Motoare nucleare pentru nave spatiale

Rusia a fost și încă este lider în domeniul energiei nucleare spațiu. Experiența în proiectarea, construcția, punerea în funcțiune și nave spațiale echipate cu surse de energie nucleară sunt organizații, cum ar fi RSC „Energie“ și „Roskosmos“. motor nucleară permite să opereze aeronava timp de mai mulți ani, ceea ce le face mai practice în mod repetat caracterul adecvat.

record istoric

Utilizarea energiei nucleare în spațiu nu mai este o ficțiune în '70 ai secolului trecut. Primele motoare nucleare din 1970-1988 au fost lansate în spațiu și a folosit cu succes în spațiu vehicule (SV), observațiile de „US-A“. Acestea sunt aplicate la sistemul termoelectric al unei centrale nucleare (NPP) „Buck“ energie electrică de 3 kW.

În 1987-1988 două dispozitive „Plasma-A“, cu termionică CNE „Topaz“, 5 kW a fost spațiu de zbor-testare, în timpul căreia a fost pus în aplicare prima putere de propulsie electrică (ERE) de la sursa de energie nucleară.

Un complex de testare terestre de energie nucleară termionică instalație nucleară „Enisei“ putere de 5 kW. Pe baza acestor tehnologii dezvoltate proiecte capacitate termionică putere nucleară de 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC „Energia“ în anii '70 au început cercetările științifice și practice, al cărui scop a fost de a crea un motor puternic spațiu nuclear pentru interorbitală remorcher (MB) „Hercules“. Munca a dus la fundația de mai mulți ani de propulsie electrică nucleară (YAERDU) cu o capacitate de termionică putere nucleară de câteva sute de kilowați - și capacitatea de unitate de propulsie electrică de zeci până la sute de kilowați.

Parametrii de proiectare MB "Hercules":

• energie electrică utilă a energiei nucleare - 550 kW;
• propulsie electrică impuls specific - 30 km / s;
• propulsie de tracțiune electrică - 26 H;
• NPP resurselor și propulsie electrică - 16.000 de ore;
• lucru de propulsie electrică corp - xenon;
• greutate (uscat) remorcher - 14,5-15,7 t, inclusiv NEI - 6,9 tone.

contemporan

În secolul XXI este timpul pentru a crea un nou motor nuclear pentru spațiu. În octombrie 2009, la o reuniune a nou proiect „Crearea de transport și modul de energie, cu o instalație de megawatt-clasa de putere nucleară“ rus al Comisiei a fost aprobată oficial de către Consiliul Prezidențial pentru modernizare și dezvoltare tehnologică a economiei Rusiei. sunt cei mai importanți dezvoltatori:

• plantă Reactor - SA "NIKIET".
• centrală nucleară, cu un circuit de conversie a energiei turbină cu gaz, bazată pe motoarele de propulsie electrice și YAERDU electrorocket ionice în general - SSC „Centrul de Cercetare. M. V. Keldysha“, care este de asemenea responsabil pentru organizarea programului de dezvoltare a transportului și a modulului de energie (TEM) în ansamblu.
• RSC „Energie“ ca proiectant general TEM trebuie să dezvolte o mașină automată cu acest modul.

Caracteristicile noii instalații

Noul motor nuclear pentru spațiu Rusia intenționează să înceapă exploatarea comercială în următorii câțiva ani. Caracteristicile proiectate ale turbinei cu gaz YAERDU ce urmează. Reactorul ameliorator rapid reactor utilizat răcit cu gaz, temperatura fluidului de lucru (un amestec He / Xe) înainte de turbină - 1500 K, eficiența transformării energiei termice în energie electrică - 35%, de tip radiator cooler - picurare. Unitate Greutate (reactor, protecția împotriva radiațiilor, și sistemul de conversie, dar fără emițător de refrigerare) - 6800 kg.

Spațiu motoare nucleare (energie nucleară, energie nucleară, împreună cu EPS) plan de utilizare:

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

Principiul de funcționare a unui motor nuclear

Fie pe baza sintezei nucleilor sau asupra utilizării energiei de fisiune a combustibilului nuclear pentru a forma o împingere cu jet. Distinge tipuri de instalare puls-explozive și fluid. Explozie de plante emite în spațiu bombe atomice în miniatură, care detona câțiva metri distanță, explozia a împins nava înainte. În practică, nu se folosesc astfel de dispozitive.

