Motores nucleares para naves espaciales

Rusia fue y sigue siendo el líder en el campo de la potencia espacial nuclear.Experiencia en el diseño, construcción, puesta en marcha y operación de naves espaciales equipadas con fuentes de energía nuclear son organizaciones como la RSC "Energía" y "Roskosmos".Nuclear motor permite operar la aeronave durante muchos años, lo que aumenta repetidamente su idoneidad práctica.

crónica histórica uso

de la energía nuclear en el espacio ya no es ciencia ficción en los años 70 del siglo pasado.Los primeros motores nucleares en 1970-1988 fueron lanzados al espacio y utilizan con éxito en la nave espacial (SC) la observación de "US-A".Utilizaron un sistema con planta de energía nuclear termoeléctrica (PNP) "Buk" energía eléctrica de 3 kW.

En 1987-1988 de dos dispositivos "Plasma-A" con termoiónica NPS "Topaz" 5 kW ha sido espacio de ensayos de vuelo, durante el cual el primero se hizo el poder de propulsión eléctrica (ERE) de la fuente de energía nuclear.

Un complejo de pruebas en tierra de la energía nuclear termoiónica instalación nuclear "Yenisei" 5 kW.Sobre la base de estas tecnologías elaboradas poder NPS termoiónica de 25 a 100 kW.

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MB "Hércules»

RSC "energía" en los años 70 comenzaron las investigaciones científicas y prácticas, cuyo objetivo era crear un potente propulsión espacial nuclear con tirón transferencia orbital (MB) "Hércules".El trabajo llevó a la fundación de muchos años de la propulsión eléctrica nuclear (YAERDU) con poder NPS termoiónica de varios - cientos de kilovatios y la propulsión eléctrica capacidad de la unidad de decenas o cientos de kilovatios.Parámetros de diseño

MB "Hércules»:

  • útil NPS energía eléctrica - 550 kW;Sistemas de propulsión electrochorro impulso específico
  • - 30 km / s;
  • empujó sistemas de propulsión electrojet - 26 H;
  • sistemas de propulsión electrojet de recursos y fuentes de energía nuclear - 16.000 horas;
  • sistemas de propulsión de trabajo electrochorro cuerpo - xenón;Peso
  • (seco) remolcador - 14,5-15,7 toneladas, incluyendo las unidades de energía nuclear -. 6,9 m

Contemporáneo

En el siglo XXI es el momento de crear un nuevo motor nuclear para el espacio.En octubre de 2009, en una reunión de la Comisión Presidencial para la Modernización y Desarrollo Tecnológico de Economía de Rusia ha sido aprobado nuevo proyecto "Creación del módulo de transporte y energía usando una instalación de energía nuclear de la clase megavatio." De RusiaDesarrollador de la cabeza son: planta del reactor

  • - JSC "NIKIET".Planta de energía
  • Nuclear con el circuito de la turbina de gas de conversión de energía, sistemas de propulsión electrojet basado en la propulsión eléctrica de iones y YAERDU en general - SRC "Centro de Investigación.Keldysh ", que también se encarga de organizar el programa de desarrollo del transporte y el módulo de energía (TEM) en su conjunto.
  • RSC "Energía", como el jefe de TEM diseñador debe desarrollar una máquina automática con este módulo.

Características de la nueva instalación

nuevo motor nuclear para el espacio de Rusia planea comenzar la operación comercial en los próximos años.Características proyectadas de la turbina de gas YAERDU siguiente.El reactor utilizado refrigerado por gas reactor rápido, la temperatura del fluido de trabajo (una mezcla de He / Xe) antes de la turbina - 1.500 K, la eficiencia de conversión del calor en energía eléctrica - 35%, el tipo de refrigerador-radiador - gota.Unidad de peso (reactor, la protección radiológica y sistema de conversión, pero sin el enfriador-radiador) - 6 800 kg.Motores nucleares

espaciales (NPU, NPI, junto con EPS) planean utilizar:

  • Como parte de los futuros vehículos espaciales.
  • como fuente de electricidad para sistemas de alto consumo energético y las naves espaciales.
  • Para resolver los dos primeros problemas en los módulos de transporte y energía para asegurar la entrega de las naves espaciales electrorocket pesados ​​y vehículos en la órbita de trabajo y aún más el suministro de energía a largo plazo del equipo.

