Mesin nuklir untuk pesawat ruang angkasa

Rusia itu dan masih adalah pemimpin dalam bidang tenaga nuklir ruang.Pengalaman dalam desain, konstruksi, komisioning dan operasi pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan sumber tenaga nuklir adalah organisasi seperti RSC "Energi" dan "Roskosmos".Mesin nuklir memungkinkan untuk mengoperasikan pesawat selama bertahun-tahun, berulang kali meningkatkan kesesuaian praktis mereka.

sejarah babad

penggunaan

energi nuklir di ruang fiksi ilmiah tidak lagi kembali tahun 70-an abad lalu.Mesin nuklir pertama di 1970-1988 diluncurkan ke ruang angkasa dan berhasil digunakan pada pesawat ruang angkasa (SC) pengamatan "US-A".Mereka menggunakan sistem dengan thermoelectric pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) "Buk" listrik dari 3 kW.

Dalam 1987-1988 dua perangkat "Plasma-A" dengan termionik NPS "Topaz" 5 kW telah penerbangan ruang-pengujian, di mana yang pertama dibuat kekuatan penggerak listrik (ERE) dari sumber tenaga nuklir.

Sebuah kompleks tes dasar listrik tenaga nuklir termionik instalasi nuklir "Yenisei" 5 kW.Berdasarkan teknologi ini dirancang kekuatan NPS termionik 25-100 kW.

MB "HerculesĀ»

RSC "Energi" di tahun 70-an mulai penelitian ilmiah dan praktis, yang tujuannya adalah untuk menciptakan propulsi ruang nuklir kuat untuk orbital mentransfer tug (MB) "Hercules".Pekerjaan menyebabkan yayasan selama bertahun-tahun dari penggerak listrik nuklir (YAERDU) dengan kekuatan NPS termionik beberapa - ratus kilowatt dan propulsi unit kapasitas listrik dari puluhan atau ratusan kilowatt.Parameter desain

MB "HerculesĀ»:

  • berguna daya listrik NPS - 550 kW;
  • sistem electrojet impuls spesifik propulsi - 30 km / s;
  • dorong sistem propulsi electrojet - 26 H;
  • sistem propulsi electrojet sumber daya dan NPS - 16.000 jam;
  • sistem bekerja electrojet tubuh propulsi - xenon;Berat
  • (kering) tug - 14,5-15,7 ton, termasuk unit tenaga nuklir -. 6,9 m

Kontemporer

Pada abad XXI saatnya untuk membuat mesin nuklir baru untuk ruang.Pada bulan Oktober 2009, pada pertemuan Komisi Presiden untuk Modernisasi dan Pengembangan Teknologi Ekonomi Rusia telah disetujui baru proyek "Penciptaan transportasi dan energi modul menggunakan instalasi tenaga nuklir megawatt kelas." RusiaPengembang kepala adalah: pabrik reaktor

  • - JSC "NIKIET".Pembangkit listrik
  • Nuklir dengan turbin gas sirkuit konversi daya, sistem propulsi electrojet berdasarkan ion penggerak listrik dan YAERDU pada umumnya - SRC "Pusat Penelitian.Keldysh ", yang juga bertanggung jawab untuk mengatur program pembangunan transportasi dan modul energi (TEM) secara keseluruhan.
  • RSC "Energi" sebagai kepala perancang TEM harus mengembangkan mesin otomatis dengan modul ini.

Karakteristik instalasi baru

mesin nuklir baru untuk ruang Rusia berencana untuk memulai operasi komersial dalam beberapa tahun ke depan.Karakteristik diproyeksikan dari turbin gas YAERDU berikut.Reaktor digunakan gas-cooled reaktor cepat, suhu fluida kerja (campuran Dia / Xe) sebelum turbin - Dengan 1500, efisiensi konversi panas menjadi energi listrik - 35%, jenis pendingin-radiator - drop.Satuan berat (reaktor, proteksi radiasi dan sistem konversi, tapi tanpa pendingin radiator-) - 6 800 kg.Mesin nuklir

Ruang (NPU, NPI, bersama-sama dengan EPS) berencana untuk menggunakan:

  • Sebagai bagian dari kendaraan ruang masa depan.
  • sebagai sumber listrik untuk sistem energi-intensif dan pesawat ruang angkasa.
  • Untuk mengatasi dua yang pertama masalah dalam transportasi dan energi modul untuk memastikan pengiriman pesawat ruang angkasa electrorocket berat dan kendaraan pada orbit bekerja dan pasokan energi jangka panjang lebih dari peralatan.