Motoarele de propulsie lichide, pe de altă parte, a fost mult timp dezvoltat și testat. În anii '60, specialiștii sovietici au proiectat un model funcțional RD-0410. Aceste sisteme au fost dezvoltate în Statele Unite. Principiul lor se bazează pe încălzirea unui reactor nuclear mini-lichid, acesta este transformat în abur și formează un curent cu jet, care împinge nava. Deși dispozitivul este numit un lichid ca fluid de lucru, este utilizat în mod tipic hidrogen. Un alt scop al sistemelor nucleare spațiale - electric alimentat de la bord de rețea (echipamente) nave și sateliți.

Dispozitive grele de telecomunicații de comunicații spațiale globale

În momentul de față, este în curs de desfășurare de lucru pe motoarele nucleare pentru spațiu care vor fi utilizate în comunicațiile spațiale aparate grele. RSC „Energia“ au fost efectuate studii și modele ale sistemului de comunicare spațială la nivel mondial este competitivă economic cu telefonul mobil ieftin, care trebuia să realizeze transferul de „schimb de telefon“ de pe Pământ în spațiu.

Condițiile prealabile pentru crearea lor sunt:

• umplerea aproape completă a orbita geostaționară de operare (GEO) sateliți și pasivă;
• epuizarea resurselor de frecvență;
• experiență pozitivă de creare și exploatare comercială a informațiilor pe sateliți geostaționari „Yamal“.

Când creați un „Yamal“ platformă, noi soluții tehnice au fost de 95%, ceea ce a permis astfel de dispozitive să devină competitive pe piața mondială a serviciilor spațiale.

Se presupune înlocuirea modulelor cu echipament de comunicație tehnologică de aproximativ o dată la șapte ani. Aceasta ar crea un sistem multi-sateliți 3-4 grele pe orbita geostaționară, cu o creștere a puterii electrice consumate de acestea. Inițial, nava spatiala au fost proiectate pe baza puterii solare 30-80 kW. Următorul pas va utiliza motoare nucleare 400 kW, cu până la un an, în modul de transport (pentru livrarea modulului de bază GSO) și 150-180 kW într-un mod extins de funcționare (cel puțin 10-15 ani), ca sursă de energie.

Motoarele nucleare în antimeteoritnoy proteja sistemul Pământ

Finalizată RKK „Energie“ în cercetarea de proiectare sfârșitul anilor 90 a arătat că, în crearea sistemului de apărare antimeteoritnoy Pământ de nuclee de comete și asteroizi centrale nucleare și YAERDU pot fi folosite pentru:

1. Crearea unui sistem de monitorizare a traiectoriilor de asteroizi și comete care traversează orbita Pământului. Pentru aceasta a propus să aranjeze nave spațiale speciale dotate cu echipamente optice și radar pentru detectarea obiectelor periculoase, calcularea parametrilor traiectoriile lor și studiul principal al caracteristicilor lor. Motorul spațiu nuclear sistem cu dual-mode capacitate termionică NPI de 150 kW pot fi implicate. Viața ei ar trebui să fie de cel puțin 10 ani.
2. Testele de impact (dispozitiv de explozie termonucleare) la asteroid în condiții de siguranță depozit de deșeuri. livrarea de energie YAERDU a aparatului de testare a unui asteroid poligon depinde de masa de sarcină utilă livrată (150-500 kW).
3. Livrarea de expunere standard înseamnă (masa totală interceptor de 15-50 tone) pentru apropierea de lumea obiectelor periculoase. Necesită nucleare motor cu jet de capacitate de 1-10 MW pentru livrare la o sarcină periculoasă termonucleare asteroid, suprafața care explozie din cauza materialului asteroid cu jet capabil să - l respingă de cale periculoasă.

Livrare de echipamente de cercetare în spațiu adânc

Livrare de echipament științific la obiecte spațiale (planete îndepărtate, comete periodice, asteroizi) poate fi realizată prin utilizarea de etape LRE bazate pe spațiu. Utilizați motoare nucleare pentru vehiculele spațiale este oportun, atunci când sunt puse la ieșirea sarcina de a orbita unui corp ceresc al satelitului, contactul direct cu un corp ceresc, selectarea probelor materiale și alte cercetări care necesită complexe de cercetare creștere în masă, includerea de aterizare și etapele de decolare.

motoare parametrii

motor nuclear pentru complexul de cercetare nave spațiale se va extinde „start fereastra“ (din cauza unei evacuare controlată a vitezei de lucru a corpului), care simplifică planificarea și reduce costul proiectului. Studiile efectuate de RSC „Energia“, a aratat ca YAERDU 150 kW cu până la trei ani este un mijloc promițătoare de livrare module în spațiu centura de asteroizi.

