俄羅斯的核動力“宙斯”

文/錢衛(wèi)

說到太空拖船這種事情，怎么也不能少了俄羅斯。

2020年，位于圣彼得堡的俄羅斯兵器設(shè)計局發(fā)布了一組照片，內(nèi)容是正在組裝的大型核動力太空拖船。這家企業(yè)在蘇聯(lián)時代，就以研制核動力衛(wèi)星而聞名，主要用來執(zhí)行海洋監(jiān)視之類的任務(wù)。

超大拖船TEM

▲ 俄羅斯核動力拖船的散熱器部分

兵器設(shè)計局這一次研制的型號叫做運輸與能源艙，簡稱TEM。其實這個型號并沒有保密，十多年前就已經(jīng)公之于眾。不過到了2020年，人們才知道，兵器設(shè)計局并不是說說而已，TME已經(jīng)進(jìn)入總裝階段了。

▲ 俄羅斯核動力拖船反應(yīng)堆

TEM用核反應(yīng)堆驅(qū)動電火箭發(fā)動機(jī)，這在很大程度上得益于俄羅斯軍方的態(tài)度。本世紀(jì)初，俄羅斯軍方認(rèn)為， 空間核反應(yīng)堆的發(fā)電能力強(qiáng)，不僅能為推進(jìn)系統(tǒng)供電，還可以支持大型航天器的運行，比如大功率雷達(dá)或者反衛(wèi)星激光器。于是，俄羅斯國防部投入大量資金推動空間核反應(yīng)堆的研制。這也為TEM解決了技術(shù)基礎(chǔ)。

兵器設(shè)計局表示，在2016年至2018年間，該公司進(jìn)行了幾項早期研究，推動兆瓦級核動力航天器的實現(xiàn)。具體包括結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、反應(yīng)堆、推進(jìn)系統(tǒng)、控制單元等等。

▲ 俄羅斯核動力拖船全貌

2018年和2019年，兵器設(shè)計局研究了TEM的各種用途，包括遙感、電子偵察衛(wèi)星，通信和導(dǎo)航衛(wèi)星，軌道間運輸和向近月球軌道運送貨物。兵器設(shè)計局甚至還考慮，用TEM給火星L1拉格朗日點的數(shù)據(jù)中繼航天器供電，支持火星表面基地、火星軌道飛行器和地球之間的通信，甚至考慮了向火星表面基地提供核電站。

大膽使用反應(yīng)堆

▲ 核動力拖船的控制部分

TEM拖船的核心是核反應(yīng)堆。這比同位素電源要復(fù)雜得多，但發(fā)電功率更高。對俄羅斯科研界來說，似乎反應(yīng)堆這種高難度挑戰(zhàn)也更有價值。為此，兵器設(shè)計局給反應(yīng)堆設(shè)計了1套液冷系統(tǒng)、3套主散熱器和3套副輔助散熱器，它們在宇宙空間展開后，形成了一個極具科幻色彩的架構(gòu)。為了防止核輻射傷及其他系統(tǒng)，反應(yīng)堆前方有一個錐形屏蔽罩。為了進(jìn)一步擴(kuò)大安全區(qū)，反應(yīng)堆和屏蔽罩安裝在一個由輕質(zhì)復(fù)合材料制成的四節(jié)伸縮臂上。拖船入軌后，伸縮臂就伸展到全長，讓反應(yīng)堆盡量遠(yuǎn)離本體。

根據(jù)兵器設(shè)計局發(fā)布的信息，TEM的核反應(yīng)堆要達(dá)到600或800千米高的軌道后才能啟動，這樣，它就不會因為空氣阻力而過早地降軌進(jìn)入大氣層。在反應(yīng)堆啟動之前，TEM靠推進(jìn)艙側(cè)面的一對太陽能電池板獲得電力。

根據(jù)兵器設(shè)計局在2020年發(fā)布的照片，TEM是個非常巨大的航天器，包括推進(jìn)艙、散熱器以及承載反應(yīng)堆的伸縮桿。即使不考慮有效載荷，TEM也將是一個二三十噸重的運載工具，可能需要安加拉-5M或安加拉-5 V重型火箭從東方發(fā)射場發(fā)射。

缺錢的“宙斯”

2021年7月20日的莫斯科航展期間，俄羅斯航天局展示了TEM的比例模型，這時候它有了正式的名字“宙斯”。很快，兵器設(shè)計局發(fā)布了關(guān)于“宙斯”的更多消息，表示它將發(fā)射到1000千米高的軌道，用來向月球和其他行星運送科學(xué)設(shè)備。為它配套的是俄羅斯克爾德什中心研制的2兆瓦的發(fā)電機(jī)組。據(jù)說渦輪工作溫度已經(jīng)可以達(dá)到1200開爾文，轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘34000轉(zhuǎn)。據(jù)透露，俄羅斯與白俄羅斯正在聯(lián)合開發(fā)新的渦輪葉片，工作溫度甚至可以超過1500開爾文。這顯然已經(jīng)不再是蒸汽輪機(jī)了，而是燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

不過到了2022年5月，俄羅斯副總理羅戈津被迫承認(rèn)，因為缺乏資金，“宙斯”的研發(fā)面臨巨大困難。這種宏偉的核動力飛船的未來只怕是很灰暗的。

▲ 建造中的俄羅斯核動力拖船

▲ 莫斯科航展上的核動力拖船模型