Rosja była i nadal jest liderem w dziedzinie nuklearnej mocy kosmicznej. Doświadczenie w zakresie projektowania, budowy, rozruchu i eksploatacji statku kosmicznego wyposażonego źródeł jądrowych są organizacje takie jak RSC „Energia” i „Roskosmos”. silnik jądrowy pozwala obsługiwać samoloty przez wiele lat, co czyni je bardziej praktyczną przydatność wielokrotnie.
historyczny rekord
Wykorzystanie energii jądrowej w przestrzeni nie jest już fikcją w latach 70-tych ubiegłego wieku. Pierwsze silniki nuklearne w 1970-1988 rozpoczęto w przestrzeń i z powodzeniem stosowane w pojazdach kosmicznych (SV) obserwacji „US-A”. Są one stosowane do termo systemu elektrowni jądrowej (EJ) „Buck” moc elektryczna 3 kW.
W 1987-1988 dwóch urządzeń „Plasma-a” z termoelektronowej NPP „Topaz” 5 kW został lot badanie przestrzeni, podczas której moc elektryczna napędowy (ERE) od źródła energii jądrowej po raz pierwszy wdrożone.
Kompleks naziemnej testowania elektrowni jądrowej termoelektronowej jądrowy „Jenisej” mocy 5 kW. Na podstawie tych technologii opracowanych projektów Thermionic pojemność energii jądrowej od 25-100 kW.
MB "Hercules"
RSC „Energia” w latach 70-tych rozpoczął badania naukowe i praktyczne, których celem było stworzenie potężnego silnika przestrzeni między oczodołami jądrowego dla holownika (MB) „Hercules”. Praca doprowadziła do powstania wielu lat jądrowego napędu elektrycznego (YAERDU) z termoelektronowej pojemności elektrowni jądrowej – od kilku setek kilowatów mocy zespołu napędowego elektrycznego z kilkudziesięciu do kilkuset kilowatów.
Parametry projektowe MB "Hercules":
- przydatna energii elektrycznej z energii jądrowej – 550 kW;
- swoisty impuls elektryczny napęd – 30 km / s;
- Elektryczny napęd ciągu – 26 H;
- zasobów NPP i napędu elektrycznego – 16.000 godzin;
- praca ciała napędu elektrycznego – ksenon;
- ciężaru (sucha masa) holownika – 14,5-15,7 T zawierającym NEI – 6,9 ton.
współczesny
W XXI wieku, to jest czas, aby utworzyć nowy silnik jądrowej do przestrzeni. W październiku 2009 roku na spotkaniu nowego rosyjskiego projektu „Stworzenie transportu i moduł energii z instalacji MW klasy o energii atomowej” Komisja została oficjalnie zatwierdzona przez Radę Prezydenckiego na rzecz modernizacji i rozwoju technologicznego gospodarki Rosji. są czołowi deweloperzy:
- Reaktor roślin – JSC "NIKIET".
- elektrownia jądrowa z obwodu konwersji mocy turbiny gazowej, w oparciu o elektrycznych silników napędowych i jonowej electrorocket YAERDU w ogóle – SSC „Centrum Badawczego. M. V. Keldysha”, który jest również odpowiedzialny za organizację programu rozwoju transportu i modułu energetycznego (TEM) jako całości.
- RSC „Energia” jako generalny projektant TEM musi opracować automat z tego modułu.
Charakterystyka nowej instalacji
Nowy silnik jądrowy na przestrzeni Rosji planuje rozpocząć działalność komercyjną w ciągu najbliższych kilku lat. Projektowane charakterystyki turbiny gazowej YAERDU poniżej. Reaktor stosowany jest chłodzony w reaktorze szybko hodowca, temperatura płynu roboczego (mieszanina He / Xe) przed turbiną – 1500 K, sprawność przetwarzania energii cieplnej na energię elektryczną – 35%, chłodnica typu chłodnicy – ociekowej. Ciężar jednostkowy (reaktor przed promieniowaniem i układu do konwersji, ale bez chłodzenia emiter) – 6800 kg.
Przestrzeń silników jądrowych (elektrownia jądrowa, energia jądrowa, wraz z EPS) planowane jest użycie:
- W ramach przyszłych pojazdów kosmicznych.
- Jako źródła energii dla energochłonnych systemów i statków kosmicznych.
- Aby rozwiązać dwa pierwsze problemy w module transportowym i energetycznym, aby zapewnić dostarczanie ciężkich pojazdów kosmicznych electrorocket i na orbicie pracy i dalszego długoterminowego zaopatrzenia w energię urządzenia.
