Motors nuclears per a naus espacials

Rússia ha estat i segueix sent el líder en el camp de l'energia nuclear a l'espai. L'experiència en el disseny, construcció, posada en marxa i operació de la nau espacial equipada amb fonts d'energia nuclear són organitzacions com la RSC "Energia" i "Roskosmos". motor nuclear permet operar l'aeronau durant molts anys, fent-los més pràctic idoneïtat repetidament.

registre històric

L'ús de l'energia nuclear en l'espai ja no és una ficció al 70-s del segle passat. Els primers motors nuclears en 1970-1988 van ser llançats a l'espai i s'utilitzen amb èxit en vehicles espacials (SV) observacions de "US-A". S'apliquen al sistema termoelèctric d'una planta d'energia nuclear (NPP) "Buck" d'energia elèctrica de 3 kW.

En 1987-1988 dos dispositius "Plasma-A" amb termoiònica NPP "Topaz" 5 kW ha estat espai-proves de vol, durant el qual es va dur a terme primer la potència de propulsió elèctrica (ERO) de la font d'energia nuclear.

Un complex de proves terrestres d'energia nuclear termoiònica instal·lació nuclear de potència "Yenisei" de 5 kW. Sobre la base d'aquestes tecnologies desenvolupades projectes de capacitat d'energia nuclear termoiònica de 25-100 kW.

MB "Hèrcules"

RSC "Energia" en els anys 70 va començar les investigacions científiques i pràctiques, l'objectiu era crear un espai potent motor nuclear per interorbitario estirada (MB) "Hèrcules". El treball va portar a la base de molts anys de la propulsió elèctrica nuclear (YAERDU) amb capacitat nuclear termoiònica d'uns pocs centenars de quilowatts - i capacitat de la unitat de propulsió elèctrica de desenes a centenars de quilowatts.

Els paràmetres de disseny MB "Hèrcules":

• energia elèctrica útil de l'energia nuclear - 550 kW;
• impuls específic de propulsió elèctrica - 30 km / s;
• Elèctric empenta de propulsió - 26 H;
• NPP i propulsió elèctrica de recursos - 16.000 hores;
• cos de treball de propulsió elèctrica - xenó;
• pes (sec) remolcador - 14,5-15,7 t, incloent NEI - 6,9 tones.

contemporani

Al segle XXI és el moment de crear un nou motor nuclear per a l'espai. A l'octubre de 2009, en una reunió del nou projecte "Creació de transport i el mòdul d'energia amb una instal·lació de classe megawatt de potència nuclear" de la Comissió de Rússia ha estat aprovat oficialment pel Consell Presidencial per a la Modernització i Desenvolupament Tecnològic de l'economia de Rússia. són els principals desenvolupadors:

• planta del reactor - JSC "NIKIET".
• Planta d'energia nuclear amb un circuit de conversió d'energia de turbina de gas, basat en els motors de propulsió elèctrics i YAERDU electrorocket iònic en general - SSC "Centre d'Investigació. M. V. Keldysha ", que també és responsable de l'organització del programa de desenvolupament del transport i el mòdul d'energia (TEM) en el seu conjunt.
• RSC "Energia" com a dissenyador general de TEM ha de desenvolupar una màquina automàtica amb aquest mòdul.

Característiques de la nova instal·lació

Nou motor nuclear per a l'espai Rússia planeja iniciar l'operació comercial en els propers anys. característiques projectades de la turbina de gas YAERDU següent. El reactor utilitzat reactor reproductor ràpid refrigerat per gas, la temperatura del fluid de treball (una barreja de He / Xe) abans de la turbina - 1.500 K, l'eficiència de la conversió d'energia tèrmica en energia elèctrica - 35%, de tipus radiador nevera - degoteig. Pes unitari (reactor, la protecció radiològica, i el sistema de conversió, però sense emissor de refrigeració) - 6800 kg.

Espai motors nuclears (l'energia nuclear, l'energia nuclear, juntament amb EPS) pla per utilitzar:

• Com a part de futurs vehicles espacials.
• Com a fonts d'energia elèctrica per als sistemes d'alt consum energètic i les naus espacials.
• Per resoldre els dos primers problemes en el mòdul de transport i l'energia per assegurar el lliurament de naus espacials electrorocket pesats i vehicles en l'òrbita de treball i encara més el subministrament d'energia a llarg termini de l'equip.

