d'obtenir des substances aux caractéristiques nouvelles, par exemple de décomposer le méthane en hydrogène gazeux et en carbone solide.
La technologie actuelle de production d'hydrogène par électrolyse, lorsque l'eau se décompose en oxygène et en hydrogène, est très énergivore - environ 50 kilowatts sont nécessaires pour produire un kilogramme d'hydrogène. Notre technologie nécessite 15 à 17 kilowatts par kilogramme d'hydrogène.
Maintenant, nous négocions avec Gazprom, ils créent un cluster hydrogène sur Sakhaline. Ils doivent éliminer le méthane, qui est rejeté en grande quantité dans les décharges. Lors du recyclage via une torche à plasma, nous obtenons du carbone sous forme solide, en fait, ni CO ni CO2 ne se forment, car il n'y a pas d'oxygène dans ce processus chimique. L'hydrogène qui en résulte peut être réintégré dans le méthane, et ainsi améliorer les caractéristiques technologiques des unités qui fonctionnent sur ce méthane grâce à une combustion complète, moins de formation de suie et moins d'émission de CO2. Nous obtenons du carbone sous forme de poudre ultrafine, la taille de la poudre varie de 40 à 70 nanomètres, c'est-à-dire qu'elle est si pure qu'elle peut être utilisée en médecine.
De plus, lorsque le méthane est utilisé, nous pouvons obtenir de l'acétylène. Le méthane est du CH4, nous pouvons en faire du C2H2 - c'est de l'acétylène. Notre pays l'achète à l'étranger pour l'utiliser dans la production de divers plastiques, dans l'industrie chimique.
Avec quelles régions travaillez-vous sur des usines de dessalement d'eau ?
- Notre Institut s'occupe depuis longtemps du dessalement de l'eau, depuis la construction du cosmodrome de Baïkonour, où de l'eau potable de qualité spéciale pour les cosmonautes et de l'eau techniquement purifiée pour l'équipement des installations de lancement étaient nécessaires.
Pour les clients russes et étrangers, nous avons mis en œuvre plus de 30 projets, notamment en Afrique du Sud et en RAS. Nos installations produisent de quelques mètres cubes par heure à plusieurs dizaines de milliers de mètres cubes d'eau par jour.
Le plus grand projet que nous mettons actuellement en œuvre se situe au Kazakhstan. En 2004, nous y avons construit une usine d'une capacité de 20 000 mètres cubes d'eau potable par jour. Des travaux sont en cours pour doubler la productivité - jusqu'à 40 000 mètres cubes d'eau par jour. La modernisation de cette usine devrait s'achever cette année.
Pour notre pays, ce n'est pas très pertinent, sauf pour des régions aussi arides, comme la Kalmoukie. Nous travaillons plus activement avec les pays étrangers où il y a un problème d'eau. C'est la région africaine, le Moyen-Orient, l'Inde.
Parlez-nous des matériaux auto-cicatrisants que vous développez. Où peuvent-ils être appliqués ?
Aujourd'hui, le monde entier développe des technologies pour de nouveaux matériaux. Nous voulons améliorer notre technologie de fusée et spatiale, augmenter l'énergie et l'efficacité, et donc les exigences en matière de matériaux sont également renforcées. Tout d'abord, il s'agit d'assurer la sécurité des vols habités, la fiabilité des différents sous-systèmes satellitaires. L'auto-guérison est, je dirais, une goutte dans l'océan des matériaux, c'est tout simplement magnifique et est apparu récemment.
Notre institut travaille activement dans le domaine des nanotechnologies et des nanomatériaux. L'un de ces matériaux a un taux de guérison assez élevé - en moins d'une seconde, nous pouvons éliminer des défauts mesurant un, deux, trois millimètres. En même temps, ils travaillent dans diverses conditions, à la fois en température et en pression.
Initialement, nous avons développé de tels matériaux pour des structures gonflables qui pourraient être déployées dans l'espace, et en cas de défauts dûs aux micrométéorites, elles pourraient rapidement proliférer. Actuellement, nous collaborons activement avec la Compagnie Zvezda à la création de coques d'étanchéité pour les combinaisons spatiales dans lesquelles les cosmonautes travaillent dans l'espace.
