Motori nucleari per astronavi

Russia era ed è ancora il leader nel settore della potenza spaziale nucleare.L'esperienza nella progettazione, costruzione, messa in servizio e il funzionamento di veicoli spaziali dotati di fonti nucleari sono organizzazioni come la RSC "Energia" e "Roskosmos".Motore nucleare consente di operare l'aeromobile per molti anni, aumentando ripetutamente la loro idoneità pratica.

cronaca storica

uso

dell'energia nucleare nello spazio non è più fantascienza negli anni '70 del secolo scorso.I primi motori nucleari 1970-1988 sono stati lanciati nello spazio e utilizzati con successo su veicoli spaziali (SC) osservazione di "US-A".Hanno usato un sistema con termoelettrico della centrale nucleare (NPP) "Buk" potenza elettrica di 3 kW.

nel 1987-1988 due dispositivi "Plasma-A" con termoionica NPS "Topaz" 5 kW è stato spazio volo-test, durante il quale il primo è stato fatto la propulsione elettrica di potenza (ERE) dalla sorgente di energia nucleare.

Un complesso di prove a terra del nucleare termoionica impianto nucleare "Yenisei" 5 kW.Sulla base di queste tecnologie elaborate potere NPS termoionico di 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energia", negli anni '70 hanno iniziato le ricerche scientifiche e pratiche, il cui scopo era quello di creare un potente propulsione spaziale nucleare per orbitale trasferimento rimorchiatore (MB) "Hercules".Il lavoro ha portato alla fondazione per molti anni della propulsione elettrica nucleare (YAERDU) con termoionica potere NPS di diverse - centinaia di kilowatt e propulsione elettrica potenza di decine o centinaia di kilowatt.Parametri di progettazione

MB "Hercules»:

energia elettrica utile NPS - 550 kW;
sistemi specifici electrojet impulso di propulsione - 30 km / s;
spinta sistemi di propulsione ElectroJet - 26 H;
sistemi di propulsione risorsa ElectroJet e NPS - 16.000 ore;
sistemi di lavoro corpo electrojet propulsione - allo xeno;
peso (a secco) rimorchiatore - 14,5-15,7 tonnellate, comprese le unità nucleari -. 6.9 m

Contemporanea

Nel XXI secolo è il momento di creare un nuovo motore nucleare per lo spazio.Nell'ottobre 2009, durante una riunione della Commissione presidenziale per la modernizzazione e lo sviluppo tecnologico dell'economia russa è stato approvato nuovo progetto "Creazione di modulo dei trasporti e dell'energia tramite un impianto nucleare di megawatt-class." RussiaSviluppatore testa sono: impianto reattore

- JSC "NIKIET".Centrale
nucleare con il circuito di turbina a gas di conversione di potenza, sistemi di propulsione ElectroJet basati su ioni propulsione elettrica e YAERDU in generale - SRC "Centro di Ricerca.Keldysh ", che è anche responsabile dell'organizzazione del programma di sviluppo dei trasporti e modulo energetico (TEM) nel suo complesso.
RSC "Energia", come il capo progettista TEM dovrebbe sviluppare una macchina automatica con questo modulo.

Caratteristiche della nuova installazione

nuovo motore nucleare per lo spazio Russia prevede di iniziare un esercizio commerciale nel corso dei prossimi anni.Caratteristiche proiettate della turbina a gas YAERDU seguito.Il reattore utilizzato gas raffreddato reattore veloce, la temperatura del fluido di lavoro (una miscela di He / Xe) prima della turbina - 1500 K, l'efficienza di conversione del calore in energia elettrica - 35%, il tipo di raffreddamento radiatore - goccia.Unità di peso (reattore, radioprotezione e sistema di conversione, ma senza il dispositivo di raffreddamento radiatore) - 6 800 kg.Motori nucleari

Spazio (NPU, NPI, insieme con EPS) prevede di utilizzare:

Come parte dei veicoli spaziali del futuro.
come una fonte di energia elettrica per i sistemi e veicoli spaziali ad alta intensità energetica.
Per risolvere i primi due problemi nei moduli di trasporto e di energia per garantire la fornitura di astronavi electrorocket pesanti e veicoli sull'orbita di lavoro e l'ulteriore approvvigionamento energetico a lungo termine del materiale.

