Nuklearni motori za svemirske brodove

Rusija je bila i još uvijek je lider u području nuklearne svemirske energije. Iskustvo u projektiranju, izgradnji, puštanje u rad i rad svemirske letjelice opremljene sa izvorima nuklearne elektrane su organizacije poput RSC „Energija” i „Roskosmos”. Nuklearna motora omogućuje da rade zrakoplov već dugi niz godina, što ih više praktičnu prikladnost puta.

povijesni zapisi

Korištenje nuklearne energije u prostoru više nije fikcija u 70-ih godina prošlog stoljeća. Prve nuklearne motori u 1970-1988 pokrenute su u svemir i uspješno koristi u svemirskim vozilima (sv) promatranja „US-A”. Oni se primjenjuju na termo sustav nuklearne elektrane (NE) „Buck” elektroenergetskog od 3 kW.

U 1987-1988 dvaju uređaja „Plazma-A” s termionska NE „Topaz” 5 kW je let-testiranje prostor, u kojem je prvi put proveden snage električni pogon (ERE) od izvora nuklearne elektrane.

Kompleks zemaljske testiranje nuklearne elektrane termionska nuklearnog postrojenja „Jenisej” snage 5 kW. Na temelju tih tehnologija razvijena projekte termionska kapacitet nuklearna sila 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC „energija” u 70-počeo znanstvenih i praktičnih istraživanja, čija je svrha bila stvoriti snažan svemirski motor nuklearne za Interorbital tegljača (MB) „Hercules”. Rad je dovelo do temelja za mnogo godina od nuklearne električne propulzije (YAERDU) s termionska kapaciteta nuklearne elektrane od nekoliko stotina - kilovata i kapacitet električne pogonske jedinice od nekoliko desetaka do nekoliko stotina kilovata.

Dizajn parametri MB "Hercules":

• Elektromotorni korisni nuklearne energije - 550 kW;
• specifični impuls električni pogon - 30 km / s;
• Električni pogon potisak - 26 H;
• resurs NPP i električni pogon - 16.000 sati;
• Radno tijelo električni pogon - ksenona;
• težina (suh) tegljača - 14,5-15,7 t, uključujući Nei - 6.9 tona.

suvremena

U XXI stoljeća je vrijeme za stvaranje nove nuklearne motor za prostor. U listopadu 2009. godine, na sastanku Komisije novog ruskog projekta „Stvaranje prometne i energetske modula s instalacijom megavat-klase od nuklearne energije” je službeno odobren od strane Vijeća predsjednički za modernizaciju i tehnologijski razvoj ruskog gospodarstva. su vodeći programeri:

• Reaktor biljka - JSC "NIKIET".
• Nuklearna elektrana s plinske turbine za pretvorbu energije sklop, na temelju električnih pogonskih motora i ionske electrorocket YAERDU općenito - SSC „Research Center. M. V. Keldysha”, koji je također odgovoran za organizaciju programa razvoja prometne i energetske modula (TEM) u cjelini.
• RSC „energija” kao opći TEM dizajner mora razviti automatski stroj s ovim modulom.

Karakteristike nove instalacije

Novi nuklearni motor za svemirski Rusija planira početak komercijalnog rada u sljedećih nekoliko godina. Projekcija karakteristike plinske turbine YAERDU sljedećeg. Reaktor koristi plin ohladi reaktor brzo uzgajivač, temperatura medija (smjesa He / Xe) prije turbine - 1500 K, učinkovitost pretvaranje toplinske energije u električnu energiju - 35%, radijator tipa hladnjak - kapanje. Jedinica za težinu (reaktor, zaštita od zračenja, te sustav za pretvorbu, ali bez rashladnog emiter) - 6800 kg.

Prostor nuklearnih motora (nuklearna energija, nuklearna energija, zajedno s EPS) plana za korištenje:

• U sklopu budućih svemirskih vozila.
• Kao izvore električne energije za energetski intenzivne sustave i svemirske letjelice.
• Kako bi riješio prva dva problema u prometne i energetske modula kako bi se osiguralo isporuku teških electrorocket svemirskim brodovima i vozilima na radnom orbiti i daljnje dugoročne opskrbe energijom opreme.

Princip rada nuklearnog motora

Temelji se na sintezu jezgre ili na korištenje energije fisije nuklearnog goriva , čime se dobije jet potisak. Razlikovati instalacija puls-eksplozivnih i tekućine vrste. Eksplozija biljka ispušta u svemir minijaturnih atomskih bombi koje detoniranje nekoliko metara, eksplozija gura brod prema naprijed. U praksi, takvi uređaji ne koriste.

