Nucleaire motoren voor ruimteschepen

Rusland was en is nog steeds de leider op het gebied van ruimte macht kernenergie.Ervaring in het ontwerp, de bouw, inbedrijfstelling en exploitatie van ruimtevaartuigen uitgerust met stroombronnen nucleaire zijn organisaties zoals de RSC "Energie" en "Roskosmos".Nucleaire engine laat het luchtvaartuig jaren herhaaldelijk verhogen van hun praktische bruikbaarheid.

historische kroniek

gebruik van kernenergie in de ruimte is niet langer science fiction terug in de jaren '70 van de vorige eeuw.De eerste nucleaire motoren in 1970-1988 werden gelanceerd in de ruimte en met succes gebruikt op ruimtevaartuig (SC) observatie van "US-A".Ze gebruikten een systeem met thermo kerncentrale (NPP) "Buk" elektrisch vermogen van 3 kW.

In 1987-1988 twee apparaten "Plasma-A" met thermionische NPS "Topaz" 5 kW heeft testvluchten ruimte, waarin de eerste werd de kracht elektrische aandrijving (ERE) van de stroombron nucleaire geweest.

Een complex van de grond testen van kernenergie thermionic nucleaire installatie "Yenisei" 5 kW.Op basis van deze technologieën opgesteld thermionic NPS kracht van 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energie" in de jaren '70 begonnen met de wetenschappelijke en praktische onderzoek, waarvan het doel was om een krachtige nucleaire ruimte voortstuwing voor orbitale overdracht sleepboot (MB) te creëren "Hercules".Het werk leidde tot de basis voor vele jaren van de nucleaire elektrische aandrijving (YAERDU) met thermionische NPS kracht van enkele - honderden kilowatts en elektrische voortstuwing eenheid capaciteit van tientallen of honderden kilowatt.

ontwerp parameters MB "Hercules»:

bruikbare elektrische NPS - 550 kW;
specifieke impuls electrojet aandrijfsystemen - 30 km / s;
stuwkracht electrojet aandrijfsystemen - 26 H;
resource electrojet aandrijfsystemen en NPS - 16.000 uur;
werkend lichaam electrojet aandrijfsystemen - xenon;
gewicht (droog) tug - 14,5-15,7 ton, met inbegrip van kerncentrales -. 6.9 m

Hedendaagse

In de eenentwintigste eeuw is het tijd om een nieuwe nucleaire motor te creëren voor de ruimtevaart.In oktober 2009, tijdens een vergadering van de presidentiële Commissie voor Modernisering en Technologische Ontwikkeling van de Economie van Rusland is goedgekeurd Ruslands nieuwe project "Creatie van vervoer en energie-module met behulp van een nucleaire installatie van megawatt-klasse de macht."Hoofd ontwikkelaar zijn:

reactor plant - JSC "NIKIET".
Kerncentrale met gasturbine Power Conversion circuit, electrojet aandrijfsystemen gebaseerd op ion elektrische voortstuwing en YAERDU in het algemeen - SRC "Research Center.Keldysh ", dat ook verantwoordelijk is voor het programma van de ontwikkeling van vervoer en energie module (TEM) als geheel.
RSC "Energie" als hoofdontwerper TEM moet een automatische machine te ontwikkelen met deze module.

Kenmerken van de nieuwe installatie

nieuwe nucleaire motor ruimte Rusland is van plan om de commerciële exploitatie te starten in de komende jaren.Geprojecteerd kenmerken van de gasturbine YAERDU volgende.De reactor gebruikt gasgekoelde snelle reactor, de temperatuur van het werkfluïdum (een mengsel van He / Xe) voor de turbine - 1500 K, de efficiency van omzetting van warmte in elektrische energie - 35%, het type cooler radiator - neerzetten.Gewichtseenheid (reactor, stralingsbescherming en conversiesysteem, maar zonder de koeler radiator) - 6 800 kg.

Space nucleaire motoren (NPU, NPI, samen met EPS) van plan om te gebruiken:

Als onderdeel van de toekomstige ruimte voertuigen.
als bron van elektriciteit voor energie-intensieve systemen en ruimtevaartuigen.
Om de eerste twee problemen in het vervoer en energie modules op te lossen om de levering van zware electrorocket ruimteschepen en voertuigen op de baan te werken en verder de lange termijn energievoorziening van de apparatuur te waarborgen.