Prinsip mesin nuklir

didasarkan baik pada fusi nuklir atau energi fisi pada penggunaan bahan bakar nuklir untuk menghasilkan dorong reaktif.Ada instalasi pulsa-pecah dan jenis cairan.Instalasi peledak memancarkan ke ruang miniatur bom atom yang meledakkan beberapa meter jauhnya, ledakan itu mendorong kapal ke depan.Dalam prakteknya, perangkat tersebut tidak digunakan.

mesin propulsi Liquid, di sisi lain, telah lama dikembangkan dan diuji.Kembali di tahun 60-an, spesialis Soviet telah merancang model yang bisa diterapkan RD-0410.Sistem serupa telah dikembangkan di Amerika Serikat.Prinsip mereka didasarkan pada pemanasan nuklir mini-reaktor cair, itu diubah menjadi uap dan membentuk aliran jet, yang mendorong pesawat ruang angkasa.Meskipun alat ini disebut cair sebagai fluida kerja, biasanya menggunakan hidrogen.Tujuan lain dari sistem ruang nuklir - bertenaga listrik jaringan (unit) kapal dan satelit onboard.Telekomunikasi

Heavy global yang perangkat komunikasi ruang

Pada saat ini, pekerjaan sedang berlangsung pada mesin nuklir untuk ruang yang akan digunakan dalam komunikasi ruang aparatur berat.RSC "Energia" dilakukan penelitian dan proyek pengembangan komunikasi ruang global ekonomi kompetitif dengan telepon seluler murah yang seharusnya untuk mencapai transfer "pertukaran telepon" dari Bumi ke ruang angkasa.

prasyarat untuk penciptaan mereka adalah:

  • mengisi hampir lengkap dari orbit geostasioner operasi (GEO) satelit dan pasif;
  • kelelahan sumber daya frekuensi;Pengalaman positif
  • dalam penciptaan dan penggunaan informasi dari satelit geostasioner komersial "Yamal".

Ketika membuat platform yang "Yamal" solusi teknis baru adalah 95%, yang memungkinkan perangkat tersebut untuk menjadi kompetitif di ruang pasar global.

diantisipasi penggantian modul dengan peralatan komunikasi teknologi kira-kira setiap tujuh tahun.Hal ini akan membuat sistem 3-4 satelit serbaguna berat di orbit geostasioner dengan peningkatan konsumsi daya listrik.Awalnya dirancang berbasis SC tenaga surya 30-80 kW.Pada tahap berikutnya sebagai sumber tenaga listrik direncanakan menggunakan mesin nuklir 400 kW sampai dengan satu tahun dalam modus transportasi (untuk pengiriman modul dasar GSO) dan 150-180 kW terus beroperasi (setidaknya 10-15 tahun).

propulsi nuklir sistem antimeteoritnoy Melindungi RSC Bumi

Selesai "Energi" dalam studi akhir 90-an desain telah menunjukkan bahwa dalam penciptaan antimeteoritnoy sistem pertahanan Bumi dari inti komet dan asteroid PLTN dan YAERDU dapat digunakan untuk:

  1. membangun sistem pemantauan lintasan asteroid dan komet yang melintasi orbit Bumi.Untuk melakukan hal ini, menempatkan pesawat ruang angkasa khusus yang diusulkan, dilengkapi dengan peralatan optik dan radar untuk mendeteksi benda-benda berbahaya, menghitung parameter lintasan penelitian utama mereka dan karakteristik mereka.Sistem ini dapat dioperasikan mesin nuklir ruang dengan kapasitas termionik dua-NPU dari 150 kW.Sumber daya harus minimal 10 tahun.
  2. Tes dampak (ledakan perangkat termonuklir) ke TPA aman asteroid.Kekuatan YAERDU untuk memberikan perangkat tes untuk asteroid-poligon tergantung pada massa payload disampaikan (150-500 kW).
  3. staf pengiriman sarana (interceptor berat total 15-50 ton) untuk mendekati Bumi benda-benda berbahaya.Ini akan memakan kapasitas mesin roket nuklir 1-10 MW untuk pengiriman ke asteroid berbahaya termonuklir biaya, permukaan yang ledakan karena bahan jet dapat membelokkan asteroid dari jalur berbahaya.

peralatan pengiriman penelitian yang mendalam ruang

Pengiriman peralatan ilmiah untuk benda ruang (planet yang jauh, komet periodik, asteroid) dapat dilakukan dengan penggunaan tahap LRE ruang berbasis.Menggunakan mesin nuklir untuk kendaraan ruang bijaksana, ketika tugas mencapai satelit orbit benda angkasa, kontak langsung dengan benda angkasa, sampel bahan, dan penelitian lain yang membutuhkan kompleks penelitian peningkatan massa, masuknya pendaratan dan lepas landas tahap.Parameter mesin

mesin nuklir untuk pesawat ruang angkasa akan memperluas kompleks penelitian "window start" (karena laju aliran dikendalikan dari fluida kerja), yang menyederhanakan perencanaan dan mengurangi biaya proyek.Studi yang dilakukan oleh RSC "Energia", menunjukkan bahwa YAERDU 150 kW sampai dengan tiga tahun merupakan sarana yang menjanjikan memberikan modul ruang di sabuk asteroid.