Tekući pogonski motori, s druge strane, je odavno razvijen i testiran. Natrag u 60-ih godina, sovjetski stručnjaci osmislili su djelatan modela RD-0410. Ovi sustavi su razvijeni u SAD-u. Njihov princip se temelji na zagrijavanje tekućih nuklearnog mini-reaktor se pretvara u paru i tvori mlazna struja, koja gura letjelica. Iako je naprava naziva tekućine kao radne tekućine, tipično se koristi vodik. Druga svrha prostornih nuklearnih sustava - Powered električni brodu mreža (uređaji) brodova i satelita.

Teški telekomunikacijskih uređaja globalni prostor komunikacije

U ovom trenutku, rad je u tijeku na nuklearnim motora za prostor koji će se koristiti u teškim aparata prostor komunikacije. RSC „Energia” su provedena istraživanja i dizajna globalnog prostora komunikacijski sustav je ekonomski konkurentan s jeftinim mobilnim telefonom koji je trebao ostvariti transfer „telefonsku centralu” sa Zemlje u svemir.

Preduvjeti za njihovo stvaranje su:

• gotovo potpuno punjenje geostacionarne orbite (GEO) satelita rada i pasivni;
• iscrpljivanje frekvencije resursa;
• Pozitivno iskustvo stvaranja i komercijalno iskorištavanje informacijskih geostacionarni sateliti „YAMAL”.

Kada stvorite „Yamal” platformu, nova tehnička rješenja su 95%, što je omogućilo takve uređaje da postanu konkurentni na svjetskom tržištu svemirskih usluga.

Pretpostavlja se zamjena modula s tehnološkom opremom za komunikaciju otprilike svakih sedam godina. To bi stvoriti sustav multi-3-4 teških satelita u geostacionarnoj orbiti s povećanjem električne energije potrošene po njima. U početku, letjelica su dizajnirani na temelju sunčeve energije 30-80 kW. Sljedeći korak se koristi nuklearne Motori 400 kW do jedne godine, u transportnom modu (za isporuku osnovnom modulu gso) i 150-180 kW u produženom načina rada (najmanje 10-15 godina) kao izvor napajanja.

Nuklearni motori u antimeteoritnoy zaštititi Zemlju sustav

Završio RKK „energija” u kasnim 90-dizajn istraživanja su pokazala da se u stvaranju antimeteoritnoy obrambenog sustav za uzemljenje iz jezgre kometa i asteroida nuklearne elektrane i YAERDU se mogu koristiti za:

1. Stvaranje sustava za praćenje putanje asteroida i kometa koji prelaze Zemljinu orbitu. Za to predložio da organizira posebnu letjelicu opremljenu s optičkim i radarske opreme za otkrivanje opasnih objekata, izračunavanje parametara njihove putanje i osnovno proučavanje njihove karakteristike. Sustav nuklearnog prostor motor sa dual-mode termionska NPI kapacitetom od 150 kW mogu biti uključeni. Njen život bi trebao biti najmanje 10 godina.
2. Ispitivanja utjecaja (termonuklearni eksplozija uređaja) na odlagališta sigurno asteroida. YAERDU snaga isporuku aparata za ispitivanje za asteroidno-mnogokuta ovisi o masi isporučenog tereta (150-500 kW).
3. Isporuka standardne ekspozicije znači (interceptor ukupnu masu od 15-50 tona) za približavanje opasnoj predmetnog svijeta. Zahtijevaju nuklearni jet motora kapaciteta 1-10 MW za isporuku u opasnu asteroidni termonuklearnog naplate, površine koje eksplozije uslijed mlaza asteroidni materijal koji može odbaciti od opasnih puta.

Isporuka znanstvene opreme u dubokom svemiru

Isporuka znanstvene opreme prostora objekata (udaljenih planeta, periodičnih kometa, asteroida) može se provesti uz korištenje svemirskih fazama LRE. Koristite nuklearnih motora za svemirskih vozila je svrhovito, kada se stavi na programskoj izlaz u orbitu nebeskog tijela satelita, direktan kontakt sa nebeskog tijela, izbor materijalnih uzoraka i drugih istraživanja koja zahtijevaju masovno povećanje istraživačkog kompleksa, uključivanje slijetanja i polijetanja faze.

parametri motora

Nuklearna motor za svemirska istraživanja kompleksa će se proširiti na „Start prozor” (zbog kontroliranog ispuštanja radne brzine tijela), što olakšava planiranje i smanjuje troškove projekta. Istraživanja provedena RSC „Energia”, pokazalo je da YAERDU 150 kW do tri godine je obećavajuće sredstvo za isporuku modula u prostor asteroidnog pojasa.