Het principe van nucleaire motor

hetzij op basis van kernfusie of kernsplijting energie aan het gebruik van nucleaire brandstof voor het opwekken van reactieve stuwkracht.Er zijn installatie van pulse-burst en vloeiende vormen.Explosieve installatie uitzendt in de ruimte miniatuur atoombom die detoneren een paar meter afstand, de explosie duwde het schip naar voren.In de praktijk zijn dergelijke inrichtingen niet gebruikt.

vloeibare voortstuwingsmotoren, daarentegen, is al lang ontwikkeld en getest.Terug in de jaren '60, hebben de Sovjet-specialisten een werkbaar model RD-0410 zijn ontworpen.Soortgelijke systemen zijn ontwikkeld in de Verenigde Staten.Hun principe is gebaseerd op het verwarmen van de vloeistof nucleaire minireactor wordt omgezet in stoom en vormt een straalstroom die het ruimtevaartuig duwt.Hoewel de inrichting een vloeistof wordt genoemd als het werkfluïdum, meestal met behulp van waterstof.Een ander doel van de systemen nucleaire ruimte - aangedreven elektrische onboard netwerk (eenheden) schepen en satellieten.

Heavy telecommunicatie wereldwijde ruimte communicatieapparatuur

Op dit moment wordt gewerkt aan nucleaire motoren voor de ruimte die gebruikt zullen worden in de zware apparatuur ruimte communicatie.RSC "Energia" werden uitgevoerd onderzoeks- en ontwikkelingsproject van de mondiale ruimte communicatie economisch concurrerend met goedkope mobiele telefoon die werd verondersteld om de overdracht van "telefooncentrale" van de aarde in de ruimte te bereiken.

voorwaarden voor hun creatie zijn:

bijna volledige vulling van de geostationaire baan (GEO) satellieten operationele en passief;
uitputting van frequenties;
positieve ervaring in de creatie en het gebruik van informatie van commerciële geostationaire satellieten "Yamal".

Bij het maken van platform "Yamal" nieuwe technische oplossingen was 95%, die dergelijke apparaten in staat om concurrerend te worden in de wereldwijde markt ruimte.

verwachte vervanging van modules met communicatieapparatuur ongeveer elke zeven jaar technologische.Dit zou een systeem van 3-4 zware multifunctionele satellieten in een geostationaire baan creëren met een stijging van het verbruik van elektrische energie.Oorspronkelijk ontworpen de SC-gebaseerde zonne-energie 30-80 kW.In de volgende fase als de elektrische voeding is de bedoeling om de nucleaire motoren gebruiken 400 kW met maximaal een jaar in de vervoerswijze (voor de levering van de basismodule GSO) en 150-180 kW bij continu gebruik (minstens 10-15 jaar).

nucleaire aandrijfsysteem antimeteoritnoy bescherming van de aarde

Completed RSC "Energie" in de late 90's design studies hebben aangetoond dat in de creatie van antimeteoritnoy Earth Defense systeem van de kernen van kometen en asteroïden kerncentrale en YAERDU kan worden gebruikt om:

opzetten van een monitoringsysteem van de trajecten van asteroïden en kometen dat de baan van de aarde te steken.Om dit te doen, plaatst u de voorgestelde speciale ruimtevaartuig, uitgerust met optische en radar apparatuur voor het opsporen van gevaarlijke objecten, de berekening van de parameters van hun primaire onderzoek trajecten en hun kenmerken.Het systeem kan worden bediend ruimte nucleaire motor met twee NPU thermionische vermogen van 150 kW.Zijn middelen moet ten minste 10 jaar.
Tests van de impact (explosie van een thermonucleaire apparaat) naar de stortplaats veilige asteroïde.Vermogen YAERDU het testapparaat te leveren aan de stervormige polygoon is afhankelijk van de massa van de lading geleverd (150-500 kW).
verzending personeel van de middelen (interceptor totale gewicht van 15-50 ton) naar de aarde gevaarlijke objecten te benaderen.Het zal een nucleaire raketmotor vermogen van 1-10 MW voor levering aan de gevaarlijke asteroïden thermische lading, waarvan het oppervlak een explosie vanwege de jet materiaal een stervormig uit de gevaarlijke weg kunnen buigen.

levering apparatuur voor onderzoek in de diepe ruimte

Levering van wetenschappelijke apparatuur om ruimte objecten (verre planeten, periodieke kometen, planetoïden) kan met het gebruik van ruimte-LRE fasen worden uitgevoerd.Gebruik nucleaire motoren voor ruimtevoertuigen opportuun is, wanneer de taak van het bereiken van baan satelliet hemellichaam, direct contact met een hemellichaam, bemonstering materialen, en andere onderzoeksinstellingen die massale toename onderzoek complex, de opname van de landen en opstijgen fasen.

motorparameters

nucleaire motoren voor ruimteschepen zal het onderzoek complex "startvenster" uitbreiden (als gevolg van een gecontroleerde stroomsnelheid van de werkende vloeistof), die de planning vereenvoudigt en vermindert de kosten van het project.Studies uitgevoerd door RSC "Energia" uitgevoerd, bleek dat YAERDU 150 kW met maximaal drie jaar is een veelbelovende middel van het leveren van ruimte modules in de asteroïdengordel.