Zasada działania silnika jądrowego
Opierać się na syntezie jąder lub na wykorzystaniu energii rozszczepienia paliwa jądrowego w celu utworzenia ciąg jet. Odróżnić instalacja impulsu wybuchowe i płynów typy. Blast roślin emituje w przestrzeń miniaturowych bomb atomowych, które lontów kilka metrów, wybuch pchnął statek do przodu. W praktyce, takie urządzenia nie są używane.
silniki napędowe ciekłe, z drugiej strony, już dawno zostały opracowane i przetestowane. Jeszcze w latach 60., sowieccy specjaliści zaprojektowali wykonalne modelu RD-0410. Systemy te zostały opracowane w Stanach Zjednoczonych. Ich zasada opiera się na ogrzewaniu ciekłego jądrowego minireaktora to zamienia się w parę i tworzy strumień odrzutowych, która wypycha sondę. Chociaż urządzenie jest nazywana cieczą jako płynu roboczego, stosuje się na ogół wodór. Innym celem systemów jądrowych kosmicznych – zasilanie elektryczne na pokładzie sieci (urządzenia) statków i satelitów.
Ciężkie urządzenia telekomunikacyjne globalnej komunikacji przestrzeń
W tej chwili trwają prace nad silnikami jądrowych dla przestrzeni, które będą używane w ciężki sprzęt komunikacyjny kosmicznych. RSC „Energia” zostały przeprowadzone badania i projekty globalnego systemu komunikacji przestrzeń jest konkurencyjna ekonomicznie z tanim telefonem komórkowym, który miał osiągnąć transfer „centrali” z Ziemi w kosmos.
Warunkiem ich powstania są:
- prawie całkowite wypełnienie orbicie geostacjonarnej operacyjny (GEO) satelitów i pasywny;
- wyczerpanie zasobów częstotliwości;
- Pozytywne doświadczenia z tworzeniem i komercyjnego wykorzystywania informacji satelitów geostacjonarnych „Yamal”.
Po utworzeniu „Jamał” platformy, nowe rozwiązania techniczne zostały w 95%, co pozwoliło takich urządzeń, aby stać się konkurencyjne na światowym rynku usług kosmicznych.
Zakłada wymianę modułów z technologicznego sprzętu komunikacyjnego w przybliżeniu co siedem lat. byłoby stworzyć system multi-3-4 ciężkich satelity na orbicie geostacjonarnej ze wzrostem energii elektrycznej zużywanej przez nich. Początkowo sonda zostały zaprojektowane w oparciu o mocy 30-80 kW słonecznego. Następnym krokiem będzie używał silników jądrowych o mocy 400 kW z maksymalnie jeden rok w trybie transportowym (na dostawę modułu podstawowego GSO) i 150-180 kW w trybie rozszerzonym pracy (co najmniej 10-15 lat) jako źródła energii.
silniki nuklearne w antimeteoritnoy ochrony układu Ziemia
Zakończono RKK „Energia” w projektowaniu badań późnych latach 90-tych wykazały, że w tworzeniu antimeteoritnoy systemu obrony Ziemi z jąder komet i planetoid elektrowni jądrowych i YAERDU mogą być wykorzystywane do:
- Stworzenie systemu monitorowania trajektorie planetoid i komet, które przecinają orbitę Ziemi. W tym celu proponuje się zorganizować specjalną sondę wyposażoną w sprzęt optyczny i radaru do wykrywania niebezpiecznych obiektów, obliczanie parametrów trajektorii i ich pierwotne badanie ich właściwości. Układ silnika przestrzeń jądrowej z dual-mode pojemności Thermionic NPI 150 kW mogą być zaangażowane. Jej życie powinno być co najmniej 10 lat.
- Badania wpływu (termojądrowej eksplozji urządzenia) do bezpiecznego asteroidy składowiska. Dostarczanie energii YAERDU urządzenia testującego do odległości do wielokąta zależy od masy dostarczanego ładunku (150-500 kW).
- Dostawa standardowa ekspozycja (przechwytywania oznacza całkowitą masę 15-50 ton) dla zbliża się do niebezpiecznego obiektu świecie. Wymagają jądrowego silnik odrzutowy pojemności 1-10 MW dla dostarczania do niebezpiecznych za termojądrowej asteroid, której powierzchnia wybuchu spowodowanego strumienia materiału asteroid stanie odrzucić z niebezpieczną.
Dostawa aparatury naukowo-badawczej w przestrzeni kosmicznej
Dostawa sprzętu naukowego obiektów kosmicznych (odległych planet, komet okresowych, asteroidy) może być przeprowadzona z wykorzystaniem przestrzeni kosmicznej etapach LRE. Użyj silników jądrowych dla pojazdów kosmicznych jest celowe, gdy umieścić na wyjście zadań na orbicie ciała niebieskiego satelity, bezpośredni kontakt z ciałem niebieskim, wybór próbek materiałowych oraz innych badań, wymagających kompleksowych badań przyrostu masy, włączenie lądowania i startu etapach.
parametry silników
silnik jądrowy do kompleksowych badań kosmicznych poszerzy „start okno” (z powodu kontrolowanego odprowadzania prędkości roboczej ciała), co upraszcza planowanie i obniża koszty projektu. Badania przeprowadzone przez RSC „Energia”, wykazały, że YAERDU 150 kW z maksymalnie trzech lat jest obiecującym sposobem dostarczania modułów w przestrzeni pasa asteroid.