El principio de motor nuclear

basada ya sea en la fusión nuclear o la energía de fisión en el uso de combustible nuclear para generar empuje reactivo.Hay instalación de pulso-burst y los tipos de fluidos.Instalación Explosivo emite al espacio de la bomba atómica en miniatura que la detonación de un par de metros de distancia, la explosión empujó el barco hacia adelante.En la práctica, no se utilizan estos dispositivos.

motores de propulsión líquida, por el contrario, ha sido durante mucho tiempo desarrollado y probado.Allá por los años 60, los especialistas soviéticos han diseñado un modelo viable RD-0410.Sistemas similares se han desarrollado en los Estados Unidos.Su principio se basa en el calentamiento de la mini-reactor nuclear líquida, se convierte en vapor y forma una corriente en chorro, que empuja la nave espacial.Aunque el dispositivo se llama un líquido como fluido de trabajo, típicamente usando hidrógeno.Otro propósito de los sistemas espaciales nucleares - eléctrico alimentado de red (unidades) naves y satélites a bordo.

pesados ​​global de telecomunicaciones dispositivos de comunicación espacio

Por el momento, se está trabajando en los motores nucleares para el espacio que se utilizarán en las comunicaciones espaciales aparatos pesados.RSC "Energia" se llevaron a cabo la investigación y el proyecto de desarrollo de la comunicación espacial mundial económicamente competitivo con el teléfono celular barato que supuestamente iba a lograr la transferencia de "central telefónica" de la Tierra en el espacio.Precondiciones

para su creación son:

  • llenado casi completo de la órbita geoestacionaria satélites (GEO) de funcionamiento y pasiva;
  • agotamiento de los recursos de frecuencias;
  • experiencia positiva en la creación y uso de la información de los satélites geoestacionarios comerciales "Yamal".

Al crear nuevas soluciones técnicas "Yamal" plataforma fue del 95%, lo que permitió a estos dispositivos para poder competir en el espacio del mercado global.

prevé la sustitución de los módulos con equipos de comunicación tecnológica aproximadamente cada siete años.Esto crearía un sistema de 3-4 satélites polivalentes pesado en órbita geoestacionaria con un aumento en el consumo de energía eléctrica.Originalmente diseñado la energía solar 30-80 kW con sede en Carolina del Sur.En la siguiente etapa como está prevista la fuente de energía eléctrica para utilizar motores nucleares 400 kW con un máximo de un año en el modo de transporte (para la entrega de módulo básico OSG) y 150 a 180 kW en la operación continua (por lo menos 10-15 años).

sistema de propulsión nuclear antimeteoritnoy proteger la RSC Tierra

Completado "energía" en los estudios de diseño de finales de los años 90 han demostrado que en la creación de antimeteoritnoy sistema de defensa de la Tierra desde el núcleo de la central nuclear de cometas y asteroides y YAERDU se puede utilizar para:

  1. establecer un sistema de seguimiento de las trayectorias de los asteroides y cometas que cruzan la órbita de la Tierra.Para ello, coloque la nave especial propuesta, equipada con equipos ópticos y de radar para la detección de objetos peligrosos, el cálculo de los parámetros de sus trayectorias de investigación primaria y sus características.El sistema puede ser operado motor nuclear espacio con capacidad de dos NPU termoiónica de 150 kW.Sus recursos deben tener al menos 10 años.Pruebas
  2. de impacto (explosión de un artefacto termonuclear) al asteroide segura vertedero.Potencia YAERDU para entregar el dispositivo de prueba al asteroide-polígono depende de la masa de la carga útil entregado (de 150-500 kW).
  3. personal de la expedición de los medios (interceptor peso total de 15-50 toneladas) para acercarse a los objetos peligrosos de la Tierra.Tendrá una capacidad de motor de cohete nuclear de 1.10 MW para su entrega a los asteroides peligrosos termonucleares carga, la superficie de los cuales una explosión debido al material de chorro puede desviar un asteroide de su camino peligroso.

equipo de investigación de entrega en una profunda

espacio

Entrega de equipamiento científico para objetos espaciales (planetas distantes, cometas periódicos, asteroides) puede llevarse a cabo con el uso de etapas LRE basados ​​en el espacio.Utilice los motores nucleares para vehículos espaciales es conveniente, cuando la tarea de llegar a cuerpo celeste satélite en órbita, el contacto directo con un cuerpo celeste, el muestreo de materiales, y otras investigaciones que requieran complejo de investigación aumento de la masa, la inclusión del aterrizaje y etapas de despegue.Parámetros del motor

motores nucleares para naves espaciales ampliarán el complejo de investigación "inicio ventana" (debido a un caudal controlado del fluido de trabajo), lo que simplifica la planificación y reduce el coste del proyecto.Los estudios llevados a cabo por RSC "Energia", mostraron que YAERDU 150 kW con hasta tres años es un medio prometedor para la entrega de módulos espaciales en el cinturón de asteroides.

