Moteurs nucléaires pour des vaisseaux spatiaux

la Russie a été et est toujours le leader dans le domaine de l'énergie nucléaire de l'espace.Expérience dans la conception, la construction, la mise en service et le fonctionnement des engins spatiaux équipés de sources d'énergie nucléaires sont des organisations telles que la SRC "Energie" et "Roskosmos".Moteur nucléaire permet d'utiliser l'aéronef pendant de nombreuses années, de plus en plus à plusieurs reprises leur aptitude pratique.

historique

chronique utilisation de

de l'énergie nucléaire dans l'espace est plus la science-fiction dans les années 70 du siècle dernier.Les premiers moteurs nucléaires en 1970-1988 ont été lancés dans l'espace et utilisés avec succès sur les engins spatiaux (SC) observation de "US-A".Ils ont utilisé un système avec thermoélectrique centrale nucléaire (NPP) "Buk" de puissance électrique de 3 kW.

en 1987-1988 deux dispositifs "Plasma-A" avec thermoïonique NPS "Topaz" 5 kW a été l'espace d'essais en vol, au cours de laquelle la première a été faite la puissance de propulsion électrique (ERE) de la source d'énergie nucléaire.

Un complexe d'essais au sol de l'énergie nucléaire thermoïonique installation nucléaire "Ienisseï" 5 kW.Basé sur ces technologies rédigés puissance NPS thermoïonique de 25-100 kW.

MB »Hercules»

RSC "énergie" dans les années 70 ont commencé les recherches scientifiques et pratiques, dont le but était de créer une puissante propulsion nucléaire à l'espace orbital remorqueur de transfert (Mo) "Hercules".Le travail a conduit à la fondation de nombreuses années de la propulsion électrique nucléaire (YAERDU) avec une puissance NPS thermoïonique de plusieurs - centaines de kilowatts et propulsion électrique capacité de l'unité de dizaines ou de centaines de kilowatts.Paramètres de conception

MB »Hercules»:

utile énergie électrique NPS - 550 kW;
systèmes impulsion electrojet spécifique de propulsion - 30 km / s;
poussée des systèmes de propulsion de electrojet - 26 H;
Les systèmes de propulsion de electrojet des ressources et NPS - 16.000 heures;
systèmes travaillant electrojet du corps de propulsion - xénon;Poids
(sec) du remorqueur - 14,5-15,7 tonnes, y compris les unités de puissance nucléaire -. 6,9 m

contemporain

Dans le XXI e siècle, il est temps de créer un nouveau réacteur nucléaire pour l'espace.En Octobre 2009, lors d'une réunion de la Commission présidentielle pour la modernisation et le développement technologique de l'économie de la Russie a été approuvée nouveau projet "Création du module de transport et d'énergie à l'aide d'une installation nucléaire de mégawatt-classe." De la RussieDéveloppeur de tête sont:

usine de réacteur - JSC "NIKIET".Centrale
nucléaire avec le circuit de turbine à gaz de conversion de puissance, les systèmes de propulsion basés sur electrojet ions propulsion électrique et YAERDU en général - SRC "Research Center.Keldysh ", qui est également responsable de l'organisation du programme de développement des transports et module d'énergie (TEM) dans son ensemble.
RSC "énergie" que le concepteur en chef TEM devrait élaborer une machine automatique avec ce module.

Caractéristiques de la nouvelle installation

nouveau moteur nucléaire pour l'espace La Russie envisage de commencer l'exploitation commerciale dans les prochaines années.Caractéristiques prévues de la turbine à gaz YAERDU suivante.Le réacteur utilisé gaz réacteur rapide refroidi, la température du fluide de travail (un mélange de He / Xe) avant la turbine - 1500 ° K, le rendement de conversion de la chaleur en énergie électrique - 35%, le type de refroidisseur radiateur - goutte.Unité de poids (réacteur, de la radioprotection et de système de conversion, mais sans le refroidisseur-radiateur) - 6 800 kg.Moteurs nucléaires

spatiales (NPU, NPI, avec EPS) prévoient d'utiliser:

Dans le cadre de futurs véhicules spatiaux.
comme une source d'électricité pour les systèmes et les vaisseaux spatiaux à forte intensité énergétique.
Pour résoudre les deux premiers problèmes dans les modules de transport et d'énergie pour assurer la livraison de vaisseaux spatiaux et de véhicules lourds electrorocket sur l'orbite de travail et plus d'approvisionnement énergétique à long terme de l'équipement.

