بعد سنوات من شبه الصمت المطبق ، قام مطور بارز لمركبات الفضائية العسكرية الروسية فجأة بنشر الصور الأولى المحطة نقل فضائي ضخمة تعمل بالطاقة النووية هي قيد التجميع في منشأة الشركة في سانت بطرسبرغ. يشتهر مكتب تصميم KB Arsenal ، الذي يعمل كمقاول رئيسي في المشروع ، بأقماره الصناعية التي تعمل بالطاقة النووية التي تعود إلى الحقبة السوفيتية ، والتي تحطم أحدها بشكل سيئ في منطقة القطب الشمالي بكندا في عام 1977.
ما هي القاطرة الفضائية التي تعمل بالطاقة النووية؟
كشفت سلسلة من الصور التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر ، والتي ظهرت على الإنترنت في عام 2020 أنشأت من KB Arsenal ، عن أحدث إصدار لمخطط قاطرة فضائية كبيرة جدًا مدفوعة بمحركات كهربائية ومدعومة بمصدر نووي.
كان المشروع المعروف رسميًا باسم وحدة النقل والطاقة ، TEM ، معروفًا جيدًا لمراقبي برنامج الفضاء الروسي لأكثر من عقد من الزمان.
بتتبع جذوره إلى فجر عصر الفضاء ، يحاول مفهوم TEM التزاوج بين مفاعل نووي و محرك صاروخي كهربائي. تعمل أنظمة الدفع الكهربائية على تسخين الغاز المتأين وتسريعه لتكوين نفاثة مولدة للدفع ، وبالتالي تُعرف باسم محركات الأيونات أو البلازما. عند قياسها لكل وحدة من كتلة الوقود المستهلك ، تكون المحركات الكهربائية أكثر كفاءة من الصواريخ التقليدية السائلة أو التي تعمل بالوقود الصلب ، ولكن دفعها يكون منخفضًا نسبيًا طوال الوقت ويتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة الكهربائية للعمل. لهذا السبب ، حتى وقت قريب ، كان الاستخدام العملي للدفع الكهربائي في رحلات الفضاء يقتصر في الغالب على أنظمة تعديل المدار على متن الأقمار الصناعية أو في مهام الفضاء السحيق ، حيث يمكن للمركبة الفضائية أن تستفيد من قوة الدفع المنخفضة على مدى فترات طويلة جدًا من الزمن.
لتوسيع نطاق تشغيل الدفاعات الكهربائية المتعطشة للطاقة ، فكر المهندسون منذ فترة طويلة في استبدال الألواح الشمسية الثقيلة والضخمة بمصادر الطاقة النووية التي يمكن أن توفر الكثير من الكهرباء لسنوات إن لم يكن لعقود ولن تعتمد على الإشعاع الشمسي في المناطق النائية والباردة للنظام الشمسي ، كما يتضح من بعثات الكواكب مثل Voyager و Cassini وغيرها الكثير. و مع ذلك ، فإن تطوير المفاعلات النووية للفضاء لا يزال يتعين القيام به اولا على الأرض ، حيث أدت المخاوف البيئية والسلامة إلى إبطاء التقدم في هذا المجال.
ومع ذلك ، بحلول أوائل القرن الحادي والعشرين ، جدد الجيش الروسي اهتمامه على ما يبدو بالقدرة الكبيرة للمفاعلات النووية على توفير الكهرباء ليس فقط لأنظمة الدفع ولكن أيضًا للمعدات الأخرى على متن المركبات الفضائية الكبيرة ، مثل هوائيات الرادار القوية لأغراض المراقبة أو مكافحة الأقمار الصناعية. الليزر القادر على تعمية أجهزة الاستشعار على متن المركبات الفضائية المعادية.
مع مجموعة كبيرة من التكنولوجيا النووية و الميزانية الضخمة ، أصبحت وزارة الدفاع الروسية على ما يبدو الداعم الأساسي لأول محاولة بعد الاتحاد السوفيتي لبناء نظام لتوليد الطاقة النووية للفضاء. ليس من المستغرب أن يكون العمل في المفاعل سريًا إلى حد كبير ، ولكن في عام 2020 ، أصدرت شركة KB Arsenal صورًا تظهر ما يبدو أنه تجميع لمركبة TEM كاملة النطاق لنشرها في المدار .
في كتيب الشركة ، ذكرت KB Arsenal أنه بين عامي 2016 و 2018 ، أجرت الشركة العديد من الدراسات المبكرة ، NIRs ، والتصاميم الأولية ، OKRs ، بحثًا في مركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية من فئة ميغاواط. تضمن البرنامج تطوير واختبار نماذج بالأحجام الطبيعية الفنية ، KTMs ، لوحدة TEM ومكوناتها ، مثل قسم Truss Carrier ، ONF ، كتلة أنظمة الدعم ، BOS ، وحدة الدفع ، MDU ، والطاقة الوحدة ، EB. لقد خضعت عناصر النماذج هذه لاختبارات وظيفية ، وفقًا لـ KB Arsenal. كما نشرت الشركة صورًا جديدة لعناصر المركبة الفضائية أثناء التجميع والاختبار.