Al mismo tiempo la investigación de servicios en órbita planetas exteriores del sistema solar requiere un aumento de los recursos, una instalación nuclear, hasta 5-7 años.Está comprobado que la capacidad YAERDU complejo de aproximadamente 1 MW como parte de una nave espacial de investigación proporcionará el envío apresurado durante 5-7 años en orbitar satélites planetas más distantes, rovers planetarios a la superficie de estos planetas, satélites naturales y el envío de tierra en la Tierra con cometas, asteroides, y Mercuriolas lunas de Júpiter y Saturno.

ascensor reutilizable (MB)

Una de las maneras más importantes para mejorar la eficiencia de las operaciones de transporte en el espacio es elementos reutilizables del sistema de transporte.Motores nucleares para naves espaciales capacidad de al menos 500 kW permite crear un remolque reutilizable y así mejorar significativamente la eficiencia del sistema de transporte espacial de varios niveles.Especialmente útil para tal sistema en el programa de proporcionar un gran tráfico anual de carga.Un ejemplo sería un programa de exploración lunar con la creación y el mantenimiento del constante aumento de la base habitable y complejos tecnológicos e industriales experimentales.Cálculo

de

rotación de acuerdo con los estudios de diseño de RSC "Energia", la construcción de la base en la luna debe ser entregado módulos que pesan cerca de 10 toneladas a la órbita de la luna -. Hasta 30 toneladas El total de carga de la Tierra en la construcción de una base lunar tripulada y visitó la estación orbital lunarestima en 700-800 toneladas y un tráfico de mercancías anual para el funcionamiento y desarrollo de la base -. 400-500 m

Sin embargo, el principio de funcionamiento de carga del motor nuclear no permite dispersar suficientemente rápido.Debido al tiempo de transporte de largo y por lo tanto un considerable tiempo para encontrar la carga útil en los cinturones de radiación de la Tierra, no todos los productos se pueden entregar mediante remolcadores con un motor nuclear.Por lo tanto, los flujos que se puede proporcionar basado en YAERDU estima solamente 100-300 toneladas / año.La eficiencia económica

como criterio de la eficiencia económica del sistema de transporte inter-órbita es recomendable utilizar el valor del costo unitario de transporte por unidad de masa de la carga útil (GEI) de la superficie de la Tierra en la órbita de destino.RSC "Energia" se ha desarrollado el modelo económico y matemática que tiene en cuenta los principales componentes del costo en el sistema de transporte:

  • crear y módulos de inserción órbita tirón;
  • comprar operar una instalación nuclear;
  • los costos de operación, así como los costos de investigación y desarrollo y los posibles costos de capital.Indicadores de costos

dependen de los parámetros óptimos de MB.El uso de este modelo que fue investigado por el comparativo de costo-efectividad del uso de remolcadores con base reutilizable capacidad YAERDU de aproximadamente 1 MW y solo tirón en la base de los motores de cohete de propulsante líquido prometedores en un programa para asegurar la entrega de la Tierra a la órbita de la altitud de la luna de 100 kilometros peso total de carga útil de 100 toneladas / año.Si utiliza el mismo cohete portador la capacidad de carga igual a la capacidad de elevación circuitos dvuhpuskovoy del sistema de transporte del costo unitario de la entrega de una unidad de masa de la carga útil el uso de un tirón en la base del motor nuclear "Proton-M" y sería tres veces menor que el uso de desechablesremolcadores sobre la base de los motores de cohete de propulsante líquido con DM-3.

Conclusión

propulsión nuclear efectiva para el espacio contribuye a la solución de los problemas ambientales de la Tierra, el vuelo a Marte, la creación de un sistema de transmisión inalámbrica de energía en el espacio, la puesta en práctica de la inhumación de seguridad mejorada en el espacio altamente peligrosa planta de residuos radiactivos de la energía nuclear, la creación de una base lunar tripulada y la parte superiorel desarrollo industrial de la luna, la protección de la Tierra, desde el peligro de asteroides y cometas.