Российский транспортно-энергетический модуль "Зевс" ("Нуклон", "Ядро", ТЭМ, "Геркулес").
Ветер Восточный © 2021 годКак писал наш канал, многие решения в космической отрасли России корнями уходят в СССР. Работы по созданию ядерных ракетных двигателей (ЯРД) и ядерных электроустановок (ЯЭУ) в СССР начались в середине 50-х годов. Ядерные ракетные двигатели получили свое название благодаря тому, что создают тягу за счет использования ядерной энергии, т. е. энергии, которая выделяется в результате ядерных реакций. В общем смысле под этими реакциями подразумеваются любые изменения энергетического состояния атомных ядер, а также превращения одних ядер в другие, связанные с перестройкой структуры ядер или изменением количества содержащихся в них элементарных частиц — нуклонов. Причем ядерные реакции, как известно, могут происходить либо спонтанно (т. е. самопроизвольно), либо вызываться искусственно, например при бомбардировке одних ядер другими (или элементарными частицами).
Ядерные энергоустановки
Ядерные энергоустановки (ЯЭУ) обладают такими преимуществами как независимость вырабатываемой мощности от освещенности орбиты, ориентации КА и удалённости его от Солнца. К достоинствам ядерных энергоустановок можно также отнести возможность реализации большой мощности и при этом они будут обладать лучшими удельными массовыми характеристиками по сравнению с солнечными энергоустановками. К недостаткам ЯЭУ нужно отнести повышенное требование к обеспечению безопасности во время сборки, испытания и полёта. Энергоемкость ядерных источников энергии на много порядков выше химических и солнечных.
Любой тип ЯЭУ включает в себя три основных элемента:
• источник первичной энергии (например, ядерный реактор, радиоизотопный генератор);
• преобразователь первичной энергии в электрическую энергию;
• устройство для отвода части первичной энергии, не ис-пользованной в процессе преобразования, в окружающее пространство (холодильник-излучатель).
В 1958г. Совет Министров СССР принял ряд постановлений о проведении научно-исследовательских работ по созданию ракет с ЯРД. Научное руководство было поручено М. В. Келдышу, И. В. Курчатову и С. П. Королеву. К работам были привлечены десятки исследовательских, проектно-конструкторских, строительных и монтажных организаций. Это НИИ-1 (ныне Исследовательский центр им. Келдыша), ОКБ-670 (гл. конструктор М. М. Бондарюк), Институт атомной энергии (ИАЭ, ныне Курчатовский институт) и Физико-энергетический институт (ныне ФЭИ имени Лейпунского), НИИ приборостроения (гл. конструктор А. С. Абрамов), НИИ-8 (ныне Научно исследовательский и конструкторский институт – НИКИЭТ им. Долежаля) и ОКБ-456 (ныне НПО «Энергомаш» им.Глушко), НИИТВЭл (НПО «Луч», ныне Подольский научно-исследовательский технологический институт- ПНИТИ), НИИ-9 (ныне Высокотехно-логический научно-исследовательский институт неорганических материалов — ВНИИНМ им. А. А. Бочвара) и др. В этом же году после успешного полета первого искусственного спутника Земли по инициативе и указанию С. П. Королева проектные отделы ОАО РКК "Энергия" им. С. П. Королева приступили к исследованиям с целью создания и использования ЭРД, питаемых от ядерной энергетической установки (ЯЭУ), для межпланетных сообщений. В 60-е годы в рамках эскизных проектов сверхтяжелых ракет-носителей (РН) Н1 и Н1М были разработаны проекты ядерной ЭРДУ (ЯЭРДУ) мегаваттной мощности на основе термоэмиссионной ядерно-энергетической установки (ЯЭУ) для энергодвигательного блока (ЭДБ) марсианского экспедиционного комплекса (МЭК) электрической мощностью от 2 200 кВт до 15 МВт (в виде трех блоков по 5 МВт). В качестве двигателей ЭРДУ рассматривался магнитоплазмодинамический (МПД) двигатель электрической мощностью 500 кВт с рабочим телом – литий.