Pada saat dinas penelitian yang sama ke orbit planet luar tata surya membutuhkan peningkatan sumber daya, instalasi nuklir, hingga 5-7 tahun.Hal ini membuktikan bahwa kapasitas YAERDU kompleks dari sekitar 1 MW sebagai bagian dari pesawat ruang angkasa penelitian akan menyediakan pengiriman dipercepat selama 5-7 tahun untuk mengorbit satelit planet yang paling jauh, penemu planet ke permukaan planet-planet ini, satelit alami dan pengiriman tanah di Bumi dengan komet, asteroid, dan Mercurybulan Jupiter dan Saturnus.

angkat Reusable (MB)

Salah satu cara yang paling penting untuk meningkatkan efisiensi operasi transportasi di ruang elemen dapat digunakan kembali dari sistem transportasi.Mesin nuklir untuk pesawat ruang angkasa kapasitas minimal 500 kW memungkinkan Anda untuk membuat derek dapat digunakan kembali dan dengan demikian secara signifikan meningkatkan efisiensi multi-tier sistem transportasi ruang.Terutama berguna untuk sistem seperti dalam program ini memberikan lalu lintas kargo tahunan yang besar.Sebuah contoh akan menjadi program eksplorasi bulan dengan penciptaan dan pemeliharaan terus meningkat dasar dihuni dan teknologi dan industri kompleks eksperimental.

perhitungan omset

Menurut studi desain RSC "Energia", pembangunan pangkalan di bulan harus disampaikan modul dengan berat sekitar 10 ton ke orbit bulan -. Hingga 30 ton total kargo dari Bumi dalam pembangunan basis bulan berawak dan mengunjungi stasiun orbital bulandiperkirakan 700-800 ton, dan lalu lintas barang tahunan untuk operasi dan pengembangan basis -. 400-500 m

Namun, prinsip operasi mesin nuklir kapal barang tidak memungkinkan untuk membubarkan cukup cepat.Karena waktu transportasi yang lama dan karena itu waktu yang cukup menemukan muatan di sabuk radiasi bumi, tidak semua barang bisa dikirim menggunakan kapal tunda dengan mesin nuklir.Oleh karena itu, mengalir yang dapat diberikan berdasarkan YAERDU diperkirakan hanya 100-300 ton / tahun.Efisiensi ekonomi

sebagai kriteria efisiensi ekonomi sistem transportasi antar-orbit disarankan untuk menggunakan nilai biaya unit transportasi per unit massa dari payload (GRK) dari permukaan bumi pada target orbit.RSC "Energia" telah dikembangkan model ekonomi dan matematika yang memperhitungkan komponen utama dari biaya dalam sistem transportasi:

  • untuk membuat dan modul orbit penyisipan tug;
  • untuk membeli operasi instalasi nuklir;
  • biaya, serta biaya penelitian dan pengembangan operasi dan modal biaya mungkin.Indikator Biaya

tergantung pada parameter optimal MB.Menggunakan model ini itu diselidiki oleh efektivitas biaya komparatif penggunaan tug berdasarkan kapasitas YAERDU dapat digunakan kembali sekitar 1 MW dan tarikan tunggal atas dasar menjanjikan mesin roket cair dalam sebuah program untuk memastikan pengiriman Bumi ke Bulan orbit ketinggian 100 km total berat muatan 100 ton / tahun.Jika Anda menggunakan roket pembawa yang sama dukung sama dengan kapasitas angkat "Proton-M" dan dvuhpuskovoy sirkuit dari sistem transportasi dari biaya satuan memberikan massa satuan muatan menggunakan tarikan atas dasar mesin nuklir akan menjadi tiga kali lebih rendah daripada menggunakan disposabletunda atas dasar mesin roket cair dengan DM-3.

Kesimpulan

propulsi nuklir yang efektif untuk ruang kontribusi untuk solusi dari masalah lingkungan bumi, penerbangan manusia ke Mars, menciptakan sistem transmisi nirkabel energi dalam ruang, pelaksanaan yang aman, pemakaman di ruang yang sangat berbahaya tanah limbah radioaktif dari energi nuklir, penciptaan basis lunar berawak dan ataspengembangan industri bulan, perlindungan bumi dari asteroid dan komet bahaya.