Motores nucleares para naves espaciais

Rússia foi e ainda é o líder no campo do poder espacial nuclear.Experiência na concepção, construção, comissionamento e operação da nave espacial equipada com fontes de energia nuclear são organizações como a RSC "Energia" e "Roskosmos".Motor nuclear permite a operação da aeronave durante muitos anos, aumentando várias vezes a sua aptidão prática.

histórico

da energia nuclear no espaço não é mais ficção científica nos anos 70 do século passado.Os primeiros motores nucleares em 1970-1988 foram lançados para o espaço e usado com sucesso em veículos espaciais (SC) a observação de "US-A".Eles usaram um sistema com termelétricas usina nuclear (NPP) "Buk" de energia elétrica, de 3 kW.

Em 1987-1988 dois dispositivos "Plasma-A" com thermionic NPS "Topaz" 5 kW tem sido espaço voo-teste, durante o qual a primeira foi feita a propulsão de energia elétrica (ERE) da fonte de energia nuclear.

Um complexo de testes em solo da energia nuclear thermionic instalação nuclear "Yenisei" 5 kW.Com base nestas tecnologias elaboradas poder NPS thermionic de 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energia" na década de 70 começou as pesquisas científicas e práticas, cujo objetivo era criar uma poderosa propulsão nuclear espaço para orbital puxão de transferência (MB) "Hercules".O trabalho levou à fundação por muitos anos da propulsão elétrica nuclear (YAERDU) com poder NPS thermionic de vários - centenas de quilowatts e capacidade da unidade de propulsão elétrica de dezenas ou centenas de kilowatts.Parâmetros de projeto

MB "Hercules»:

• útil NPS energia elétrica - 550 kW;
• sistemas eletrojato impulso específico de propulsão - 30 km / s;
• empurrou sistemas de propulsão eletrojato - 26 H;
• sistemas de propulsão eletrojato recursos e NPS - 16.000 horas;
• sistemas trabalhando eletrojato corpo de propulsão - xenônio;Peso
• (seco) rebocador - 14,5-15,7 toneladas, incluindo as unidades de energia nuclear -. 6,9 m

Contemporânea

No século XXI, é hora de criar um novo mecanismo nuclear para o espaço.Em outubro de 2009, em uma reunião da Comissão Presidencial para a Modernização e Desenvolvimento Tecnológico da Economia da Rússia foi aprovado novo projeto "Criação de transportes e energia módulo usando uma instalação de energia nuclear de classe megawatt." Da RússiaDesenvolvedor de cabeça são:

• planta reator - JSC "NIKIET".Usina Nuclear
• com turbina a gás circuito de conversão de energia, sistemas de propulsão eletrojato com base em propulsão elétrica ion e YAERDU em geral - SRC "Research Center.Keldysh ", que também é responsável pela organização do programa de desenvolvimento dos transportes e módulo de energia (TEM) como um todo.
• RSC "Energia", como o designer-chefe TEM deve desenvolver uma máquina automática com este módulo.

Características da nova instalação

novo motor nuclear para o espaço Rússia planeja iniciar a operação comercial nos próximos anos.Características projetadas do YAERDU seguinte turbina a gás.O reactor utilizado gás arrefecido do reactor rápido, a temperatura do fluido de trabalho (uma mistura de He / Xe) antes da turbina - 1,500 K, a eficiência de conversão de calor em energia eléctrica - 35%, do tipo de refrigerador-radiador - gota.Unidade de peso (reator, protecção contra as radiações e sistema de conversão, mas sem o cooler-radiador) - 6 800 kg.Motores nucleares

Espaço (NPU, NPI, juntamente com EPS) planeja usar:

• Como parte de veículos espaciais futuras.
• como fonte de energia para sistemas de energia intensiva e naves espaciais.
• Para resolver os dois primeiros problemas nos módulos de transportes e de energia para garantir a entrega de naves espaciais electrorocket pesados ​​e veículos na órbita de trabalho e ainda mais o fornecimento de energia a longo prazo do equipamento.

