Nuklearna motora za svemirske brodove

Rusija je i dalje je lider u oblasti nuklearne prostora energije. Iskustvo u projektovanju, izgradnji, puštanje u rad i rad svemirske letjelice opremljene nuklearnim izvorima energije su organizacije kao što je RSC "Energija" i "Roskosmos". Nuklearna omogućuje da rade na avion za mnogo godina, što ih čini praktičnu pogodnost u više navrata.

istorijski rekord

Korištenje nuklearne energije u prostoru više nije fikcija u 70-tih godina prošlog stoljeća. Prvi nuklearni motori u 1970-1988 su lansirani u svemir i uspješno koristiti u prostoru vozila (SV) zapažanja "US-A". Oni se primjenjuju na termoelektrični sistem jedne nuklearne elektrane (NPP) "Buck" električne energije od 3 kW.

U 1987-1988 dva uređaja "plazma-A" sa termojonske NPP "Topaz" 5 kW je let-testiranje prostor, u kojem je prvi put realizovan snage električni pogon (ERE) od izvora nuklearne energije.

Kompleks zemaljske testiranje nuklearne energije termojonske nuklearne instalacije "Jenisej" snage od 5 kW. na ovim tehnologijama razvijene projekte termojonske nuklearnu elektranu kapaciteta 25-100 kW na bazi.

MB "Herkules"

RSC "Energija" u 70-ih počeo naučnih i praktičnih istraživanja, čiji je cilj bio da se stvori snažan prostor motor nuklearne za Interorbital tug (MB) "Herkules". Rad doveo je do temelja za mnogo godina nuklearnog električnog pogona (YAERDU) sa termojonske nuklearni energetski kapacitet od nekoliko - stotina kilovata i električnog pogona jedinice kapaciteta od nekoliko desetina do nekoliko stotina kilovata.

Dizajn parametri MB "Herkules":

• korisne električne energije od nuklearne energije - 550 kW;
• specifičnog impulsa električnog pogona - 30 km / s;
• Električni pogon potisak - 26 H;
• resursa NPP i električni pogon - 16.000 sati;
• radno tijelo električni pogon - xenon;
• težine (suho) Tug - 14,5-15,7 t, uključujući NEI - 6.9 tona.

savremenik

U XXI vijeku da je vrijeme da se stvori novi nuklearni motor za prostor. U oktobru 2009. godine, na sastanku Komisije novog ruskog projekta "Stvaranje transporta i energije modul sa instalacija megavat-klase od nuklearne energije" je službeno odobren od strane predsedničkog saveta za modernizaciju i tehnološki razvoj Rusije ekonomije. su vodeći programeri:

• Reaktor biljka - AD "NIKIET".
• Nuklearna elektrana sa strujni krug za konverziju plinske turbine, zasnovan na električni pogon motora i jonske electrorocket YAERDU općenito - SSC "Centar za istraživanje. M. V. Keldysha ", koja je odgovorna za organizaciju programa razvoja transportnih i energetskih modula (TEM) u cjelini.
• RSC "Energija", kao generalni TEM dizajner moraju razviti automatska mašina sa ovog modula.

Karakteristike nove instalacije

Novih nuklearnih motor za prostor Rusija planira da početi s komercijalnim radom u narednih nekoliko godina. Projektovani karakteristike plinske turbine YAERDU sljedeće. Reaktor se koristi plin hladi brzo uzgajivač reaktora, temperatura radnog fluida (mješavina On / Xe) prije turbina - 1500 K, efikasnost pretvaranja toplinske energije u električnu energiju - 35%, radijator tipa hladnjak - kap po kap. Težina jedinice (reaktor, zaštite od zračenja, kao i sistem za konverziju, ali bez rashladnih emiter) - 6800 kg.

Prostor nuklearne motora (nuklearne elektrane, nuklearne elektrane, zajedno sa EPS) plan za korištenje:

• Kao dio buduće svemirske vozila.
• Kao izvor električne energije za energetski intenzivne sisteme i svemirskih letjelica.
• Da bi riješili prva dva problema u transportu i energije modul kako bi se osigurala isporuku teških electrorocket svemirskim brodovima i vozilima na radnom orbiti i dalje dugoročno snabdijevanje energijom opreme.