В 1968 г. в НПО "Энергомаш" (ОКБ-456) была закончена разработка эскизного проекта двигателя с газофазным реактором. Двигатель получивший обозначение РД-600 должен был иметь тягу около 600 т. при собственной массе около 60т. В качестве замедлителя и отражателя использовался бериллий и графит. РТ - водород с добавкой лития.
24 мая 1968 г. вышло постановление правительства предусматривавшее создание ЯРД на основе предложенного проекта, а также строительство стендовой базы для его испытаний, получившей название "Байкал-2". Параллельно с разработкой летного образца ЯРД 11Б91 в КБХА, его стендовый прототип (ИР-100) создавался в НИИ-1.
В 1970 г. было осуществлено объединение этих работ (программа получила индекс 11Б91-ИР-100) и вся конструкторская работа по стендовым и летным образцам ЯРД сосредоточилась в КБХА. Физический пуск первого реактора ЯРД 11Б91-ИР-100 был произведен в ФЭИ на стенде "Стрела". На нем была проведена обширная программа исследований.
С 1969 года "Арсенал" определен головным предприятием по разработке и изготовлению космических аппаратов системы МКРЦ "Легенда" - КА УС-А и УС-П. Из ОКБ-52 (НПО "Машиностроения", г. Реутов Московской области) на "Арсенал" была передана конструкторская и технологическая документация по КА радиолокационной разведки УС-А. КБ "Арсенал" перевыпустило документацию с учетом технологических возможностей завода "Арсенал" для организации крупного серийного производства КА УС-А. В 1970 году совершен первый запуск КА УС-А с космодрома Байконур. В 1975 году система МКРЦ "Легенда" с КА УС-А принята на вооружение. Параллельно с серийным выпуском КА УС-А КБ "Арсенал" занималось модернизацией аппарата в части повышения ТТХ спецкомплекса, увеличения срока его активного функционирования, доработки элементов двигательной установки. В 1988 году на орбиту был запущен модернизированный КАУС-АМ.
С 1970 г. по 1988 г. было запущено 32 КА с термоэлектрической ЯЭУ, из которых один не вышел на орбиту (пуск 25.04.1973 г.) (рисунок 1).
Назначение КА типа УС-А:
• Ведение радиолокационной разведки надводной обстановки на океанских и морских театрах и обеспечение данными для выработки целеуказания ударному ракетному оружию ВМФ
• Типы ударного ракетного оружия, получающие целеуказание с КА системы МКРЦ "Легенда"
• Противокорабельные ракеты (ПКР): П-6, "Базальт", "Вулкан", "Гранит"
• Тип спецкомплекса космический аппарат (КА) типа УС-А
• Радиолокационная станция бокового обзора "Риф" бортового специального комплекса (БСК) "Чайка"
В 1970–1988 годах запускались в космос и успешно эксплуатировались КА наблюдения "УС-А" с термоэлектрической ЯЭУ "Бук" электрической мощностью до 3 кВт. В 1987–1988 годах два КА "Плазма-А" с термоэмиссионной ЯЭУ "Топаз" мощностью 5 кВт прошли летно-космические испытания, во время которых впервые было осуществлено питание электроракетных двигателей (ЭРД) от ядерного источника энергии. Выполнен комплекс наземных ядерно-энергетических испытаний термоэмиссионной ЯЭУ "Енисей" мощностью 5 кВт. На основе этих технологий разработаны проекты термоэмиссионных ЯЭУ мощностью 25...100 кВт.
Проект создания транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭДУ) (с начала 70-х по 80-е гг.).
Расширение масштабов космической деятельности, усложнение решаемых космическими средствами задач в околоземном и дальнем космосе, рост требований к уровню энергодвигательного обеспечения космических операций объективно требуют возвращения ядерной энергетики в космос на новом технологическом уровне. Наиболее полно преимущества ядерной космической энергетики реализуются в концепции транспортно энергетических модулей (ТЭМ) на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ), объединяющей в своем составе ЯЭУ большой мощности и электроракетную двигательную установку (ЭРДУ). ТЭМ с ЯЭДУ может обеспечить как доставку КА на высокую рабочую орбиту или межпланетную траекторию, так и электропитание целевых и служебных систем КА. С создания многоцелевых транспортно-энергетических модулей высокой энерговооруженности должен начаться качественно новый этап развития и практического применения космической ядерной энергетики.