O princípio do motor nuclear

baseada quer no domínio da fusão nuclear ou a energia de cisão sobre a utilização de combustível nuclear para a geração de impulso reativo.Existem instalação de pulso-explosão e tipos de fluidos.Instalação explosivo emite no espaço diminuto bomba atômica que detonar a poucos metros de distância, a explosão empurrou o barco para a frente.Na prática, tais dispositivos não são utilizados.

motores de propulsão de líquidos, por outro lado, tem sido desenvolvido e testado.Voltar na década de 60, os especialistas soviéticos criaram um modelo viável RD-0410.Sistemas semelhantes têm sido desenvolvidos nos Estados Unidos.O seu princípio baseia-se no aquecimento do mini-reactor nuclear líquido, ela é convertida em vapor e forma uma corrente de jacto, que empurra a sonda.Embora o dispositivo é chamado um líquido como fluido de trabalho, tipicamente usando hidrogénio.Outra finalidade dos sistemas espaciais nucleares - elétrico alimentado a bordo de rede (unidades) navios e satélites.Telecomunicações

pesados ​​mundial de dispositivos de comunicação espaço

No momento, o trabalho está em andamento nos motores nucleares para o espaço que será usado em comunicações espaciais aparelhos pesado.RSC "Energia" foram realizadas pesquisas e projetos de desenvolvimento da comunicação espaço global economicamente competitiva com barato telefone celular que era suposto para conseguir a transferência de "central telefônica" da Terra para o espaço.Precondições

para sua criação são:

• preenchimento quase total da órbita geoestacionária operacional (GEO), satélites e passiva;
• esgotamento dos recursos de frequência;
• experiência positiva na criação e utilização de informações de satélites geoestacionários comerciais "Yamal".

Ao criar plataformas novas soluções técnicas "Yamal" foi de 95%, o que permitiu tais dispositivos para se tornarem competitivas no espaço global de mercado.

antecipado substituição de módulos com equipamentos de comunicação tecnológica aproximadamente a cada sete anos.Isso criaria um sistema de 3-4 satélites polivalentes pesado em órbita geoestacionária com um aumento no consumo de energia elétrica.Originalmente concebido baseada no SC energia solar 30-80 kW.Na próxima fase como a fonte de energia elétrica está prevista a usar os motores nucleares 400 kW com até um ano no modo de transporte (para a entrega do módulo básico GSO) e 150-180 kW em operação contínua (pelo menos 10-15 anos).

propulsão nuclear antimeteoritnoy sistema de proteger a RSC Terra

Concluído "Energia" em estudos do final dos anos 90 do projeto têm mostrado que na criação de antimeteoritnoy sistema de defesa da Terra dos núcleos de cometas e asteróides usina nuclear e YAERDU pode ser usado para:

1. estabelecer um sistema de acompanhamento das trajetórias de asteróides e cometas que cruzam a órbita da Terra.Para fazer isso, coloque a sonda especial proposto, equipados com equipamentos ópticos e radar para detecção de objectos perigosos, calcular os parâmetros das suas trajetórias de pesquisa primária e as suas características.O sistema pode ser operado espaço motor nuclear com a capacidade de dois NPU incandescente de 150 kW.Seus recursos devem ter pelo menos 10 anos.Testes
2. de impacto (explosão de um artefato termonuclear) para o aterro asteróide segura.Poder YAERDU para entregar o dispositivo de teste para o asteróide-polígono depende da massa da carga aplicada (150-500 kW).
3. pessoal de despacho dos meios (interceptor peso total de 15-50 toneladas) para aproximar os objetos perigosos da Terra.Vai levar uma capacidade de motor de foguete nuclear de 1-10 MW para entrega os asteróides perigosos termonucleares carga, a superfície do que uma explosão devido ao material jato pode desviar um asteróide de seu caminho perigoso.

equipamentos de investigação entrega em espaço profundo

Fornecimento do equipamento científico para objetos espaciais (planetas distantes, cometas, asteróides periódicas) podem ser realizadas com o uso de estágios LRE espaciais.Utilize motores nucleares para veículos espaciais é conveniente, quando a tarefa de chegar corpo celeste órbita do satélite, contato direto com um corpo celeste, a amostragem de materiais, e outras pesquisas exigindo complexo de pesquisa de massa aumento, a inclusão do desembarque e as fases de descolagem.Parâmetros do motor

motores nucleares para naves espaciais irá expandir o complexo de pesquisa "de início da janela" (devido a uma taxa de fluxo controlado do fluido de trabalho), que simplifica o planejamento e reduz o custo do projeto.Estudos realizados pela RSC "Energia", mostrou que YAERDU 150 kW com até três anos é um meio promissor de fornecimento de módulos espaciais no cinturão de asteróides.