Jednocześnie dostarczanie jednostce badawczej na orbicie odległych planet układu słonecznego wymaga zwiększenia zasobów, do instalacji jądrowych do 5-7 lat. Jest udowodnione, że kompleks YAERDU o mocy około 1 MW, jako część badań pozwoli sonda przyspieszone dostarczanie przez 5-7 lata na orbicie sztuczne satelity najodleglejszych planet, planet Rovers na powierzchni naturalnych satelitów tych planet i dostawę na ziemi Ziemię z komety, asteroidy, Merkury i satelity Jowisza i Saturna.
Wielokrotnego użytku wyciąg (MB)
Jednym z najważniejszych sposobów na poprawę wydajności operacji transportowych w przestrzeni jest wielokrotnego użytku, elementy systemu transportowego. silnik jądrowy na mocy kosmicznych co najmniej 500 kW pozwala na tworzenie wielokrotnego użytku pakuły i tym samym znacząco poprawić efektywność wielowarstwowego systemu transportu kosmicznego. Szczególnie przydatny dla takiego systemu w programie zapewniają duży roczny ruch towarowy. Przykładem może być program eksploracji Księżyca z tworzeniem i utrzymaniem załogowej bazy stale rośnie i eksperymentalne kompleksy technologiczne i przemysłowe.
Obliczanie obrotu
Według badań projektu RSC „Energia”, budowa bazy na Księżycu powinny być dostarczone modułów ważących około 10 ton, na orbicie Księżyca – 30 m. Całkowity ładunek z Ziemi w budowie załogowej bazy księżycowej i odwiedził stację orbitalną księżycowy jest szacowana na 700-800 ton oraz wielkość ruchu towarowego dla funkcjonowania i rozwoju bazy – 400-500 m.
Jednak zasada silnika jądrowego nie pozwala frachtowiec szybko rozchodzić. Ze względu na długi czas transportu, a tym samym znaczne czasu znalezienia ładowność pasów radiacyjnych nie cały ładunek może być dostarczane przy użyciu holowników z silnikiem jądrowej. W związku z tym, że ładunek może być dostarczony na podstawie YAERDU oszacowano zaledwie 100-300 ton / rok.
efektywność ekonomiczna
Jako kryterium efektywności ekonomicznej systemu transportowego między orbitalnych wskazane jest użycie wartości jednostkowych kosztów transportu na jednostkę masy ładunku (GC) emisji z powierzchni ziemi, do oczodołu docelowej. RSC „Energia” i matematyczny model ekonomiczny, który bierze pod uwagę główne składniki kosztów w systemie transportowym został opracowany:
- tworzenie i usuwanie jednostek orbity holownika;
- na zakup eksploatacji obiektu jądrowego;
- koszty operacyjne, jak również dla R & D oraz ewentualnych kosztów inwestycyjnych.
Koszt zależy od parametrów optymalnych parametrów MB. Stosując ten model badano porównawczą efektywności ekonomicznej wielokrotnego użytku holownika oparty YAERDU mocy około 1 MW, a do dyspozycji holownika w oparciu o zaawansowaną cieczy silnika rakietowego w programie, aby zapewnić dostawę na orbitę wysokości Ziemia Księżyc 100 km ładowności łącznej masie 100 ton / rok. Przy użyciu tego samego wzmacniacza ładowności równe obowiązek „Proton-M” i dvuhpuskovoy budowę obwodu szczególnych kosztów wysyłki systemu transportu na jednostkę masy bloku danych z wykorzystaniem ciągnie się na podstawie silnika jądrowej trzy razy niższa niż w przypadku używania jednorazowych na podstawie holowniki z ciekłych silników rakietowych typu MM-3.
wniosek
Skuteczny napęd jądrowy na przestrzeni przyczynia się do rozwiązania problemów środowiskowych ziemi, lot człowieka na Marsa, tworząc system bezprzewodowej transmisji energii w przestrzeni, wdrożenie zabezpieczeń podwyższonym pochówku w przestrzeni bardzo niebezpiecznym gruncie odpadów promieniotwórczych energii jądrowej, tworzenie załogowej bazy księżycowej i rozwój handlowy Księżycu, w celu zapewnienia chronić Ziemię z asteroid i komet zagrożenia.