322 Shares 6634 views

Silniki jądrowe dla statków kosmicznych

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:

  1. 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.
  2. 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).
  3. 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.