Il principio del motore nucleare

basato sia sulla fusione nucleare o l'energia da fissione sull'utilizzo di combustibile nucleare per la generazione di spinta reattiva.Ci sono l'installazione di impulsi di scoppio e tipi di fluidi.Installazione esplosivo emette nello spazio in miniatura bomba atomica che esplodere a pochi metri di distanza, l'esplosione ha spinto la nave in avanti.In pratica, non vengono utilizzati tali dispositivi.

motori di propulsione liquida, invece, è da tempo sviluppato e testato.Negli anni '60, gli specialisti sovietici hanno progettato un modello praticabile RD-0410.Sistemi simili sono stati sviluppati negli Stati Uniti.Il loro principio si basa sul riscaldamento del mini-reattore nucleare liquido, viene convertita in vapore e forma una corrente a getto, che spinge il veicolo spaziale.Anche se il dispositivo è chiamato un liquido come fluido di lavoro, in genere utilizzando idrogeno.Un altro scopo dei sistemi spaziali nucleari - elettrico alimentato rete (unità) navi e satelliti a bordo.

pesanti telecomunicazioni globale dispositivi di comunicazione spazio

In questo momento, il lavoro è in corso sui motori nucleari per lo spazio che verranno utilizzate nelle comunicazioni spaziali apparato pesante.RSC "Energia" sono state svolte attività di ricerca e progetto di sviluppo della comunicazione spazio globale economicamente competitivo con il telefono cellulare a buon mercato che avrebbe dovuto ottenere il trasferimento di "centrale telefonica" dalla Terra nello spazio.Precondizioni

per la loro creazione sono:

riempimento quasi completo dell'orbita geostazionaria operativo (GEO) satelliti e passiva;
esaurimento delle risorse di frequenza;
positiva esperienza nella creazione e l'utilizzo di informazioni dei satelliti geostazionari commerciali "Yamal".

Durante la creazione di piattaforme di nuove soluzioni tecniche "Yamal" era del 95%, che ha permesso tali dispositivi per diventare competitivi nel mercato globale spazio.

prevede la sostituzione dei moduli con attrezzature tecnologiche di comunicazione circa ogni sette anni.Ciò creerebbe un sistema di 3-4 satelliti pesanti polivalenti in orbita geostazionaria con un aumento del consumo di energia elettrica.Originariamente progettato la base di SC-energia solare 30-80 kW.Nella fase successiva come sorgente di alimentazione elettrica è previsto di utilizzare motori nucleari 400 kW fino a un anno in modo di trasporto (per la consegna del modulo base GSO) e 150-180 kW in funzionamento continuo (almeno 10-15 anni).

propulsione nucleare sistema antimeteoritnoy protect RSC Terra

Completato "Energia" alla fine degli anni '90, studi di progettazione hanno dimostrato che nella creazione di antimeteoritnoy sistema di difesa della Terra dai nuclei di comete e asteroidi centrale nucleare e YAERDU può essere utilizzato per:

istituire un sistema di monitoraggio delle traiettorie di asteroidi e comete che attraversano l'orbita della Terra.Per fare questo, posizionare la sonda speciale proposto, equipaggiato con dispositivi ottici e radar per il rilevamento di oggetti pericolosi, il calcolo dei parametri dei loro traiettorie di ricerca primaria e le loro caratteristiche.Il sistema può essere azionato motore nucleare spazio con due NPU capacità termoionico di 150 kW.Le risorse devono essere di almeno 10 anni.
Prove di impatto (esplosione di un ordigno termonucleare) alla discarica di asteroidi cassaforte.Potenza YAERDU per fornire il dispositivo di test all'asteroide-poligono dipende dalla massa del carico utile erogata (150-500 kW).
personale invio dei mezzi (intercettore peso totale di 15-50 tonnellate) per avvicinare gli oggetti pericolosi della Terra.Ci vorranno una capacità motore a razzo nucleare di 1-10 MW consegnate alle asteroidi pericolosi termonucleare carica, la cui superficie un'esplosione a causa del materiale getto può deviare un asteroide dal suo percorso pericoloso.

attrezzature di ricerca di consegna in un profondo spazio

Fornitura di attrezzature scientifiche per oggetti spaziali (pianeti lontani, comete periodiche, asteroidi) può essere effettuata con l'utilizzo di stadi LRE spaziali.Utilizzare i motori nucleari per i veicoli spaziali è opportuno, quando il compito di giungere orbita di satelliti corpo celeste, il contatto diretto con un corpo celeste, il campionamento dei materiali, e di altre ricerche che richiedono complessa ricerca di massa aumento, l'inclusione del pianerottolo e le fasi di decollo.Parametri del motore

motori nucleari per astronavi si espanderà il complesso di ricerca "inizio finestra" (a causa di un flusso controllato del fluido di lavoro), che semplifica la pianificazione e riduce il costo del progetto.Gli studi effettuati da RSC "Energia", hanno mostrato che YAERDU 150 kW con un massimo di tre anni è un mezzo promettente di fornitura di moduli spaziali nella fascia degli asteroidi.