Istovremeno je isporuka istraživačke jedinice u orbiti udaljenih planeta Sunčevog sustava zahtijeva povećanje resursa, nuklearnog postrojenja do 5-7 godina. Dokazano je da YAERDU kompleks s kapacitetom od oko 1 MW u sklopu istraživanja omogućit će letjelica ubrzana isporuka za 5-7 godina u orbitu umjetni satelit najudaljeniji planete, planetarni Roversa na površini od prirodnih satelita tih planeta, a isporuka je u prizemlju Zemlje s kometa, asteroida, Merkur i sateliti Jupitera i Saturna.

Višekratnu lift (MB)

Jedan od najvažnijih načina za poboljšanje učinkovitosti prijevoza u prostoru za višekratnu upotrebu elemenata prometnog sustava. Nuklearna motor za svemirska snage od najmanje 500 kW omogućuje stvaranje višekratnu vuču i time značajno poboljšati učinkovitost višeslojnim prostor transportnog sustava. Posebno korisno za takav sustav u programu pružaju veliki godišnji teretni promet. Primjer bi bio program istraživanja Mjeseca sa stvaranjem i održavanjem ljudskom posadom baze u stalnom je porastu i eksperimentalni tehnološki i industrijski kompleksi.

Obračun prometa

Prema dizajn studije RSC „Energia”, izgradnja baze na Mjesecu treba dostaviti module za vaganje oko 10 tona, orbite Mjeseca - 30 m. Ukupno teret sa Zemlje u izgradnji s ljudskom posadom mjesečevu bazu i posjetio lunarni orbitalnu stanicu procjenjuje se na 700-800 tona i godišnji teretni promet za rad i razvoj baze - 400-500 m.

Međutim, princip nuklearne motora ne dopušta teretnjak za brzo raspršiti. Zbog dugog vremena transporta i stoga, dosta vremena pronalaženje nosivošću radijacijskih pojaseva ne svi teret može isporučiti pomoću tegljača s nuklearnim motora. Dakle, teret koji se mogu predvidjeti na temelju YAERDU procjenjuje samo 100-300 tona / godišnje.

ekonomska učinkovitost

Kao kriterij ekonomske učinkovitosti između orbite transportnog sustava poželjno je koristiti vrijednost jedinični trošak transporta po jedinici mase tereta (GHG) od površine zemlje u ciljnom orbitu. RSC „Energia” ekonomski i matematički model, koji uzima u obzir glavne komponente troškova u transportni sustav je razvijen:

• stvaranje i uklanjanje orbita tegljača jedinica;
• za kupnju operativni nuklearno postrojenje;
• operativni troškovi, kao i za troškove kapitalnih izdataka za istraživanje i razvoj i.

Parametri troškova ovise o optimalnim parametrima MB. Koristeći ovaj model je istraživana komparativnu ekonomske učinkovitosti višekratnu upotrebu tegljača temelji YAERDU snage oko 1 MW i raspoloživog potezanja na temelju naprednog tekućeg raketnog motora u programu kako bi se osigurala isporuka do Zemlje Mjesec orbite nadmorskoj visini od 100 km korisničkim sadržajem ukupne mase 100 tona / godišnje. Kada koristite iste booster nosivost jednaku obvezu „Proton-M” i dvuhpuskovoy krug izgradnju specifičnih troškove prijevoza transportnog sustava po jedinici mase tereta pomoću tegljača na temelju nuklearne motor će biti tri puta manja nego kada se koristi za jednokratnu upotrebu temelju tegljača s tekućim raketnog motora tipa MM-3.

zaključak

Učinkovito nuklearna propulzija za prostor doprinosi rješavanju ekoloških problema u zemlji, let čovjeka na Mars, stvarajući sustav bežičnog prijenosa energije u prostoru, provedba poboljšane zaštite ukopa u prostoru vrlo opasnom terenu radioaktivnog otpada iz nuklearne energije, stvaranje ljudskom posadom mjesečevu bazu i komercijalni razvoj Mjeseca, kako bi se osigurala zaštititi Zemlju od asteroida i kometa opasnosti.