Silniki jądrowe dla statków kosmicznych

Rosja była i nadal jest liderem w dziedzinie jądrowej mocy kosmicznych.Doświadczenie w zakresie projektowania, budowy, rozruchu i eksploatacji statku kosmicznego wyposażonego źródeł atomowych są takie organizacje, jak RSC "Energia" i "Roskosmos".Silnik jądrowego pozwala na pracę z samolotów od wielu lat, kilkakrotnie zwiększa ich praktyczną przydatność.

historyczna kronika

energii jądrowej w przestrzeni nie jest już science fiction z powrotem w latach 70. ubiegłego wieku.Pierwsze silniki nuklearne w latach 1970-1988 rozpoczęto w kosmos i z powodzeniem stosowane na statku kosmicznego (SC) obserwacji "US-A".Kiedyś system z termo elektrowni jądrowej (EJ) "Buk" energii elektrycznej z 3 kW.

W 1987-1988 dwóch urządzeń "Plasma-A" z Thermionic NPS "Topaz" 5 kW jest badanie przestrzeni lotu, podczas którego pierwszy powstał energii elektrycznej i napędu (ERE) od źródła energii jądrowej.

Kompleks testów naziemnych elektrowni jądrowej Thermionic jądrowy "Jenisej" 5 kW.Na podstawie tych technologii opracowanych Thermionic moc NPS od 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energia" w latach 70. rozpoczął badania naukowe i praktyczne, których celem było stworzenie potężnego napędu nuklearnego na przestrzeni orbitalnej transferu holownika (MB) "Hercules".Prace doprowadziły do ​​powstania wielu lat jądrowego napędu elektrycznego (YAERDU) z mocą Thermionic NPS kilka - kilkaset kilowatów i elektrycznego napędu pojemności jednostkowej dziesiątek lub setek kilowatów.Parametry projektowe

MB "Herkules":

• użyteczna moc elektryczna NPS - 550 kW;
• specyficzne electrojet układy napędowe Impuls - 30 km / s;
• utopił układów napędowych electrojet - 26 h;
• układów napędowych electrojet zasobów i NPS - 16.000 godzin;
• napędy pracy electrojet ciała - ksenonowe;Waga
• (na sucho) holownik - 14,5-15,7 ton, w tym bloków jądrowych. - 6,9 m

Współczesna

W XXI wieku to czas, aby utworzyć nowy silnik jądrowej w przestrzeni.W październiku 2009 roku, na posiedzeniu Komisji Prezydenckiej dla Modernizacji i Rozwoju Technologicznego Gospodarki Rosji został zatwierdzony Rosji nowy projekt "Stworzenie modułu transportu i energii za pomocą elektrowni jądrowej MW-klasy."Szef deweloper są:

• reaktor roślin - JSC "NIKIET".Elektrownia jądrowa w
• obiegu turbiny gazowej konwersji energii, electrojet systemów napędowych na bazie jonów napędu elektrycznego i YAERDU w ogóle - SRC "Research Center.Keldysh ", który jest odpowiedzialny za organizację program rozwoju komunikacji z modułem energetycznym (TEM), jako całości.
• RSC "Energia" jako główny projektant TEM powinna opracować automatu z tym modułem.

Charakterystyka nowej instalacji

nowy silnik jądrowej w przestrzeni Rosja planuje rozpocząć działalność komercyjną w ciągu najbliższych kilku lat.Prognozowane charakterystyki turbiny gazowej YAERDU poniżej.Reaktor stosowany gaz ochładza się szybko reaktora, temperatura płynu roboczego (mieszanina He / Xe), przed turbiną - +1.500 K sprawność przemiany energii cieplnej w energię elektryczną - 35%, typ chłodnicy-radiator - wypełnienia.Jednostka Waga (reaktor, ochrona przed promieniowaniem oraz system konwersji, ale bez chłodnicy-chłodnicy) - 6 800 kg.

kosmiczne silniki jądrowe (NPU, NPI, wraz z EPS) planujesz używać:

• W ramach przyszłych pojazdów kosmicznych.
• jako źródło energii dla energochłonnych systemów i statków kosmicznych.
• Aby rozwiązać dwa pierwsze problemy w modułach transportowych i energetycznych, aby zapewnić dostawy ciężkich i pojazdów kosmicznych electrorocket na orbicie pracy i dalszego długoterminowego zaopatrzenia w energię urządzenia.