Le principe de réacteur nucléaire

basée soit sur la fusion nucléaire ou l'énergie de fission sur l'utilisation de combustible nucléaire pour générer une poussée réactive.Il existe installation d'impulsions en salve et le type de fluide.L'installation explosive émet dans l'espace bombe atomique miniature qui détonant à quelques mètres, l'explosion a poussé le navire à l'avant.En pratique, de tels dispositifs ne sont pas utilisés.

moteurs de propulsion liquide, d'autre part, a longtemps été développé et testé.Retour dans les années 60, les spécialistes soviétiques ont conçu un modèle viable RD-0410.Des systèmes similaires ont été développés aux Etats-Unis.Leur principe est basé sur le chauffage de la mini-réacteur nucléaire liquide, elle est convertie en vapeur et forme un courant de jet, ce qui pousse l'engin spatial.Bien que le dispositif est appelé un liquide comme fluide de travail, en utilisant typiquement un atome d'hydrogène.Un autre objectif des systèmes spatiaux nucléaires - électrique alimenté réseau (unités) et des satellites à bord des navires.Télécommunications

lourds globale des dispositifs de communication de l'espace

À l'heure actuelle, le travail est en cours sur les moteurs nucléaires pour l'espace qui seront utilisés dans les appareils lourds communications spatiales.RSC "Energia" ont effectué des recherches et projet de développement de la communication de l'espace global économiquement compétitive avec un téléphone cellulaire pas cher qui était censé réaliser le transfert de "l'échange téléphonique" de la Terre dans l'espace.Conditions préalables

pour leur création sont:

remplissage presque complet de l'orbite géostationnaire (GEO) satellites d'exploitation et passive;
épuisement des ressources de fréquences;
expérience positive dans la création et l'utilisation d'informations de satellites commerciaux géostationnaires "Yamal".

Lors de la création plate-forme de nouvelles solutions techniques "Yamal" était de 95%, ce qui a permis de tels dispositifs pour devenir compétitive dans l'espace du marché mondial.

prévoit le remplacement des modules avec un équipement technologique de communication environ tous les sept ans.Cela créerait un système de 3-4 satellites polyvalents lourde en orbite géostationnaire avec une augmentation de la consommation d'énergie électrique.Conçu à l'origine de la base de l'énergie solaire SC-30-80 kW.Dans l'étape suivante en tant que source d'énergie électrique est prévu d'utiliser des moteurs nucléaires 400 kW avec un maximum de un an dans le mode de transport (pour la livraison du module de base GSO) et 150-180 kW en fonctionnement continu (au moins 10-15 ans).

système propulsion nucléaire antimeteoritnoy protéger les RSC Terre

Terminé "énergie" dans les études de conception de la fin des années 90 ont montré que dans la création de antimeteoritnoy système de défense de la Terre à partir des noyaux de comètes et les astéroïdes centrale nucléaire et YAERDU peut être utilisé pour:

établir un système des trajectoires des astéroïdes et des comètes qui traversent l'orbite de la Terre surveillance.Pour ce faire, placer la sonde spéciale proposée, équipée de matériel optique et radar pour détecter les objets dangereux, le calcul des paramètres de leurs trajectoires de recherche primaire et de leurs caractéristiques.Le système peut être exploité l'espace moteur nucléaire avec deux NPU capacité thermoïonique de 150 kW.Ses ressources doivent être d'au moins 10 ans.Tests
d'impact (de l'explosion d'une bombe thermonucléaire) à l'astéroïde sûre d'enfouissement.Puissance YAERDU de livrer l'appareil de test pour l'astéroïde polygone dépend de la masse de la charge utile fournie (150-500 kW).
personnel de la répartition des moyens (intercepteur de poids total de 15-50 tonnes) d'approcher les objets dangereux de la Terre.Il aura une capacité nucléaire de moteur-fusée de 1-10 MW pour la livraison aux astéroïdes dangereux thermonucléaires accusation, la surface de laquelle une explosion due à la matière du jet peut dévier un astéroïde de sa trajectoire dangereuse.

la recherche de matériel de livraison dans l'espace lointain

Livraison de l'équipement scientifique pour les objets spatiaux (planètes lointaines, comètes périodiques, astéroïdes) peut être réalisée avec l'utilisation d'étapes de LRE spatiales.Utilisez les moteurs nucléaires pour les véhicules spatiaux est opportun, lorsque la tâche de parvenir à corps céleste orbite du satellite, un contact direct avec un corps céleste, le prélèvement des matières, et d'autres recherches nécessitant masse complexe de recherche de hausse, l'inclusion de l'atterrissage et les étapes de décollage.Paramètres du moteur

moteurs nucléaires pour vaisseaux spatiaux seront étendre le complexe de recherche "fenêtre de démarrage" (en raison d'un débit contrôlé du fluide de travail), ce qui simplifie la planification et réduit le coût du projet.Les études menées par le RSC "Energia", ont montré que YAERDU 150 kW avec jusqu'à trois ans est un moyen prometteur de livrer des modules spatiaux dans la ceinture d'astéroïdes.

