Motoare nucleare pentru nave spațiale

Rusia a fost și încă este lider în domeniul energiei nucleare spațiu.Experiență în proiectarea, construcția, punerea în funcțiune și operarea de nave spațiale echipate cu surse de nucleare sunt organizații, cum ar fi RSC "Energie" și "Roskosmos".Motor nuclear permite de a opera aeronava de mai mulți ani, în mod repetat, în creștere adecvarea lor practică.

cronică istorică utilizarea

a energiei nucleare în spațiu nu mai este science-fiction din nou în anii '70 ai secolului trecut.Primele motoare nucleare în 1970-1988 au fost lansate in spatiu si utilizate cu succes pe nave spațiale (SC) observarea "US-A".Ei au folosit un sistem cu centrală nucleară termoelectrice (NPP) "Buk" energie electrică de 3 kW.

În 1987-1988 două dispozitive de "Plasma-A", cu catod SEN "Topaz" 5 kW a fost Space Flight-testare, în care primul a fost făcută de energie electrice de propulsie (ERE) de la sursa de energie nucleară.

Un complex de teste la sol de putere nucleară termionică instalație nucleară "Enisei" 5 kW.Pe baza acestor tehnologii elaborate putere SEN catod de 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energie" în anii '70 au început cercetărilor științifice și practice, al cărui scop a fost de a crea un puternic propulsie nucleară spațiu pentru orbital remorcher de transfer (MB) "Hercules".Lucrarea a dus la fundamentul pentru mulți ani de propulsia electrică nucleară (YAERDU) cu putere SEN catod din mai multe - sute de kilowați și propulsie electrică capacitate unitate de zeci sau sute de kilowați.Parametrii de proiectare

MB "Hercules»:

util SEN a energiei electrice - 550 kW;
sisteme specifice electrojet impuls de propulsie - 30 km / s;Sisteme de propulsie electrojet
tracțiune - 26 H;Sisteme de propulsie electrojet resurselor
și NPS - 16.000 de ore;
sisteme corp electrojet lucru de propulsie - Xenon;
greutate (uscată) remorcher - 14,5-15,7 tone, inclusiv unitățile nucleare -. 6.9 m

Contemporană

În secolul XXI este timpul pentru a crea un nou motor nuclear de spațiu.În octombrie 2009, la o reuniune a Comisiei Prezidențiale pentru Modernizare și Dezvoltare Tehnologică a Economiei Rusiei a fost aprobat un nou proiect "Crearea de modul de transport și energie, folosind o instalație nucleară de megawati-class." RusiaCap de dezvoltator sunt:

plantelor reactor - SA "NIKIET".Centrale
nucleară cu un circuit turbină de gaz de conversie a energiei, sisteme de propulsie electrojet bazate pe Ion propulsie electrică și YAERDU în general - SRC "Centrul de Cercetare.Keldysh ", care este de asemenea responsabil pentru organizarea programul de dezvoltare a transporturilor și modul de energie (TEM) în ansamblu.
RSC "Energie", ca șef de designer TEM ar trebui să dezvolte o mașină automată cu acest modul.

Caracteristicile noua instalare

nou motor nuclear de spațiu Rusia intenționează să înceapă operarea comercială în următorii câțiva ani.Caracteristicile proiectate ale turbinei cu gaz YAERDU următoarele.Reactorul utilizat gaze răcite rapid de reactor, temperatura fluidului de lucru (un amestec de El / Xe), înainte de turbină - 1,500 K, eficiența conversiei de căldură în energie electrică - 35%, tipul de răcire cu radiator - picătură.Unitate de greutate (reactor, protecția împotriva radiațiilor și de sistem de conversie, dar fără cooler-radiator) - 6 800 kg.Motoare nucleare

Space (NPU, NPI, împreună cu EPS) de gând să folosiți:

Ca parte a vehiculelor spațiale viitoare.
ca o sursă de energie electrică pentru sistemele mari consumatoare de energie și nave spațiale.
Pentru a rezolva primele două probleme în modulele de transport și energie pentru a asigura livrarea de nave spațiale electrorocket grele si vehicule de pe orbita de lucru și în alimentarea cu energie pe termen lung a echipamentului.