Разработка межорбитального буксира "Геркулес" подразумевалась в составе системы "Энергия–Буран". С развертыванием работ по системе "Энергия–Буран" проектирование ЯЭУ и ЯЭРДУ выполнялось с учетом использования этой системы в качестве средства выведения на опорную орбиту как специальных космических аппаратов (КА) с ЯЭУ и ЯЭРДУ, так и нового транспортного космического средства в виде межорбитального буксира (МБ). Эти работы с начала 70-х по 80-е гг. выполнялись в рамках государственного заказа НИОКР по ЯЭУ и МБ "Геркулес". Головным разработчиком ЯЭУ и МБ была РКК "Энергия" (тогда ЦКБЭМ, затем НПО "Энергия"), финансирование которого осуществлялось Минобщемаш (сейчас Роскосмос). Организации Минсредмаш (Росатом) и других отраслей промышленности выполняли работы по техзаданиям (ТЗ) и договорам с РКК "Энергия". Исследования и разработки институтами Академии наук (АН) и вузами выполнялись по ТЗ и договорам с РКК "Энергия", но финансировались АН СССР в рамках фундаментальных и прикладных НИР. В 1978 году была начата проектная разработка межорбитального буксира с ЯЭУ и ЭРДУ, получившая индекс 17Ф11 "Геркулес". В 1982 году было разработано Техническое предложение по межорбитальному ядерному буксиру, включающему ЭРДУ. Задачей многоразового межорбитального буксира (ММБ) являлась доставка больших грузов различного назначения на высокие околоземные орбиты. Полезная электрическая мощность ЯЭУ составляла 550 кВт. Огневой ресурс ЭРДУ – 16000 часов. Рассматривались проекты трех модификаций МБ «Геркулес»: одноразовый МБ, многоразовый МБ, транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) — для доставки КА на орбиту назначения и последующего длительного питания энергоемкой аппаратуры КА на пониженном уровне мощности.
Основное назначение МБ «Геркулес» — доставка тяжелого КА на исходную орбиту и обеспечение его движения перед выполнением задачи. Рассматривалась возможность вывода в космос как МБ совместно с КА в грузовом транспортном контейнере (ГТК) РН "Энергия", так и с помощью раздельного вывода МБ и КА в грузовом отсеке орбитального корабля (ОК) "Буран" или под обтекателем РН "Протон" (с последующей стыковкой МБ с КА). Предусматривался режим ожидания с выключенной ЯЭУ без ограничения времени и многоразовость пуска, в т. ч. для выполнения маневра фазирования при отмене пуска КА для последующей стыковки с МБ. После окончания функционирования требовалось обеспечить увод МБ (или только ЯЭУ) на орбиту высвечивания для спада накопленной активности реактора.
Основные проектные характеристики МБ "Геркулес":
• электрическая мощность на клеммах ЭРДУ, кВт....550
• удельный импульс ЭРДУ, м/с..............................30 000
• тяга ЭРДУ, кгс..............................................................2,6
• ресурс ЯЭУ и ЭРДУ, ч............................................16 000
• рабочее тело ЭРДУ................................................ксенон
• масса (сухая) буксира, т.....................................14,5...15,7
С начала 90-х годов полномасштабное государственное финансирование работ по ЯЭУ и ЭРДУ МБ "Геркулес" было прекращено. Однако в РКК "Энергия" работы продолжались в рамках небольших НИР Российского космического агентства (сейчас — Роскосмос), а также при поддержке Минатом и Миннауки, но главным образом за счет собственных средств. Последнему способствовали сохранившийся (до 2002 г.) коллектив специалистов, а также наличие значительного задела по высокотемпературным материалам, готовым узлам, агрегатам и модулям ЯЭУ, испытательных стендов в работоспособном состоянии. Финансирование внешних организаций стало невозможным, однако отдельные работы все же выполнялись в рамках научно-технического сотрудничества ряда организаций с РКК "Энергия". К началу работ по МБ "Геркулес" у коллектива специализированного комплекса РКК "Энергия" был обоснован выбор концепции ЯЭУ так же, как и ЯЭРДУ на основе ЯЭУ. Результаты сравнительного анализа разработанных ранее проектов ЯЭУ с различными схемами преобразования (паротурбинного, газотурбинного и термоэмиссионного) тепловой энергии в электрическую показали преимущества ЯЭУ с термоэмиссионным реактором-преобразователем (ТРП). Это определило выбор термоэмиссионной ЯЭУ большой мощности в качестве источника электроэнергии для МБ, а также энергоемких КА по следующим причинам:
• простые тепловая и электрическая схемы;
• отсутствие движущихся частей, повышенный уровень надежности;
• отсутствие чувствительности к единичным точечным отказам;
• относительно простой запуск и останов, возможность многократного запуска, отсутствие временных ограничений между повторными запусками;
• более высокая, по сравнению с другими схемами преобразования, температура отвода тепла, не преобразованного в термодинамическом цикле, и, соответственно, существенно более компактный холодильник-излучатель (ХИ);
• потенциальные возможности по повышению КПД, удельных энергетических характеристик и нижней температуры термодинамического цикла и, следовательно, снижения удельной массы и габаритов ЯЭУ.