في عامي 2018 و 2019 ، أجرت أرسنال دراسة أساسية ، والتي نظرت في التطبيقات العسكرية والمدنية لوحدة الطاقة من فئة ميغاواط ، بما في ذلك استخدامها الضمني كسلاح مضاد للأقمار الصناعية. تشمل المهام المحتملة قيد النظر ، على النحو الذي حددته شركة أرسنال ، "الاستشعار عن بعد لسطح الأرض والمجال الجوي ، والأثر الكهرومغناطيسي على أصول القيادة والتحكم الإلكترونية اللاسلكية ، والاستطلاع ، والاتصالات ، والملاحة ، والنقل بين المدارات ، وتسليم البضائع إلى المدارات القريبة من القمر ". تضمنت المقترحات أيضًا استخدام الوحدة لتشغيل مركبة فضائية لنقل البيانات في نقطة لاغرانج L1 المريخية لتوفير اتصالات بين قاعدة على سطح المريخ ومركبات مدار المريخ والأرض. كما تم التفكير في تسليم أنظمة نووية منتجة للطاقة إلى قاعدة سطح المريخ.
قلب قاطرة TEM هو مفاعل نووي يولد الحرارة. ثم يتم تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية إما من خلال توربين ميكانيكي أو عبر ما يسمى بطريقة الانبعاث الحراري ، والتي لا تتضمن أي أجزاء متحركة. على الرغم من أنه أقل فاعلية من التوربينات ،
يبدو أن طريقة تحويل الانبعاثات الحرارية قيد الاستخدام على متن مركبة TEM التي تم الكشف عنها في عام 2020.
يتم إطلاق الطاقة الحرارية الزائدة المتولدة حتمًا في عملية عمل المفاعل في الفضاء باستخدام نظام مشعات ، والذي يمكنه أيضًا استخدام مجموعة متنوعة من التقنيات المختلفة للعمل في حالة انعدام الوزن وخارج الغلاف الجوي. يبدو أن القاطرة TEM التي تم الكشف عنها تحتوي على ثلاثة مشعات رئيسية وثلاثة مشعات مساعدة.
ربما تخدم اللوحات الصغيرة الأخيرة الاحتياجات التقليدية لأنظمة الخدمة على متن المركبة الفضائية ، في حين أن المشعات الأكبر القابلة للنشر والثابتة ربما كانت مصممة حصريًا لإزالة حرارة المفاعل. أظهرت الرسوم المتحركة عملية معقدة للغاية من ثلاث مراحل لنشر المبرد الرئيسي على متن وحدة TEM.
ومع ذلك ، في القاطرة التي تم كشف النقاب عنها ، يبدو أن ألواح الرادياتير تستخدم سائل تبريد يحمل الحرارة ويتم ضخه عبر النظام بواسطة توربين. إنها تقنية أقل تقدمًا من نظام إشعاع الأنبوب الحراري الشعري الذي كان مخططًا له في الأصل للمركبة الفضائية والذي كان معروفًا أن روسيا تختبره على متن محطة مير الفضائية في مطلع القرن الحادي والعشرين.
لحماية جميع الأنظمة الموجودة على متن المركبة الفضائية من الإشعاع الضار ، يتم وضع المفاعل خلف درع مخروطي الشكل يشكل "ظلًا" مخروطيًا محميًا خالٍ من الجسيمات الخطرة. لزيادة المنطقة الآمنة ، يتم توصيل المفاعل بما بدا أنه ذراع تلسكوبي من أربعة أقسام مصنوع من مادة مركبة خفيفة الوزن. ينتشر ذراع الرافعة إلى طوله الكامل بعد انفصال السفينة عن مركبة الإطلاق في المدار.
وفقًا للمنشورات المتاحة ، لن يتم تنشيط المفاعل النووي على مركبة TEM إلا بعد وصول المركبة الفضائية إلى مدار يبلغ 600 أو 800 كيلومتر ، وهو بعيد بما يكفي عن الغلاف الجوي النادر لمنع الانحلال الطبيعي وإعادة دخول قمر صناعي متوقف.
في غضون ذلك ، يمكن لجميع أنظمة الخدمة في القاطرة الفضائية وحمولاتها استقبال الطاقة من زوج من الألواح الشمسية المنتشرة على جوانب وحدة الدفع فور دخولها المدار.
من المحتمل أن نموذجًا بالحجم الطبيعي الكامل تم تجميعه في وقت مبكر من عام 2018 ، المكونات الرئيسية لهذه القاطرة الكبيرة جدًا ، بما في ذلك وحدة الدفع ، والمشعات الثابتة والقابلة للنشر والذراع القابل للنشر الذي سيحمل المفاعل .
TEM الروسي سيكون عبارة عن مركبة تزن 20 أو 30 طنًا ، الأمر الذي قد يتطلب إما Angara- صواريخ ثقيلة 5M أو Angara-5V لدخول مدار أولي من ميناء فوستوشني الفضائي. أظهر أحد الصور التي أنتجتها GKNPTs Khrunichev حوالي عام 2016 صاروخ Angara-5V مع مرحلة Briz العليا التي تحمل مركبة TEM.
تجدر الإشارة إلى ما بدا أنه محركات دفع كهربائية صغيرة للتحكم في الموقف على حواف جسم المركبة الفضائية على شكل مكعب ، و تظهر المحركات الكهربائية الأكبر ، التي توفر الدفع الرئيسي ، في الجزء السفلي من القاطرة .
من المحتمل أن يكون الهيكل الرئيسي القابل للنشر لمركبة TEM مصنوعًا من مركب قائم على الكربون لتوفير الحد الأدنى من الوزن والقوة القصوى.