Principiul motorului nuclear

bazează fie pe fuziunii nucleare sau de energie de fisiune cu privire la utilizarea de combustibil nuclear pentru generarea de împingere reactive.Există instalarea puls-explozie și tipuri de fluide.Instalare exploziv emite în spațiu miniatura bombă atomică ca detonarea câțiva metri distanță, explozia împins nava înainte.În practică, nu se folosesc astfel de dispozitive.

motoarele de propulsie lichid, pe de altă parte, a fost mult timp fost dezvoltat și testat.Înapoi în anii '60, specialistii sovietici au conceput un model funcțional RD-0410.Sisteme similare au fost dezvoltate în Statele Unite.Principiul lor se bazează pe încălzirea lichidului nucleare mini-reactor, acesta este convertit în aburi și formează un flux jet, care împinge nava.Deși dispozitivul este numit un lichid ca fluid de lucru, utilizând în mod tipic hidrogen.Un alt scop al sistemelor spațiale nucleare - electric alimentat de la bord de rețea (unități) nave și sateliți.Telecomunicații

grele global dispozitive de comunicare spațiu

În momentul de față, se lucrează la motoare nucleare pentru spațiu, care vor fi folosite în spațiu aparate grele de comunicații.RSC "Energia" au fost efectuate cercetări și proiect de dezvoltare a comunicării spațiu global competitiv economic cu telefonul celular ieftin, care ar fi trebuit pentru a realiza transferul de "centrale telefonice" de pe Pământ în spațiu.Precondiții

pentru crearea lor sunt:

umplere aproape completă a orbită geostaționară de operare (GEO) sateliți și pasiv;
epuizarea resurselor de frecvențe;Experiență pozitivă
în crearea și utilizarea de informații a sateliți geostaționari comerciale "Yamal".

La crearea platforma "Yamal" noi soluții tehnice a fost de 95%, ceea ce a permis astfel de dispozitive pentru a deveni competitive în spațiul pe piața mondială.

anticipat înlocuirea modulelor cu echipamente de comunicații tehnologic aproximativ la fiecare șapte ani.Acest lucru ar crea un sistem de 3-4 sateliți multifunctionale grele în orbită geostaționară, cu o creștere a consumului de energie electrică.Inițial conceput de energie solară 30-80 KW-bazate pe SC.În etapa următoare ca sursă de alimentare electrică este planificat de a utiliza motoare nucleare de 400 kW, cu până la un an în modul de transport (pentru livrarea de modul de bază GSO) și 150-180 kW în funcționarea continuă (cel puțin 10-15 de ani).

propulsie nucleară sistem antimeteoritnoy proteja RSC Pământ

Finalizat "Energie" în studii târziu '90 de design au arătat că, în crearea de antimeteoritnoy sistemul de apărare pământ de nuclee de comete și asteroizi centralei nucleare și YAERDU pot fi folosite pentru:

instituie un sistem de monitorizare a traiectoriilor de asteroizi si comete care traversează orbita Pământului.Pentru a face acest lucru, puneți nava spatiala speciala propus, dotat cu echipamente optice și radar pentru detectarea obiectelor periculoase, calcularea parametrilor traiectoriile lor de cercetare primara si caracteristicile lor.Sistemul poate fi operat motor nuclear spațiu cu două NPU capacitate catod de 150 kW.Resursele sale trebuie să fie de cel puțin 10 ani.Testele
de impact (explozia unui dispozitiv termonuclear) la asteroid în condiții de siguranță depozitele de deșeuri.Puterea YAERDU să livreze dispozitivul de testare la asteroid-poligonul depinde de masa a sarcinii utile livrate (150-500 kW).
personal expediere mijloacele (de interceptare greutate totală de 15-50 tone) să se apropie de obiecte periculoase Pământului.Se va lua o rachetă nucleară capacitate motor de 1-10 MW pentru livrarea periculoase asteroizii termonucleare taxa, suprafața pe care o explozie din cauza materialului jet poate devia un asteroid de calea sa de periculos.

cercetare echipamente livrare in Deep Space

Livrare de echipamente științifice la obiecte spațiale (planete îndepărtate, comete periodice, asteroizi) poate fi efectuată cu utilizarea de etape LRE-spațiale.Folosesc motoarele nucleare pentru masini de spațiu este oportun, în cazul în care misiunea de a ajunge pe orbita satelit corp ceresc, contact direct cu un corp ceresc, de prelevare de probe materiale, și alte cercetări care necesită masă complex de cercetare creștere, includerea de aterizare și decolare etapele.Parametrilor motorului

motoare nucleare

pentru nave spațiale va extinde complexul de cercetare "start fereastră" (din cauza un debit controlat a fluidului de lucru), care simplifică planificarea și reduce costul proiectului.Studiile efectuate de RSC "Energia", a arătat că YAERDU 150 kW cu până la trei ani este un mijloc promițătoare de livrare module spațiale în centura de asteroizi.