Tegelijkertijd dienst onderzoek naar baan buitenste planeten van het zonnestelsel vereist een verhoging van de middelen, een nucleaire installatie, tot 5-7 jaar.Het is bewezen dat complexe YAERDU capaciteit van ongeveer 1 MW als onderdeel van een onderzoek ruimtevaartuig Verzending zal zorgen voor 5-7 jaar om satellieten in een baan verst verwijderde planeten, planetaire rovers aan het oppervlak van deze planeten, natuurlijke satellieten en grondstations scheepvaart op Aarde met kometen, planetoïden, en Mercuriusde manen van Jupiter en Saturnus.

Herbruikbare lift (MB)

Een van de belangrijkste manieren om de efficiëntie van het vervoer in de ruimte te verbeteren is herbruikbare elementen van het vervoerssysteem.Nucleaire motoren voor ruimteschepen capaciteit van ten minste 500 kW kunt u een herbruikbare sleeptouw te creëren en daarmee een aanzienlijke verbetering van de efficiëntie van multi-tier ruimte transport systeem.Vooral nuttig voor een dergelijk systeem in het programma te groot jaarlijks vrachtverkeer.Een voorbeeld hiervan is een programma van de maan exploratie met de oprichting en het onderhoud van steeds groter de bewoonbare basis en experimentele technologische en industriële complexen zijn.

berekening van de omzet

Volgens ontwerpstudies RSC "Energia", de bouw van de basis op de maan moeten worden geleverd modules met een gewicht van ongeveer 10 ton naar de maan cirkelen -. Tot 30 ton De totale lading van de aarde in de bouw van een bemande maanbasis en bezocht de maan orbitale stationgeschat op 700-800 ton, en een jaarlijkse vrachtverkeer voor de exploitatie en ontwikkeling van de basis -. 400-500 m

Echter, het principe van de werking van de nucleaire motor vrachtschip niet toe om snel genoeg te verspreiden.Vanwege de lange reistijd en dus veel tijd vinden van de lading in de aarde stralingsgordels, niet alle goederen kunnen worden geleverd met behulp van sleepboten met een nucleaire motor.Daarom stroomt die kan worden gebaseerd op YAERDU geschatte slechts 100-300 ton / jaar.

economische efficiëntie als criterium van economische efficiëntie inter-orbit transport systeem is het raadzaam om de waarde van de kosten per eenheid van het vervoer per eenheid van massa van de lading (BKG) te gebruiken van het oppervlak van de aarde op het doel baan.RSC 'Energia' is ontwikkeld economische en wiskundig model dat rekening houdt met de belangrijkste componenten van de kosten in het transportsysteem:

te creëren en baan inbrengen modules sleepboot;
kopen exploitatie van een nucleaire installatie;
operationele kosten, alsmede de kosten van onderzoek en ontwikkeling en kapitaalkosten mogelijk.

Cost indicatoren afhankelijk van de optimale parameters van de MB.Met dit model werd onderzocht door de vergelijkende kosten-effectiviteit van het gebruik van herbruikbare sleepboot gebaseerd YAERDU capaciteit van ongeveer 1 MW en single sleepboot op basis van veelbelovende vloeibare raketmotoren in een programma om de levering van de aarde naar de maan baan hoogte van 100 km in totaal laadvermogen van 100 ton / jaar te garanderen.Als u dezelfde draagraket uitvoering gelijk aan hefcapaciteit "Proton-M" en dvuhpuskovoy circuits van het transportsysteem van de eenheidskosten van het leveren van een massa-eenheid van de lading met een ruk aan de hand van de nucleaire engine zou drie keer lager dan het gebruik van wegwerpbaarsleepboten op basis van vloeibare raketmotoren met DM-3.

Conclusie

effectieve nucleaire voortstuwing voor de ruimtevaart draagt bij aan de oplossing van milieuproblemen van de aarde, de mens vlucht naar Mars, het creëren van een systeem voor draadloze overdracht van energie in de ruimte, de uitvoering van beveiligde begraven in de ruimte radioactief afval grond van kernenergie zeer gevaarlijk, de oprichting van een bemande maanbasis en topde industriële ontwikkeling van de maan, de bescherming van de aarde vanuit de asteroïde en komeet gevaar.