Kärn motorer för rymdskepp

Ryssland var och är fortfarande ledande inom området kärnrymdmakt.Erfarenhet av konstruktion, tillverkning, idrifttagning och drift av rymdfarkoster utrustad med kärnkraftskällor är organisationer som RSC "Energi" och "Roskosmos".Kärn motorn gör det möjligt att använda flygplan för många år upprepade gånger ökar deras praktiska lämplighet.

historisk krönika

användning av kärnenergi i rymden är inte längre science fiction tillbaka i 70-talet av förra seklet.De första nukleära motorer 1970-1988 lanserades i rymden och framgångsrikt används på rymdfarkoster (SC) observation av "US-A".De använde ett system med termo kärnkraftverk (NPP) "Buk" elkraft 3 kW.

1987-1988 två enheter "Plasma-A" med thermionic NPS "Topaz" 5 kW har provflygningar utrymme, då det första gjordes makten elektrisk framdrivning (ERE) från kärnkraftskällan.

Komplex marktester av kärnkraftverk termionisk kärnteknisk anläggning "Jenisej" 5 kW.Baserat på dessa tekniker utarbetats thermionic NPS makt 25-100 kW.

MB "Hercules»

RSC "Energy" på 70-talet började de vetenskapliga och praktiska undersökningar, vars syfte var att skapa en effektiv kärnrymd för orbital överföring bogserbåt (MB) "Hercules".Arbetet ledde till grunden för många år av kärn elektrisk framdrivning (YAERDU) med thermionic NPS kraft av flera - hundra kilowatt och elektrisk framdrivning kapacitet per enhet på tiotals eller hundratals kilowatt.

konstruktionsparametrar MB "Hercules»:

användbar elkraft NPS - 550 kW;
specifik impuls elektrojet framdrivningssystem - 30 km / s;
dragkraft elektrojet framdrivningssystem - 26 H;
resurs elektrojet framdrivningssystem och NPS - 16.000 timmar;
arbetskropps elektrojet framdrivningssystem - xenon;
vikt (torr) bogserbåt - 14,5-15,7 ton, inklusive kärnkraftsenheter -. 6,9 m

Contemporary

I XXI århundradet är det dags att skapa en ny kärnkrafts motor för rymden.I oktober 2009, vid ett möte i presidentens kommission för modernisering och teknisk utveckling av Rysslands ekonomi har godkänts Rysslands nya projektet "Skapande av transport- och energimodul med hjälp av en kärnkrafts installation av megawatt-klassen."Head utvecklare är:

reaktoranläggningen - JSC "NIKIET".
Kärnkraftverk med gasturbinkraftomvandlingskrets, elektrojet framdrivningssystem baserade på jon elektrisk framdrivning och YAERDU i allmänhet - SRC "Research Center.Keldysh ", som också ansvarar för att organisera program för utveckling av transport- och energimodul (TEM) som helhet.
RSC "Energi" som chefsdesigner TEM bör utveckla en automat med denna modul.

Kännetecken för den nya anläggningen

ny kärnkraft motor för rymden Ryssland planerar att starta kommersiell drift under de närmaste åren.Beräknade egenskaper hos gasturbin YAERDU följande.Reaktorn används gaskylda snabbreaktorer, temperaturen hos arbetsfluid (en blandning av han / Xe) före turbinen - 1500 K, effektiviteten i omvandlingen av värme till elektrisk energi - 35%, vilken typ av kylaren-radiator - släpp.Viktenhet (reaktor, strålskydd och omställningssystemet, men utan kylaren-kylaren) - 6 800 kg.

Space nukleära motorer (NPU, NPI, tillsammans med EPS) planerar att använda:

Som en del av framtida rymdfarkoster.
som en källa till el för energiintensiva system och rymdfarkoster.
att lösa de första två problemen inom transport- och energimoduler för att säkerställa leverans av tunga electrorocket rymdskepp och fordon på arbets bana och ytterligare en långsiktig energiförsörjning av utrustningen.