В качестве источника тепла и электроэнергии был выбран ТРП на быстрых нейтронах с замедляющим отражателем, который:
• практически не чувствителен к выбору материалов активной зоны, что обеспечивает высокие плотности электрической мощности и длительный ресурс электрогенерирующих сборок-каналов (ЭГК);
• за счет использования ниобиевого сплава в качестве коллектора ЭГК и конструкционного материала системы охлаждения, температура ХИ может быть выше на 250-300 °С по сравнению с ЯЭУ типа "Топаз" на основе конструкционных жаропрочных сплавов группы железа;
• может иметь отрицательные температурный и мощностной коэффициенты реактивности, что является одним из физических факторов обеспечения ядерной безопасности ЯЭУ. В качестве теплоносителя был выбран практически не активируемый изотоп литий-7, а в качестве конструкционного материала реактора и системы охлаждения — разработанный РКК "Энергия" отечественный ниобиевый сплав НбЦУ (ниобий–цирконий-1% – углерод-0,1%) с рабочей температурой более 1 200 °С.
Основные компоненты ЯЭУ ядерного буксира "Геркулес":
1 — Блок генераторов пара цезия и системы удаления газообразных продуктов деления модулей;
2 — Термоэмиссионный реактор-преобразователь модульной схемы;
3 — Многослойная радиационная защита;
4 — Сильноточная шина;
5 — Многоканальный МГД-насос с общей магнитной системой всех модулей;
6 — Трубопровод литиевой системы охлаждения на входе в модуль ТРП;
7 — Опорная ферма;
8 — Трубопровод литиевой системы охлаждения на выходе из модуля ТРП;
9 — Теплообменник литий-натрий зоны испарения тепловой трубы;
10 — Силовой преобразовательный блок (высоковольтные кабели не показаны); 11 — Опорное кольцо (раздвижная ферма полезной нагрузки не показана);
12 — Зона конденсации тепловых труб холодильника-излучателя
Габариты ЯЭУ выбирались с учетом возможности выведения МБ «Геркулес» на стартовую РБО высотой 500-800 км или в грузовом отсеке ОК "Буран", или посредством РН "Протон". Рассматривался также вариант ЯЭУ, выводимой (в составе: МБ "Геркулес" совместно с тяжелым КА) на рабочую орбиту в ГТК РН "Энергия". В этом случае максимальный диаметр ЯЭУ должен быть 5,5 м.
Космические ЯЭУ или ЯЭУ совместно с ЭРДУ могут быть использованы:
• в качестве источников электроэнергии для энергоемких КА и комплексов;
• в составе перспективных космических транспортных средств, в том числе многоразовых, на основе ЭРДУ, питаемых от бортовой ЯЭУ;
• для решения первых двух задач в ТЭМ по обеспечению электроракетной доставки тяжелых КА на рабочие орбиты и последующее длительное энергоснабжение их функциональной аппаратуры.