Zasada silnika jądrowej

oparte albo na fuzji jądrowej lub energii rozszczepienia na wykorzystanie paliwa jądrowego do generowania reaktywnych ciąg.Istnieje instalacja przypływie impulsu i rodzajów płynów.Instalacja wybuchowa emituje w przestrzeń miniaturowych detonacji bomby atomowej, że kilka metrów dalej, wybuch pchnął statek do przodu.W praktyce, takie urządzenia nie są używane.

silniki napędowe ciecz, z drugiej strony, od dawna opracowywano i testowano.Jeszcze w latach 60-tych, specjaliści radzieccy opracowali wykonalne modelu RD-0410.Podobne systemy nie zostały opracowane w Stanach Zjednoczonych.Ich zasada opiera się na ogrzewaniu ciekłego jądrowego minireaktora przekształcany jest w parę i tworzy strumień odrzutowych, która wypycha sondę.Chociaż urządzenie jest nazywana cieczą jako płyn roboczy, zwykle przy użyciu wodoru.Innym celem systemów kosmicznych jądrowych - zasilanie elektryczne na pokładzie sieci (jednostek) statków i satelitów.

ciężkie urządzenia łączności telekomunikacyjnej globalnej przestrzeni

W tej chwili trwają prace nad silników jądrowych dla przestrzeni, które będą używane w komunikacji ciężkich aparatów kosmicznych.RSC "Energia" zostały przeprowadzone badania i projekt rozwoju globalnej komunikacji konkurencyjnego gospodarczo z taniego telefonu komórkowego przestrzeni, która miała osiągnąć transfer "centrali" z Ziemi w kosmos.Warunki

do ich tworzenia są:

• niemal całkowite wypełnienie orbicie geostacjonarnej operacyjnego (GEO) satelity i biernego;
• wyczerpanie zasobów częstotliwości;
• pozytywne doświadczenie w zakresie tworzenia i wykorzystywania informacji geostacjonarnych satelitów komercyjnych "Jamał".

Tworząc platformę "Jamał" nowych rozwiązań technicznych wyniosła 95%, co pozwoliło takie urządzenia, aby stać się konkurencyjne w globalnej przestrzeni rynku.

przewiduje wymianę modułów z technologicznego sprzętu komunikacyjnego co około siedmiu lat.Pozwoliłoby to na stworzenie systemu 3-4 wielofunkcyjnych w ciężkich satelitów na orbicie geostacjonarnej ze wzrostem zużycia energii elektrycznej.Pierwotnie zaprojektowany na bazie SC energii słonecznej 30-80 kW.W kolejnym etapie planowane jest jako źródło energii elektrycznej do wykorzystania silników jądrowych o mocy 400 kW z maksymalnie jeden rok w trybie transportowym (na dostawę modułu podstawowego GSO) i 150-180 kW przy pracy ciągłej (co najmniej 10-15 lat).

napęd jądrowy antimeteoritnoy ochrony Ziemi

Zakończono RSC "Energia" w studiach projektowych koniec lat 90-tych wykazały, że w tworzeniu antimeteoritnoy systemu obrony Ziemi z jąder komet i planetoid elektrowni jądrowej i może YAERDU być wykorzystywane do:

1. ustanowić system monitorowania trajektorii planetoid i komet, które przecinają orbitę Ziemi.Aby to zrobić, należy umieścić proponowaną specjalną sondę, wyposażone w sprzęt optyczny i radaru do wykrywania niebezpiecznych obiektów, obliczania parametrów ich trajektorii badania podstawowe i ich cechy.System może być obsługiwany z miejsca na silnik jądrowej dwóch NPU Thermionic mocy 150 kW.Jej zasoby muszą być co najmniej 10 lat.
2. Badania wpływu (eksplozja urządzenia termojądrowej) do bezpiecznego asteroidy składowiska.Moc YAERDU dostarczyć urządzenia testowego do asteroid-wielokąta zależy od masy ładunku dostarczonego (150-500 kW).
3. pracownicy roboczych środki (przechwytujących całkowita waga 15-50 ton), aby zbliżyć się do niebezpiecznych obiektów Ziemi.To zajmie rakietowy jądrowej pojemność silnika 1-10 MW do dostarczenia do niebezpiecznych asteroid termojądrowych opłat, z których powierzchni w wyniku wybuchu jet materiału asteroid może odwrócić od swojej niebezpiecznej ścieżce.

Sprzęt dostawy Badania w głęboką przestrzeń

Dostawa sprzętu naukowego obiektów kosmicznych (odległych planet, komet okresowych, asteroidy) mogą być prowadzone z wykorzystaniem przestrzeni kosmicznej etapach LRE.Użyj silników jądrowych dla pojazdów kosmicznych jest celowe, gdy zadanie dotarcia orbicie ciała niebieskiego, bezpośredni kontakt z ciałem niebieskim, pobieranie próbek materiałów, a inne badania wymagające kompleksowych badań przyrostu masy, włączenie do lądowania i startu etapach.Parametry silnika

silników jądrowych dla statków kosmicznych rozbuduje kompleks badawczy "Rozpocznij okno" (z powodu kontrolowanego przepływu cieczy roboczej), co upraszcza planowanie i obniża koszty projektu.Badania przeprowadzone przez RSC "Energia", wykazały, że YAERDU 150 kW do trzech lat jest obiecującym sposobem dostarczania modułów kosmicznych w pasie planetoid.