Princip rada nuklearnih motora

Analizirana ili na temelju sinteze jezgara ili o korištenju energije fisije nuklearnog goriva za formiranje jet potisak. Razlikovati instalacija puls-eksplozivnih i tekućine tipa. biljka Blast emitira u svemir minijaturni atomske bombe da detonira nekoliko metara dalje, eksplozija gurnuo brod naprijed. U praksi, takvi uređaji se ne koriste.

Liquid pogonski motori, s druge strane, je odavno razvijen i testiran. Natrag u 60-ih godina, sovjetski stručnjaci su osmislili izvediv model RD-0410. Ovi sistemi su razvijeni u Sjedinjenim Američkim Državama. Njihov princip se zasniva na grijanje tekućine nuklearnog mini-reaktora, on se pretvara u paru i formira jet stream, koji gura svemirski brod. Iako je uređaj se zove tečnost kao radni fluid, tipično vodik se koristi. Drugu svrhu nuklearnih sistema prostora - električnim brodu mreže (oprema) brodova i satelita.

Heavy telekomunikacijskih uređaja globalnog prostora komunikacije

U ovom trenutku, rad je u toku o nuklearnoj motora za prostor koji će se koristiti u teškim aparat prostor komunikacije. RSC "Energia" su sprovedena studija i projekata globalnog sistema prostor komunikacija je ekonomski konkurentni jeftini mobilni telefon koji je trebao ostvariti transfer "telefonske centrale" sa Zemlje u svemir.

Pretpostavke za njihov nastanak su:

• gotovo potpuno punjenje geostacionarnoj orbiti (GEO) satelita za rad i pasivno;
• iscrpljenosti frekvencije resursa;
• pozitivno iskustvo stvaranja i komercijalne eksploatacije informacija geostacionarnih satelita "Jamal".

Kada stvoriti platformu "Jamal", nova tehnička rješenja su 95%, što je omogućilo takve uređaje da postanu konkurentni na svjetskom tržištu prostora usluga.

Pretpostavlja se zamjena modula sa tehnološkim komunikacijske opreme otprilike svakih sedam godina to. To bi stvorilo sistem multi-3-4 teških satelita u geostacionarnoj orbiti uz povećanje električne energije koju troši ih. U početku, letilica su dizajnirane na bazi solarne energije 30-80 kW. Sljedeći korak će koristiti nuklearno motora 400 kW do jedne godine u režimu saobraćaja (za isporuku osnovnih modula GSO) i 150-180 kW u proširenom režimu rada (najmanje 10-15 godina) kao izvora energije.

Nuklearna motora u antimeteoritnoy štiti sistem Zemlje

Završena RKK "Energy" u istraživanju dizajn kasnih 90-ih godina pokazala je da u stvaranju antimeteoritnoy sistema Zemlju odbrane od jezgra kometa i asteroida nuklearne elektrane i YAERDU mogu se koristiti za:

1. Stvaranje sistema za praćenje putanje asteroida i kometa koji prelaze Zemljinu orbitu. Za ovaj predloženi organizirati poseban svemirski brod opremljen s optičkim i radarske opreme za otkrivanje opasnih predmeta, izračunavanje parametara njihove putanje i osnovno proučavanje njihove karakteristike. Sistem nuklearni prostor motor sa dual-mode termojonske NPI kapacitetom od 150 kW mogu biti uključene. Njen život bi trebao biti najmanje 10 godina.
2. Ispitivanja uticaja (termonuklearne eksplozije uređaja) na deponiju sigurno asteroida. YAERDU isporuku snage testa aparata na asteroid-poligon zavisi od mase isporučene nosivost (150-500 kW).
3. Isporuka standardne ekspozicije znači (presretač ukupne mase 15-50 tona) za približavanje opasan svijet objekta. Zahtijevaju nuklearni mlazni motor kapacitet od 1-10 MW za isporuku opasan asteroid punjenja termonuklearni, čija površina eksplozije zbog jet asteroid materijalne mogućnosti da ga odbije od opasan put.

Isporuka istraživačke opreme u dubokom svemiru

Isporuka naučne opreme do svemirskih objekata (udaljenih planeta, periodičnih kometa, asteroida) može se izvesti uz korištenje u svemiru LRE faze. Koristiti nuklearno motori za svemirska vozila je svrsishodno, kada se stavi na izlaz zadatak da orbitiraju oko nebeskog tijela satelita, direktan kontakt sa nebesko tijelo, izbor uzoraka materijala i druga istraživanja zahtijevaju povećanja mase istraživanja kompleksa, uključivanje slijetanje i polijetanje faze.

parametri motora

Nuklearna motor za svemirski brod istraživanje kompleks će proširiti "Start prozor" (zbog kontrolirano odlaganje brzine rada tijela), što pojednostavljuje planiranje i smanjuje troškove projekta. Studije provodi RSC "Energia", pokazalo je da YAERDU 150 kW sa do tri godine je obećavajući način dostavljanja modula u prostoru asteroida.