Лунные и планетные электростанции
Освоение Луны и планет невозможно без создания нового поколения космической энергетики. Использование для планетных электростанций традиционно применяемых в КА солнечных батарей затруднено условиями их эксплуатации, так как на Луне 14 земных суток – день и 14 суток – ночь, поэтому потребуются достаточно тяжелые накопители электроэнергии (на основе аккумуляторных батарей или электрохимических накопителей), доставка которых сложна и затратна. На поверхности Марса плотность солнечного излучения более чем в два раза ниже, чем в околоземном космосе, а также наблюдаются мощные пылевые бури. Поэтому ключевой энергетической технологией при освоении Солнечной системы будет ядерная энергетика. Одним из направлений этой технологии будет создание лунной и планетных атомных электростанций (АЭС) (Бранец В.Н., Грибков А.С., Синявский В.В. и др. Атомная электростанция лунной базы // Ракетно-космическая техника. Труды РКК "Энергия" им. С.П. Королева. Сер. 12. Вып. 1-2. Королев, 2007. С. 23–31), а в более отдаленной перспективе – и атомных теплоэлектростанций для добывающих и перерабатывающих комплексов. С. П. Королев и В. П. Глушко в предложениях по созданию обитаемой лунной базы подчеркивали необходимость создания АЭС электрической мощностью в сотни киловатт (Луна — шаг к технологиям освоения Солнечной системы / Под научной редакцией В. П. Легостаева и В. А. Лопоты. М: РКК «Энергия», 2011).
Общий вид лунной АЭС на основе космической термоэмиссионной ЯЭУ разработки РКК "Энергия":
1 – Термоэмиссионный реактор-преобразователь в предохранительном кожухе;
2 – Теневая радиационная защита оборудова-ния ЯЭУ;
3 – Опорное кольцо;
4 – Вал радиационной защиты из лунного грунта;
5 – Холодильник-излучатель на основе тепловых труб;
6 – Отражающие панели.
Концепция РКК "Энергия" экспедиции на Марс начала 2000-х годов
Уникальный опыт РКК "Энергия" в области пилотируемой космонавтики позволил разработать концепцию пилотируемой экспедиции на Марс. Межпланетный экспедиционный комплекс (МЭК) состоит из орбитальной части — межпланетного орбитального корабля с энергодвигательным комплексом и взлетно-посадочного комплекса, выполняющего доставку части экипажа на поверхность Марса и обратно на околомарсианскую орбиту. Двигательная установка (ДУ) для межпланетного перелета – одно из принципиальных решений, от которого зависят как конструкция МЭК, так и сценарий полета. Рассматривалось несколько вариантов ДУ и их сочетаний, однако основными следует признать три класса двигателей: жидкостные, ракетные, ядерные ракетные и электроракетные двигатели.
Общий вид МЭК с ЯЭРДУ:
1 — корабль доставки и возвращения экипажа;
2 — взлетно-посадочный комплекс;
3 — стыковочные агрегаты;
4 — складской модуль;
5 — межпланетный корабль;
6 — энергодвигательный комплекс
Основные характеристики МЭК с ЯЭРДУ
• стартовая масса МЭК — до 500 т;
• масса взлетно-посадочного комплекса — до 40 т;
• тяга электрореактивных двигателей межпланетного перелета — 480 Н;
• удельная тяга электроракетных двигателей — 50…90 км/с;
• мощность энергопитания ядерной энергоустановки — 24 МВт;
• экипаж межпланетного комплекса — 4-6 чел.;
• экипаж взлетно-посадочного комплекса — 2-3 чел.;
• общее время полета на Марс и обратно — около 2,5 лет;
• время работы экипажа на поверхности — 15–30 сут.
РКК "Энергия" была исследована задача обеспечения больших грузопотоков с орбиты Земли на орбиту Марса с использованием для межорбитальной перевозки одноразовых МБ с ЯЭРДУ электрической мощностью 500 кВт и более и ресурсом до трех лет. Особенностью данной транспортной операции, в отличие от пилотируемой экспедиции, является то обстоятельство, что нет жестких ограничений времени транспортировки груза, поэтому как параметры ЯЭРДУ, так и параметры собственно транспортной операции могут быть оптимизированы, исходя из разных критериев качества, одним из которых может быть минимизация мощности ЯЭРДУ для заданной массы неделимого ПГ. Было показано, что применительно к доставке на орбиту Марса неделимого груза массой 20 тонн эффективно использование одноразового МБ типа "Геркулес" мощностью 500 кВт (Синявский В. В. О работах РКК "Энергия" имени С.П. Королева в области создания ядерноэнергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок большой мощности // Ракетно-космическая техника. Труды РКК «Энергия» им. С.П. Королева. Сер. 12. Вып. 1-2. Королев, 2007. С. 8–19.). Транспортный комплекс на околоземной орбите высотой 800 км может быть сформирован тремя пусками РН класса «Протон» или одним пуском РН класса "Энергия".