W tym samym czasie do badań usług orbity planet zewnętrznych Układu Słonecznego wymaga zwiększenia środków, obiektu jądrowego, aż do 5-7 lat.Jest udowodnione, że złożone zdolności YAERDU około 1 MW, jako część kosmicznych badań zapewni przyspieszonym wysyłkę na 5-7 lat krążą satelity najbardziej odległych planet, Rovers planetarne do powierzchni tych planet, naturalnych satelitów i ziemi żeglugi na Ziemię z komety, planetoidy i Merkuregoksiężyce Jowisza i Saturna.

wielokrotnego użytku windy (MB)

Jednym z najważniejszych sposobów na poprawę efektywności funkcjonowania transportu w przestrzeni jest wielokrotnego użytku elementy systemu transportowego.Silniki jądrowe dla pojemności statków kosmicznych co najmniej 500 kW pozwala na tworzenie wielokrotnego użytku holowania i tym samym znacząco poprawić efektywność wielowarstwowego systemu transportu kosmicznego.Szczególnie przydatne dla takiego systemu w programie zapewniają duży roczny ruch towarowy.Przykładem może być program eksploracji Księżyca z tworzenia i utrzymywania stale zwiększając bazę mieszkalną i eksperymentalne kompleksów technologicznych i przemysłowych.Obliczenie

z

Według badań projektowych RSC "Energia", budowa bazy na Księżycu powinny być dostarczone modułów ważących około 10 ton na orbicie Księżyca -. Do 30 ton Łączna ładunków z Ziemi w budowie załogowej bazy księżycowej i odwiedził stację orbitalną księżycowyszacuje się na 700-800 ton, a roczna ruchu towarowego dla funkcjonowania i rozwoju bazy -. 400-500 m

Jednak zasada działania frachtowiec silnika jądrowa nie pozwala rozproszyć wystarczająco szybko.Ze względu na czas transportu długi i dlatego od dłuższego czasu na znalezienie ładunek pasów radiacyjnych Ziemi, nie wszystkie towary mogą być dostarczane przy użyciu holowników z silnikiem jądrowej.Dlatego też płynie, które mogą być przewidziane w oparciu o YAERDU oszacowano tylko 100-300 ton / rok.

Efektywność ekonomiczna jako kryterium efektywności ekonomicznej systemu transportu między orbicie wskazane jest, aby użyć wartości jednostkowych kosztów transportu na jednostkę masy ładunku (GHG) z powierzchni Ziemi na orbicie docelowej.RSC "Energia" został opracowany model gospodarczy i matematycznego, który bierze pod uwagę główne elementy kosztów w systemie transportu:

• do tworzenia i moduły wsuwane orbita holownika;
• zakup działających obiektów jądrowych;Działających
• koszty, jak również koszty badań i rozwoju oraz koszty kapitału możliwe.Wskaźniki kosztów

zależą od optymalnych parametrów MB.Za pomocą tego modelu została zbadana przez porównawczą opłacalności stosowania wielokrotnego użytku holownika na podstawie pojemności YAERDU około 1 MW i jednego holownika, na podstawie obiecujących silniki rakietowe na paliwo ciekłe w programie, aby zapewnić dostawę Ziemi do Księżyca orbicie wysokości 100 km całkowitej masy ładunku 100 ton / rok.Jeśli używasz tej samej rakiety nośnej nośność równą udźwigu "Proton-M" i obwody dvuhpuskovoy systemu transportowego jednostkowego kosztu dostarczania masę jednostkową ładunku przy pomocy holownika na podstawie silnika jądrowej będzie trzy razy niższe niż przy użyciu jednorazowego użytkuszarpie na podstawie silników rakietowych na paliwo ciekłe z DM-3.

Wnioski

skuteczne napędu jądrowego na przestrzeni przyczynia się do rozwiązania problemów środowiska naturalnego Ziemi, lot człowieka na Marsa, stworzenie systemu bezprzewodowej transmisji energii w przestrzeni, wdrożenie zabezpieczeń podwyższonym pochówku w przestrzeni bardzo niebezpiecznym gruncie odpadów promieniotwórczych energii jądrowej, tworzenie załogowej bazy księżycowej i góryrozwój przemysłowy księżyca, ochrona Ziemi asteroidy i komety z zagrożenia.