În același timp, livrarea unei unități de cercetare de la orbita planetelor îndepărtate ale sistemului solar necesită o creștere a resurselor, o instalație nucleară de până la 5-7 ani. Este dovedit faptul că complexul YAERDU cu o capacitate de aproximativ 1 MW, ca parte a cercetării va permite navei spațiale accelerate de livrare pentru 5-7 ani pentru a orbita un satelit artificial cele mai multe planete îndepărtate, robotii planetare pe suprafața sateliților naturali ai acestor planete, și de livrare pe teren Pământ cu comete, asteroizi, Mercur și sateliții lui Jupiter și Saturn.

lift reutilizabil (MB)

Una dintre cele mai importante modalități de a îmbunătăți eficiența operațiunilor de transport în spațiu este elemente reutilizabile ale sistemului de transport. motor nuclear pentru putere nave spațiale de cel puțin 500 kW vă permite să creați câlți reutilizabile și, astfel, îmbunătăți în mod semnificativ eficiența cu mai multe niveluri de sistem de transport spațial. Utilă în special pentru un astfel de sistem în program oferă un trafic mare anual de marfă. Un exemplu ar fi un program de explorare lunar cu crearea și menținerea unei baze cu echipaj uman este în continuă creștere și complexe tehnologice și industriale experimentale.

calculul cifrei de afaceri

Conform studiilor de proiectare RSC „Energia“, construcția bazei pe lună ar trebui să fie livrate module cu o greutate de aproximativ 10 de tone, orbita Lunii - 30 m. Marfă totală de pe Pământ în construirea unei baze lunare cu echipaj uman și a vizitat stația orbitală lunar este estimat la 700-800 de tone și un trafic anual de marfă pentru exploatarea și dezvoltarea bazei - 400-500 m.

Cu toate acestea, principiul motorului nucleare nu permite cargoului pentru a dispersa rapid. Din cauza timpului lung de transport și, prin urmare, un timp considerabil găsirea centurile de radiații de sarcină utilă nu toate pot fi livrate marfa folosind remorchere cu motor nuclear. Prin urmare, marfa care pot fi furnizate pe baza YAERDU estimate numai 100-300 tone / an.

eficiență economică

Ca un criteriu de eficiență economică sistem de transport inter-orbită este recomandabil să se utilizeze valoarea costului unitar al transportului pe unitatea de masă a încărcăturii utile (GES) de la suprafața pământului în orbita țintă. RSC „Energia“ modelul economic și matematic, care ia în considerare principalele componente ale costurilor în sistemul de transport a fost dezvoltat:

• crearea și eliminarea unităților orbită remorchere;
• pentru achiziționarea de exploatarea unei instalații nucleare;
• costurile de exploatare, precum și pentru cercetare și dezvoltare și eventualele costuri de cheltuieli de capital.

Parametrii de costuri depind de parametrii optimi de MB. Folosind acest model a fost investigat eficiența economică comparativă a reutilizabil puterii YAERDU pe bază de remorcher de aproximativ 1 mW și remorcher de unică folosință , pe baza avansate de lichid motor racheta in program pentru a asigura livrarea la altitudinea orbita Pământului Luna de masa totală 100 km sarcină utilă de 100 tone / an. Atunci când se utilizează același rapel capacitate taxe egale „Proton-M“ și dvuhpuskovoy de construcție de circuit din costurile de transport specifice sistemului de transport pe unitatea de masă a sarcinii utile folosind remorcher pe baza motorului nucleare va fi de trei ori mai mici decât atunci când se utilizează de unică folosință bazat pe remorchere cu motoare rachetă cu combustibil lichid de tip MM-3.

concluzie

propulsie nucleară eficientă pentru spațiu contribuie la soluționarea problemelor de mediu ale pământului, zborul omului pe Marte, crearea unui sistem de transmisie wireless de energie în spațiu, punerea în aplicare a îngropării securitate îmbunătățită în spațiu extrem de periculos la sol a deșeurilor radioactive energiei nucleare, crearea unei baze lunare cu echipaj uman și dezvoltarea comercială a Lunii, pentru a se asigura protejează Pământul de pericol asteroid și cometa.