Istovremeno isporuku istraživačka jedinica u orbitu dalekih planeta Sunčevog sistema zahtijeva povećanje resursa, nuklearnog postrojenja do 5-7 godina. Dokazano je da YAERDU kompleks s kapacitetom od oko 1 MW kao dio istraživanja će omogućiti svemirski brod ubrzane isporuke za 5-7 godina u orbitu umjetni satelit najudaljenija planeta, planetarnog rovera na površinu prirodnog satelita ovih planeta, kao i isporuku na terenu Zemlju kometa, asteroida, Merkura i satelita Jupitera i Saturna.

Višekratnu upotrebu lift (MB)

Jedan od najvažnijih načina za poboljšanje efikasnosti transportnih operacija u prostor za višekratnu upotrebu elemenata transportnog sistema. Nuklearna motor za svemirski brod moć od najmanje 500 kW vam omogućuje stvaranje višekratnu upotrebu auto i time znatno poboljšati efikasnost sistema prostora transport višeslojnoj. Posebno korisno za takav sistem u programu daju veliki godišnji teretni saobraćaj. Jedan primjer bi bio program lunarnih istraživanja sa stvaranjem i održavanjem ljudskom posadom baze u stalnom je porastu i eksperimentalni tehnološke i industrijske komplekse.

obračun prometa

Prema projektu studija RSC "Energia", izgradnju baze na Mjesecu bi trebao biti isporučeni module težine oko 10 tona, orbite Mjeseca -. 30 m Ukupna teret od Zemlje u izgradnji ljudskom posadom bazu i posjetio lunarne orbitalne stanice se procjenjuje na 700-800 tona i godišnji teretni saobraćaj za rad i razvoj baze - 400-500 m.

Međutim, princip nuklearnog motora ne dozvoljava teretnjak brzo se raziđu. Zbog dugog vremena transporta i zbog toga dosta vremena pronalaženje nosivosti pojaseve radijacije nije sve teret može isporučiti pomoću remorkera s nuklearnim motora. Dakle, teret koji se mogu dati na osnovu YAERDU procijenjena samo 100-300 tona / godišnje.

ekonomsku efikasnost

Kao kriterij ekonomske efikasnosti transportnog sistema među orbiti, preporučljivo je koristiti vrijednosti jediničnog troška transporta po jedinici mase nosivost (GHG) od površine zemlje u ciljnu orbitu. RSC "Energia" ekonomski i matematički model, koji uzima u obzir glavne komponente troškova u transportnom sistemu razvijen je:

• stvaranje i eliminaciju orbite tegljača jedinica;
• za kupovinu radi nuklearnih postrojenja;
• operativni troškovi, kao i za istraživanje i razvoj i moguće troškove kapitalnih izdataka.

Trošak parametri ovise o optimalnih parametara MB. Koristeći ovaj model je istražen komparativne ekonomske efikasnosti za višekratnu upotrebu tegljača na osnovu YAERDU snage oko 1 MW i za jednokratnu upotrebu tegljača na temelju naprednih tečnih raketnog motora u programu kako bi se osiguralo isporuku na Zemlju Moon orbitu visini od 100 km nosivosti ukupne mase 100 tona / godišnje. Kada se koristi isti buster nosivosti jednak dužnost "Proton-M" i dvuhpuskovoy kola izgradnju specifični troškovi transportnog sistema dostave po jedinici mase teret pomoću tegljača na osnovu nuklearnih motora će biti tri puta manja nego kada se koristi za jednokratnu upotrebu na osnovu remorkera s raketne motore tipa MM-3.

zaključak

Efektivna nuklearni pogon za prostor doprinosi rješavanju ekoloških problema zemlje, let čovjeka na Mars, stvarajući sistem bežičnog prenosa energije u prostoru, provođenje sigurnosne poboljšanom sahrane u prostoru veoma opasni radioaktivni otpad terenu od nuklearne energije, stvaranje ljudskom posadom baze i komercijalni razvoj Mjeseca, kako bi se osigurala zaštititi Zemlju od asteroida i kometa opasnost.