În același timp, cercetarea serviciu pe orbita planete exterioare ale sistemului solar necesită o creștere a resurselor, o instalație nucleară, până la 5-7 ani.Este dovedit faptul că o capacitate YAERDU complex de aproximativ 1 MW, ca parte a unei nave spațiale de cercetare va oferi de transport maritim accelerate de 5-7 ani pentru a orbita sateliti planete mai îndepărtate, Rovers planetare la suprafata acestor planete, sateliți naturali și de transport maritim la sol de pe Pamant cu comete, asteroizi, și Mercurylunile lui Jupiter și Saturn.

lift refolosibile (MB)

Una dintre cele mai importante modalități de a îmbunătăți eficiența operațiunilor de transport în spațiul este elemente reutilizabile ale sistemului de transport.Motoare nucleare de capacitate nave de cel puțin 500 kW vă permite să creați o remorcare reutilizabile și, prin urmare, îmbunătăți în mod semnificativ eficiența multe nivele sistem de transport spațiu.Utilă în special pentru un astfel de sistem în cadrul programului oferă un trafic de marfă anual mare.Un exemplu ar fi un program de explorare lunar cu crearea și menținerea în continuă creștere a bazei de locuit și complexe tehnologice și industriale experimentale.Calculul

cifrei de afaceri

Conform studiilor de proiectare RSC "Energia", construirea bazei pe lună ar trebui să fie livrate module greutate de aproximativ 10 de tone de orbita Lunii -. Până la 30 de tone Marfa totală de pe Pământ în construcția unei baze echipaj lunar și a vizitat stația orbitală lunarestimată la 700-800 de tone, și un trafic de marfă anual pentru funcționarea și dezvoltarea bazei -. 400-500 m

Cu toate acestea, principiul de funcționare a motorului cargobot nucleare nu permite să se disperseze destul de repede.Datorită timpului de transport lung și, prin urmare perioadă considerabilă de timp găsirea sarcina utilă în centurile de radiatii Pământului, nu toate bunurile pot fi livrate cu ajutorul remorchere cu un motor nuclear.Prin urmare, acesta curge care pot fi furnizate pe baza YAERDU estimat numai 100-300 tone / an.

Eficiența economică ca un criteriu de eficiență economică sistem de transport inter-orbită, este recomandabil să se folosească valoarea costului unitar al transportului pe unitatea de masă a încărcăturii utile (GHG) de pe suprafața Pământului pe orbita țintă.RSC "Energia" a fost dezvoltat model economic și matematic care ia în considerare principalele componente ale costului în sistemul de transport:

de a crea și de module de inserție orbita remorcher;
de a cumpăra de operare o instalație nucleară;
operare costuri, precum și costurile de cercetare și dezvoltare și posibile costuri de capital.Indicatorii de cost

depind de parametrii optimi de MB.Folosind acest model a fost investigată de către comparative cost-eficacitate al utilizării remorcher bazat reutilizabile capacitate YAERDU de aproximativ 1 MW și singur remorcher pe baza promitatoare motoare pentru rachete lichid într-un program pentru a asigura livrarea de Pământului pe orbita altitudine Lunii de 100 km greutate sarcină utilă totală de 100 tone / an.Dacă utilizați în același racheta purtătoare capacitate egală cu capacitatea de ridicare "Proton-M" și circuitele dvuhpuskovoy ale sistemului de transport al costului unitar al oferi o masă unitate a sarcinii utile, folosind un remorcher pe baza motorului nuclear care transportă ar fi de trei ori mai mic decât ajutorul de unică folosințăremorchere pe baza motoarelor rachetă cu combustibil lichid, cu-DM 3.

Concluzie

propulsie nucleară eficient pentru spațiu contribuie la soluționarea problemelor de mediu de pe Pamant, zborul uman pe Marte, crearea unui sistem de transmisie wireless de energie în spațiu, punerea în aplicare a-securitate îmbunătățită înmormântare în spațiu extrem de periculoase la sol a deșeurilor radioactive a energiei nucleare, crearea unei baze lunare cu echipaj și topdezvoltarea industrială a lunii, protecția Pământului de la pericol asteroid și cometa.