Principen om kärn motor

baseras på antingen kärnfusion eller klyvning energi på användningen av kärnbränsle för att generera reaktiv dragkraft.Det finns installation av pulsskur och vätsketyper.Explosiv installation avger i rymden miniatyr atombomb som detonerande några meter bort, explosionen sköt skeppet framåt.I praktiken är sådana anordningar inte används.

flytande framdrivningsmotorer, å andra sidan, har länge varit utvecklats och testats.Tillbaka på 60-talet, har sovjetiska specialister utformat en fungerande modell RD-0410.Liknande system har utvecklats i USA.Deras Principen bygger på uppvärmningen av vätskan kärn mini-reaktor, det omvandlas till ånga och bildar en stråle, som driver rymdfarkosten.Fastän anordningen kallas en vätska som arbetsfluid, typiskt med användning av väte.Ett annat syfte med kärnrymdsystem - driven elektrisk ombord nätverk (enheter) fartyg och satelliter.

Tunga telekommunikation globala rymdkommunikationsenheter

Just nu pågår arbete på kärn motorer för utrymme som kommer att användas i tunga apparater rymd-kommunikation.RSC "Energia" genomfördes forsknings- och utvecklingsprojekt av den globala rymdkommunikation ekonomiskt konkurrenskraftig med billig mobiltelefon som var tänkt för att uppnå en överföring av "telefonväxel" från jorden ut i rymden.

förutsättningarna för deras skapande är:

nästan fullständig fyllning av geostationär bana (GEO) satelliter drift och passiv;
konsumtion av frekvensresurser;
positiv erfarenhet i skapandet och användning av information av kommersiella geostationära satelliter "Yamal".

När du skapar plattform "Yamal" nya tekniska lösningar var 95%, vilket gjorde det möjligt sådana anordningar för att bli konkurrenskraftiga på den globala marknaden utrymme.

förväntade byte av moduler med teknisk kommunikationsutrustning ungefär vart sjunde år.Detta skulle skapa ett system med 3-4 tunga mångsidiga satelliter i geostationär bana med en ökning av konsumtionen av elkraft.Ursprungligen utformade SC-baserade solenergi 30-80 kW.I nästa steg som den elektriska strömkällan är planerat att använda kärn motorer 400 kW med upp till ett år i transportläge (för leverans av basmodulen GSO) och 150-180 kW vid kontinuerlig drift (minst 10-15 år).

kärnframdrivningssystemet antimeteoritnoy skyddar jorden

Genomförd RSC "Energi" i slutet av 90-talet designstudier har visat att inrättandet av antimeteoritnoy Jordens försvarssystem från kärnorna av kometer och asteroider kärnkraftverk och YAERDU kan användas för att:

inrätta ett system för övervakning av de banor av asteroider och kometer som korsar jordens omloppsbana.För att göra detta, placera den föreslagna speciella rymdfarkoster, utrustad med optisk och radarutrustning för att upptäcka farliga föremål, beräkna parametrarna för deras primära forskningsbanor och deras egenskaper.Systemet kan drivas utrymme kärn motor med två-NPU thermionic kapacitet på 150 kW.Dess resurser måste vara minst 10 år.
Tester av påverkan (explosion av en termonukleär anordning) och deponering säker asteroiden.Ström YAERDU att leverera testenheten mot asteroid-polygon beror på massan av nyttolast levererade (150-500 kW).
avsändande personal medlen (jaktplan totalvikt 15-50 ton) att närma sig jorden farliga föremål.Det kommer att ta en nukleär raketmotor kapacitet på 1-10 MW för leverans till de farliga asteroider termonukleära laddning, vars yta en explosion på grund av jet materialet kan avleda en asteroid från sin farlig väg.

leverans utrustning för forskning i rymden

Leverans av vetenskaplig utrustning till rymdföremål (avlägsna planeter, periodiska kometer, asteroider) kan utföras med hjälp av rymdbaserade LRE stegen.Använd nukleära motorer för rymdfarkoster är lämpligt, när uppgiften att nå omloppsbana satellit himlakropp, direktkontakt med en himlakropp, provtagning material och annan forskning som kräver viktökning forskningskomplex, införandet av start- och landnings-off stadier.

motorparametrar

nukleära motorer för rymdskepp kommer att utöka forskningskomplexet "fönster start" (på grund av ett kontrollerat flöde av arbets vätska), vilket förenklar planering och minskar kostnaden för projektet.Undersökningar som genomförts av RSC "Energia", visade att YAERDU 150 kW med upp till tre år är ett lovande sätt att leverera rymdmoduler i asteroidbältet.