Allo stesso tempo la ricerca di servizi in orbita pianeti esterni del sistema solare richiede un aumento delle risorse, un impianto nucleare, fino a 5-7 anni.E 'dimostrato che complessa capacità YAERDU di circa 1 MW, come parte di un veicolo spaziale ricerca fornirà trasporto accellerato per 5-7 anni in orbita satelliti dei pianeti più distanti, rover planetari alla superficie di questi pianeti, satelliti naturali ed il trasporto a terra sulla Terra con le comete, asteroidi, e Mercuriole lune di Giove e Saturno.

ascensore riutilizzabile (MB)

Uno dei modi più importanti per migliorare l'efficienza delle operazioni di trasporto nello spazio è elementi riutilizzabili del sistema di trasporto.Motori nucleari per astronavi capacità di almeno 500 kW consente di creare un rimorchio riutilizzabile e quindi migliorare significativamente l'efficienza di multi-tier sistema di trasporto spaziale.Particolarmente utile per un tale sistema nel programma di fornire un grande traffico merci annuo.Un esempio potrebbe essere un programma di esplorazione lunare con la creazione e la manutenzione del costante aumento della base abitabile e sperimentali complessi tecnologici e industriali.Calcolo

del fatturato

Secondo gli studi di progettazione RSC "Energia", la costruzione della base sulla Luna deve essere consegnato i moduli del peso di circa 10 tonnellate a orbitare attorno alla Luna -. Fino a 30 tonnellate il carico totale dalla Terra, nella costruzione di una base lunare con equipaggio e ha visitato la stazione orbitale lunarestimato a 700-800 tonnellate, e un traffico merci annuale per il funzionamento e lo sviluppo della base -. 400-500 m

Tuttavia, il principio di funzionamento di motore nucleare cargo non consente disperdere abbastanza veloce.A causa del lungo tempo di trasporto e quindi molto tempo a trovare il carico utile in fasce di radiazione della Terra, non tutti i beni possono essere consegnati tramite rimorchiatori con un motore nucleare.Pertanto, scorre che possono essere fornite sulla base YAERDU solo stimato 100-300 tonnellate / anno.

efficienza economica come criterio di efficienza economica sistema di trasporto inter-orbita si consiglia di utilizzare il valore del costo unitario del trasporto per unità di massa del carico utile (GHG) dalla superficie della Terra sull'orbita bersaglio.RSC "Energia" è stato sviluppato modello economico e matematico che tiene conto delle principali componenti del costo nel sistema di trasporto:

creare e moduli di inserimento orbita rimorchiatore;
per l'acquisto di gestione di un impianto nucleare;Operativo
costi, così come i costi di ricerca e sviluppo e dei costi di capitale possibile.Indicatori di costo

dipendono dai parametri ottimali di MB.Utilizzando questo modello è stato indagato dalla comparativo costo-efficacia dell'uso di riutilizzabile rimorchiatore basato capacità YAERDU di circa 1 MW e singola tirata sulla base di promettenti motori a razzo a liquido in un programma per garantire la consegna del Terra alla Luna orbita un'altitudine di 100 km peso del carico totale di 100 tonnellate / anno.Se si utilizza la stessa razzo vettore capacità pari alla capacità di sollevamento "Proton-M" e circuiti dvuhpuskovoy del sistema di trasporto del costo unitario di fornire una unità di massa del payload utilizzando una tirata sulla base del motore nucleare trasportano sarebbero tre volte inferiore rispetto all'utilizzo monousorimorchiatori sulla base di motori a razzo a liquido con DM-3.

Conclusione

propulsione nucleare efficace per lo spazio contribuisce alla soluzione dei problemi ambientali della Terra, volo umano su Marte, la creazione di un sistema di trasmissione senza fili di energia nello spazio, l'attuazione della sepoltura con protezione avanzata in uno spazio altamente pericolosa terra scorie radioattive dell'energia nucleare, la creazione di una base lunare con equipaggio e superiorelo sviluppo industriale della luna, la protezione della Terra da un asteroide di pericolo e la cometa.