Проект "Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса"
В октябре 2009 года на заседании Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России был официально утвержден новый российский проект "Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса". Головными разработчиками являются: реакторной установки — ОАО "НИКИЭТ". ЯЭУ с газотурбинной схемой преобразования энергии, ЭРДУ на основе ионных ЭРД и ЯЭРДУ в целом — ГНЦ "Исследовательский центр им. М. В. Келдыша", который является также ответственной организацией по программе разработки транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) в целом. РКК "Энергия" в качестве генерального конструктора ТЭМ должна разработать автоматический КА с этим ТЭМ.
Транспортно-энергетический модуль мегаваттной мощности на основе ЯЭУ с газотурбинной установкой:
1 — реакторная установка;
2 — капельный холодильник-излучатель;
3 — приборно-агрегатный отсек;
4 — блок электроракетных двигателей;
5 — контейнер с полезным грузом (ПГ)
Предполагаемые характеристики газотурбинной ЯЭРДУ следующие. В качестве реактора используется газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах, температура рабочего тела (смесь He–Xe) перед турбиной 1 500 К, КПД преобразования тепловой энергии в электрическую 35%, тип холодильника-излучателя — капельный. Масса энергоблока (реактор, радиационная защита и система преобразования, но без холодильника-излучателя) — 6 800 кг.
В рамках исследования закономерностей переноса реакторного излучения в пространстве ТЭМ рассматривалось 2 модели ядерного буксира — с капельным и панельным холодильниками-излучателями.
В рамках исследования закономерностей переноса реакторного излучения в пространстве ТЭМ:
• Изучались закономерности ослабления и рассеяния излучения на подсистемах ТЭМ.
• Рассчитывались распределения функционалов излучения (флюенс нейтронов и поглощенная доза фотонов).
• Проводилась частичная оптимизация и прогнозировались массы БРЗ.
В ФГУП "КБ "Арсенал" с 2004 года совместно с ОАО "Красная Звезда", ФГУП "ОКБ "Факел", ГНЦ ФГУП "Центр Келдыша", ОАО "АВЭКС" и другими предприятиями космической отрасли проводились научно-исследовательские работы по созданию КА с ЯЭУ различной мощности: от 25 до 500 кВт. Наиболее подробно разработан проектный облик КА с ЯЭУ мощностью 25 кВт, подобран состав служебных систем КА, реализуемый на имеющейся элементной базе и не требующий дополнительных длительных и дорогостоящих исследований для его адаптации к КА с ЯЭУ.
Данный КА из-за низкой суммарной тяги ЭРДУ не может рассматриваться в качестве транспортно-энергетического модуля для исследования Солнечной системы, но его создание позволит отработать ключевые технологии как наземной, так и лётной эксплуатации КА с ЯЭУ. ФГУП "КБ "Арсенал" им. М. В. Фрунзе в 2004 году начало проектно-поисковые работы в обеспечение создания универсальной космической платформы (УКП) повышенной энерговооруженности "Плазма-2010" с ядерной энергетической установкой. В УКП "Плазма-2010" будет использован модульный принцип построения, позволяющий создавать на базе платформы КА различного назначения, в том числе для решения задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В составе КП "Плазма-2010" используется ядерная энергетическая установка ЯЭУ-25, мощностью до 35 кВт, а также электроракетная двигательная установка, обеспечивающая эффективное выведение КА на рабочую орбиту и последующее маневрирование. Проект ориентирован на выведение существующей высоконадёжной ракетой-носителем "Союз-2.1б", что позволит осуществить лётно конструкторские испытания на рубеже 2017-2018 гг.
В период 2016-18 годов КБ "Арсенал" провело ряд научно-исследовательских (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР) по разработке космического аппарата (КА) с ЯЭУ мегаваттного класса.