À la même recherche de service de temps en orbite des planètes extérieures du système solaire exige une augmentation des ressources, une installation nucléaire, jusqu'à 5-7 ans.Il est prouvé que la capacité de YAERDU complexe d'environ 1 MW dans le cadre d'un vaisseau spatial de recherche fournira expédié Pour les 5-7 ans à l'orbite des satellites des planètes les plus éloignées, rovers planétaires à la surface de ces planètes, satellites naturels et l'expédition au sol sur Terre avec les comètes, les astéroïdes, et Mercureles lunes de Jupiter et de Saturne.

ascenseur réutilisable (MB)

un des moyens les plus importants pour améliorer l'efficacité des opérations de transport dans l'espace est des éléments réutilisables du système de transport.Moteurs nucléaires pour vaisseaux spatiaux capacité d'au moins 500 kW vous permet de créer un remorquage réutilisables et ainsi améliorer considérablement l'efficacité du système de transport de l'espace multi-niveaux.Particulièrement utile pour un tel système dans le programme offrent un grand trafic annuel de marchandises.Un exemple serait un programme d'exploration lunaire avec la création et l'entretien de l'augmentation constante de la base habitable et complexes technologiques et industriels expérimentaux.Calcul

du chiffre d'affaires

Selon les études de conception RSC "Energia", la construction de la base sur la lune devrait être livré modules pesant environ 10 tonnes en orbite autour de la lune -. Jusqu'à 30 tonnes La cargaison totale de la Terre dans la construction d'une base lunaire habitée et a visité la station orbitale lunaireestimé à 700-800 tonnes, et un trafic de fret annuel pour le fonctionnement et le développement de la base -. 400-500 m

Cependant, le principe de fonctionnement d'un cargo de réacteur nucléaire ne permet pas de se disperser assez vite.En raison du temps de transport long et donc beaucoup de temps à trouver la charge utile dans les ceintures de radiation de la Terre, tous les produits ne peuvent être livrés à l'aide de remorqueurs avec un moteur nucléaire.Par conséquent, il circule qui peut être fourni sur la base de YAERDU estimé que 100-300 tonnes / an.

l'efficacité économique comme critère de l'efficacité économique du système de transport inter-orbite, il est conseillé d'utiliser la valeur du coût unitaire du transport par unité de masse de la charge utile (GES) de la surface de la Terre sur l'orbite visée.RSC «Energia» a été développé modèle économique et mathématique qui prend en compte les principales composantes du coût dans le système de transport:

de créer et de modules d'insertion en orbite remorqueur;
pour acheter l'exploitation d'une installation nucléaire;
coûts, ainsi que les coûts de recherche et développement et les coûts d'exploitation possible du capital.Indicateurs de coûts

dépendent des paramètres optimaux de MB.En utilisant ce modèle, il a été étudié par la comparaison des rapports coût-efficacité de l'utilisation des réutilisable remorqueur basé sur la capacité de YAERDU d'environ 1 MW et unique remorqueur sur la base de prometteuses moteurs à propergol liquide dans un programme visant à assurer la prestation de la Terre à l'altitude de l'orbite de la Lune de 100 km poids total de la charge utile de 100 tonnes / an.Si vous utilisez la même fusée porteuse capacité de transport égale à la capacité de levage "Proton-M" et des circuits de dvuhpuskovoy du système de transport du coût unitaire de la prestation d'une unité de masse de la charge utile en utilisant un remorqueur sur la base du moteur nucléaire serait trois fois plus faible que l'aide disponibleremorqueurs sur la base des moteurs à propergol liquide avec DM-3.

Conclusion

propulsion nucléaire efficace pour l'espace contribue à la solution des problèmes environnementaux de la Terre, vol humain vers Mars, la création d'un système de transmission sans fil d'énergie dans l'espace, la mise en œuvre de l'enterrement de la sécurité renforcée dans l'espace très dangereux sol des déchets radioactifs de l'énergie nucléaire, la création d'une base lunaire habitée et tople développement industriel de la lune, la protection de la Terre contre les risques d'astéroïdes et de comètes.