Samtidigt tjänsteforskning i omloppsbana yttre planeterna i solsystemet kräver ökade resurser, en kärnteknisk anläggning, upp till 5-7 år.Det är bevisat att komplexa YAERDU kapacitet på cirka 1 MW som en del av ett forsknings rymdfarkost kommer att ge skyndsam frakt för 5-7 år att kretsa kring satelliter mest avlägsna planeter, planet rovers till ytan av dessa planeter, naturliga satelliter och mark sjöfart på jorden med kometer, asteroider och Merkuriusmånar Jupiter och Saturnus.

Återanvändbara lyft (MB)

En av de viktigaste sätten att förbättra effektiviteten i transporter i rymden är återanvändbara delar av transportsystemet.Kärn motorer för rymdskepp kapacitet på minst 500 kW kan du skapa en återanvändbar drag och därmed avsevärt förbättra effektiviteten i flera nivåer utrymme transportsystem.Speciellt användbar för ett sådant system i programmet ger en stor årlig frakttrafiken.Ett exempel skulle vara ett program för lunar utforskning med skapandet och upprätthållandet av ständigt öka beboeliga bas och experimentella tekniska och industriella komplex.

beräkning av omsättning

Enligt designstudier RSC "Energia", byggandet av basen på månen ska levereras moduler som väger ca 10 ton att kretsa kring månen -. Upp till 30 ton Den totala last från jorden i byggandet av en bemannad månbas och besökte månens omlopps stationuppskattas till 700-800 ton, och en årlig godstrafiken för drift och utveckling av bas -. 400-500 m

dock inte principen om driften av kärnmotorfrakt inte tillåta att skingra snabbt nog.På grund av den långa transporttiden och därför lång tid att hitta nyttolasten i jordens strålningsbälten, inte alla varor kan levereras med hjälp av bogserbåtar med en nukleär motor.Därför flyter det som kan ges baserat på YAERDU uppskattade bara 100-300 ton / år.

Ekonomisk effektivitet som ett kriterium för ekonomisk effektivitet mellan bana transportsystem är det lämpligt att använda värdet av enhetskostnaden för transport per massenhet nyttolasten (GHG) utsläpp från jordens yta på målet bana.RSC "Energia" har utvecklats ekonomiskt och matematisk modell som tar hänsyn till de viktigaste komponenterna i kostnaden i transportsystemet:

att skapa och omloppsbana insättningsmoduler bogserbåt;
att köpa driva en kärnteknisk anläggning,
driftskostnader, samt kostnader för forskning och utveckling och kapitalkostnader möjligt.

Kostnads indikatorer beror på de optimala parametrarna för MB.Med hjälp av denna modell den undersöktes av den jämförande kostnadseffektiviteten av användningen av återanvändbara bogserbåt baserad YAERDU kapacitet på cirka 1 MW och enkel ryck på grundval av lovande raketmotorer för flytande bränsle i ett program för att säkerställa leverans av jorden till månen omlopp höjd av 100 km total lastvikt på 100 ton / år.Om du använder samma bärraketen lastkapacitet motsvarar lyftkapacitet "Proton-M" och dvuhpuskovoy kretsar av transportsystemet av enhetskostnaden för att leverera en massenhet nyttolasten med hjälp av en bogserbåt på grundval av kärn motorn skulle vara tre gånger lägre än i engångsbogserbåtar på grundval av raketmotorer för flytande bränsle med DM-3.

Slutsats

effektiva nukleära framdrivning för rymden bidrar till att lösa miljöproblem på jorden, mänskliga flyg till Mars, skapa ett system för trådlös överföring av energi i rymden, genomförandet av utökad säkerhet begravning i rymden mycket farligt radioaktivt avfall marken av kärnenergi, skapandet av en bemannad månbas och toppindustriell utveckling av månen, skydd av jorden från asteroiden och kometrisk.