Maintenant, la combinaison spatiale du cosmonaute est une construction de plusieurs couches, c'est une construction à forte intensité de main-d'œuvre à fabriquer. En utilisant la propriété d'auto-guérison, le nombre de couches pourrait être réduit.
De plus, nous travaillons actuellement sur l'utilisation de tels matériaux dans des systèmes à grande échelle pour assurer les conditions thermiques des engins spatiaux.
A quel stade en est le travail sur les matériaux des combinaisons spatiales ?
- La compagnie "Zvezda" nous a donné des échantillons des matériaux utilisés par les astronautes et à partir desquels la combinaison spatiale est fabriquée. Nous avons pu intégrer une matière auto-cicatrisante dans le tissu, nous avons pu réaliser des structures multicouches. Récemment, un séminaire scientifique et technique s'est tenu au Centre de formation des cosmonautes Gagarine (TsPK), où toutes ces questions ont été discutées non seulement avec des concepteurs-technologues, mais également avec les cosmonautes eux-mêmes.
Quels sont les besoins et les souhaits des cosmonautes pour vous ?
Pour eux, plus ils sont légers, simples et mobiles, mieux c'est. Le fait est que ce matériau n'est pas seulement élastique, il est très fluide, et le maintenir en surface est tout un problème. Nous avons maintenant mis au point une telle structure en nid d'abeille avec ce matériau qui la retiendrait et ne lui permettrait pas de couler quelque part.
Comment se déroule la création d'un remorqueur nucléaire ?
- Ce sujet est né à l'origine dans les murs de notre institut. L'ensemble des travaux de recherche et développement a été mené, d'abord sur des produits de petite taille. Nous avons élaboré les principales solutions techniques, créé un schéma de principe de cette installation, montré qu'il est possible de créer un modèle de vol, et transféré tous nos développements au bureau d'études. Le bureau d'études crée le vaisseau spatial dans son ensemble. Mais le plus complexe dans cet appareil, c'est le cœur de cet appareil, il a été développé ici.
Quand auront lieu les tests du goutteur-refroidisseur sur l'ISS ?
- Les plans restent en vigueur. L'année dernière, le module Naouka a été intégré à l'ISS. Tout ce qui est nécessaire pour mener cette expérience a déjà été intégré dans sa composition, le réseau de bord a été connecté, ainsi que les points d'amarrage des équipements. Nous avons également toute la documentation. Maintenant, selon les plans, l'expédition est prévue pour 2024, mais nous pensons que ce processus devrait être accéléré, car il peut donner un saut qualitatif dans les systèmes d'évacuation de la chaleur.
Combien de temps l'expérience devrait-elle durer ?
Après la livraison, le réfrigérateur n'a plus qu'à être amarré et l'expérience peut commencer immédiatement. Cela ne durera pas longtemps, car nous devons créer la possibilité fondamentale de générer ces gouttes et de les attraper dans le récepteur, c'est-à-dire de montrer que ce système fonctionne en boucle fermée. Après confirmation des caractéristiques de conception, il sera possible de construire un produit standard.
Dmitri Rogozine, qui occupait jusqu'à récemment le poste de directeur général de Roskosmos, a dit un jour que la Russie avait sept ans d'avance sur le monde dans ce domaine. Ressentez-vous la pression que quelqu'un essaie de vous rattraper ?
À ce jour, en effet, nous avons créé une chose unique qui est loin devant de nombreux pays. Mais depuis deux ou trois ans, des informations sont également apparues aux États-Unis sur le déploiement d'un programme de création de véhicules spatiaux basés sur l'énergie nucléaire. Pour ce faire, ils ont besoin du même complexe de test que le nôtre, des spécialistes qui travaillent dans ce domaine depuis de nombreuses années. Cependant, nous et les Américains nous concentrons sur différents niveaux de puissance, différentes tâches dans l'espace. Potentiellement, nous pourrions nous compléter, comme ce fut le cas lors de la création de l'ISS. À ce jour, nous sommes allés plus loin et les devançons de sept à huit ans, car le délai de création de la technologie est à peu près le même. Mais les Américains ne restent pas immobiles et les Européens sont également devenus plus actifs. En aucun cas, nous ne devons nous réjouir d'être en avance sur quelqu'un et ne pas rester immobiles, nous devons travailler.
Source: Roscosmos et RIA Novosti