Ao mesmo tempo em pesquisa serviço órbita planetas exteriores do sistema solar requer um aumento dos recursos, uma instalação nuclear, até 5-7 anos.Está provado que a capacidade YAERDU complexo de cerca de 1 MW como parte de uma nave espacial de pesquisa vai fornecer o transporte acelerada por 5-7 anos para orbitar satélites planetas mais distantes, rovers planetários para a superfície desses planetas, satélites naturais e envio de terreno na Terra com cometas, asteróides, e Mercúrioas luas de Júpiter e Saturno.

elevador reutilizável (MB)

Uma das maneiras mais importantes para melhorar a eficiência das operações de transporte no espaço é elementos reutilizáveis ​​do sistema de transporte.Motores nucleares para a capacidade de naves espaciais de pelo menos 500 kW permite que você crie um reboque reutilizáveis ​​e, assim, melhorar significativamente a eficiência do sistema de transporte espacial multi-tier.Especialmente útil para um tal sistema no programa proporcionar um grande tráfego anual de carga.Um exemplo seria um programa de exploração lunar, com a criação e manutenção de constante aumento da base habitável e complexos tecnológicos e industriais experimentais.

cálculo do

De acordo com estudos de concepção RSC "Energia", a construção da base na Lua devem ser entregues módulos pesando cerca de 10 toneladas para orbitar a Lua. - Até 30 toneladas O total de carga da Terra, na construção de uma base lunar tripulada e visitou a estação orbital lunarestimada em 700-800 mil toneladas, e um tráfego de mercadorias anual para o funcionamento e desenvolvimento da base -. 400-500 m

No entanto, o princípio de funcionamento do motor cargueiro nuclear não permite a dispersar rápido o suficiente.Devido ao tempo de transporte de comprimento e, por conseguinte, um tempo considerável para encontrar a carga nas correias de radiação da Terra, nem todos os produtos podem ser entregues usando um motor com rebocadores nuclear.Portanto, ele flui, que pode ser fornecida com base no YAERDU estimada apenas 100-300 toneladas / ano.

eficiência econômica como critério de eficiência econômica do sistema de transporte inter-órbita é aconselhável usar o valor do custo unitário de transporte por unidade de massa da carga (GEE) a partir da superfície da Terra na órbita de destino.RSC "Energia" foi desenvolvido modelo económico e matemática que leva em conta os principais componentes do custo do sistema de transporte:

• para criar e módulos de inserção em órbita rebocador;
• para comprar a operar uma instalação nuclear;
• custos, bem como os custos de pesquisa e desenvolvimento e custos operacionais possível capital.Indicadores de custo

dependem dos parâmetros ótimos de MB.Usando esse modelo foi investigado pela comparativo de custo-efetividade do uso de cabo com base capacidade YAERDU reutilizável de cerca de 1 MW e único cabo com base em motores de foguetes de combustível líquido promissores em um programa para garantir a entrega da Terra a órbita altitude de 100 km peso total da carga útil de 100 toneladas / ano da Lua.Se você usa o mesmo foguete portador capacidade de carga igual a capacidade de elevação "Proton-M" e circuitos dvuhpuskovoy do sistema de transporte do custo unitário de entregar uma unidade de massa da carga utilizando um puxão na base do motor nuclear seria três vezes menor do que o uso descartávelpuxa sobre a base de motores foguete de combustível líquido com DM-3.

Conclusão

propulsão nuclear eficaz para o espaço contribui para a solução dos problemas ambientais da Terra, vôo humana a Marte, criando um sistema de transmissão sem fio de energia no espaço, a implementação de enterro com segurança avançada no espaço altamente perigoso terreno resíduos radioactivos da energia nuclear, a criação de uma base lunar tripulada e superiordesenvolvimento industrial da lua, a proteção da Terra a partir do perigo de asteróides e cometas.