В рамках ОКР "ТЭМ" разработана сложнейшая конструкция — макет отсека несущих ферм для проведения функциональных испытаний, при создании которой КБ пришлось решить множество неординарных вопросов. В полном объеме проведены функциональные испытания макета отсека несущих ферм (ОНФ).
В 2018-2019 годах в КБ "Арсенал" была выполнена НИР "Ядро" в рамках которой рассмотрены варианты применения КА с ЯЭУ мегаваттного класса для решения следующих задач: дистанционного зондирования поверхности Земли и околоземного воздушного пространства; электромагнитного воздействия на радиоэлектронные средства систем управления, разведки, связи и навигации; направленной передачи энергии лазерным излучением; обеспечения связи, вещания и ретрансляции; межорбитальной транспортировки грузов; доставки грузов на окололунную орбиту.
После того, как ГНЦ ФГУП "Центр им. Келдыша" и ФГУП "ГКНПЦ им. М. В. Хруничева" фактически провалили контракт от 2016 года на создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса не уложившись в сроки и не закончив работы по проекту космического аппарата с рабочим названием транспортно-энергетический модуль (ТЭМ). По этому контракту сроки выполнения работ: начало — 11 января 2016 года, окончание — 25 ноября 2018 года. Цена контракта — 3,8 млрд рублей. И ряда судебных разбирательств с ФГУП "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе" — Судебные документы (на русском языке) от 22 июня 2017 года , 31 августа 2017 года , 9 января 2018 года , 19 апреля 2018 года и 21 августа 2018 года. ГНЦ ФГУП "Центр им. Келдыша" было оштрафовано Роскосмосом на 154,9 млн рублей за просрочку в рамках госконтракта по созданию "Транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса". После этого проект перешел ФГУП "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе".
Название "Нуклон" и "Зевс".
Впервые название "Нуклон" появляется 27.12.2019 на сайте госзакупок в рамках размещения объекта: Разработка аванпроекта по созданию космического комплекса с транспортно-энергетическим модулем на основе ядерной энергетической установки (Шифр ОКР: "Нуклон-АП").
30 декабря 2020 года в интервью "Комсомольской Правде" Дмитрий Олегович Рогозин на вопрос журналиста — "Вы много раз говорили про ядерный буксир. В каком состоянии работы сейчас?", отвечает:
"Мы ведем эту работу. В этом году мы открыли опытно-конструкторскую работу «Нуклон». Сам аппарат будет называться "Зевс". Мы планируем получить результаты ОКР через несколько лет и будем готовы использовать буксир в наших научных и иных программах."
В соответствии с принятой «Стратегией развития космической ядерной энергетики в Российской Федерации на период до 2030 г. "КБ "Арсенал" продолжит дальнейшие работы по следующим направлениям:
а) создание космических средств с ЯЭУ с термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую, мощностью до 150 КВт и ресурсом работы свыше 7 лет, предназначенных для ДЗЗ Земли, обеспечения высокоскоростной широкополосной связи и ретрансляции, энергоснабжения напланетных станций.
б) создание космических средств с ЯЭУ мегаваттного класса с машинным преобразованием тепловой энергии в электрическую предназначенных для обеспечения энергоемких транспортных операций в космосе (межорбитальные и межпланетные перелеты, транспортировка грузов), обеспечения исследований дальнего космоса и тел Солнечной системы, энергоснабжения околопланетных и напланетных станций, обеспечения реализации перспективных национальных и международных проектов, в том числе по защите Земли от астероидно-кометной опасности и защите околоземного космического пространства от техногенного засорения, обеспечение ДЗЗ.
22 мая 2021 года исполнительный директор госкорпорации "Роскосмос" по перспективным программам и науке Александр Блошенко принял участие в просветительском марафоне "Новое знание". Где продемонстрировал ряд материалов: два варианта ТЭМ мощностью 500 кВТ, с ионными двигателями и роторным магнитоплазменным двигателем, а так же их массо-габаритными характеристики. Озвучены планы по первой миссии космического комплекса на базе ТЭМ, которые в данный момент просчитываются по массе полезной нагрузки и баллистическим траекториям совместной с РАН. Так же продемонстрирована концепция и характеристики орбитальной станции с ТЭМ.