El principi de funcionament d'un motor nuclear

Basant ja sigui sobre la síntesi de nuclis o sobre l'ús de l'energia de fissió del combustible nuclear per formar un empenta del raig. Distingir els tipus d'instal·lació de pols-explosius i de fluids. Explosió de planta emet a l'espai bombes atòmiques en miniatura que la detonació d'uns pocs metres de distància, l'explosió va empènyer el vaixell cap a endavant. A la pràctica, no s'utilitzen aquests dispositius.

els motors de propulsió de líquid, d'altra banda, té una llarga han desenvolupat i provat. Allà pels anys 60, els especialistes soviètics han dissenyat un model viable RD-0410. Aquests sistemes s'han desenvolupat als Estats Units. El seu principi es basa en l'escalfament d'un mini-reactor nuclear líquid, es converteix en vapor i forma un corrent en doll, que empeny la nau espacial. Encara que el dispositiu es diu un líquid com a fluid de treball, s'utilitza típicament hidrogen. Un altre propòsit dels sistemes nuclears espacials - elèctric alimentat de xarxa (equips) vaixells i satèl·lits a bord.

dispositius de telecomunicacions pesats comunicació espai global

En aquests moments, s'està treballant en els motors nuclears per a l'espai que s'utilitzaran en les comunicacions espacials aparells pesats. RSC "Energia" s'han dut a terme estudis i dissenys del sistema de comunicació espai global és econòmicament competitiu amb el telèfon mòbil barat que suposadament anava a aconseguir la transferència de "central telefònica" de la Terra en l'espai.

Els requisits previs per a la seva creació són:

• omplert gairebé complet de l'òrbita geoestacionària de funcionament (GEO) satèl·lits i passiva;
• esgotament dels recursos de freqüència;
• experiència positiva de la creació i l'explotació comercial de la informació satèl·lits geoestacionaris "Yamal".

Quan es crea una plataforma "Yamal", noves solucions tècniques han estat del 95%, el que va permetre aquest tipus de dispositius per a ser competitius en el mercat mundial de serveis espacials.

Se suposa la substitució de mòduls amb equip de comunicació tecnològica aproximadament cada set anys. Es crearia un sistema de multi-3-4-satèl·lits pesats en òrbita geoestacionària amb un augment de la potència elèctrica consumida per ells. Inicialment, la nau espacial s'han dissenyat sobre la base de l'energia solar de 30-80 kW. El següent pas serà utilitzar els motors nuclears de 400 kW amb fins a un any en la manera de transport (per al lliurament del mòdul bàsic OSG) i 150-180 kW en una manera de funcionament perllongat (almenys 10-15 anys) com a font d'energia.

motors nuclears en antimeteoritnoy protegir el sistema de la Terra

Completat RKK "energia" en la investigació del disseny a la fi dels 90 ha demostrat que en la creació del sistema de defensa antimeteoritnoy Terra des dels nuclis dels cometes i asteroides de plantes d'energia nuclear i YAERDU es poden utilitzar per:

1. La creació d'un sistema de seguiment de les trajectòries dels asteroides i cometes que creuen l'òrbita de la Terra. Per aquesta proposat disposar nau especial equipat amb mitjans òptics i de radar per la detecció d'objectes perillosos, el càlcul dels paràmetres de les seves trajectòries i primari de l'estudi de les seves característiques. El motor espai nuclear amb sistema de doble manera de capacitat termoiònica NPI de 150 kW pot estar involucrat. La seva vida ha de ser d'almenys 10 anys.
2. Les proves d'impacte (dispositiu d'explosió termonuclear) a l'asteroide segura abocador. lliurament de potència YAERDU de l'aparell d'assaig a un asteroide-polígon depèn de la massa de la càrrega útil lliurada (150-500 kW).
3. Lliurament d'exposició estàndard significa (massa total de l'interceptor de 15-50 tones) per a l'aproximació al món dels objectes perillosos. Requerir nuclear motor a reacció capacitat de 1-10 MW per al lliurament a una càrrega termonuclear asteroide perillós, la superfície dels quals explosió a causa del material asteroide raig capaç de rebutjar-lo de camí perillós.

Lliurament de l'equip d'investigació en l'espai profund

El lliurament de l'equip científic als objectes espacials (planetes distants, cometes periòdics, asteroides) es pot dur a terme amb l'ús d'etapes de LRE basades en l'espai. Utilitzar els motors nuclears per a vehicles espacials és convenient, quan es posen a la sortida de la tasca a l'òrbita d'un cos celeste del satèl·lit, el contacte directe amb un cos celeste, la selecció de mostres de materials i altres investigacions que requereixin complex d'investigació augment de la massa, la inclusió de l'aterratge i les fases d'enlairament.

motors de paràmetres

motor nuclear per a la investigació complexa nau espacial s'ampliarà el "començament de la finestra" (a causa d'una descàrrega controlada de la velocitat de treball del cos), el que simplifica la planificació i redueix el cost del projecte. Estudis duts a terme per RSC "Energia", van mostrar que YAERDU 150 kW amb fins a tres anys és un mitjà prometedor per al lliurament dels mòduls en l'espai cinturó d'asteroides.

Alhora, el lliurament d'una unitat d'investigació en l'òrbita dels planetes distants del sistema solar requereix un augment dels recursos, una instal·lació nuclear fins 5-7 anys. Està comprovat que els complexos YAERDU amb una capacitat d'aproximadament 1 MW com a part de la investigació permetrà la nau espacial accelera el lliurament de 5-7 anys en òrbita un satèl·lit artificial la majoria dels planetes distants, vehicles d'exploració planetària en la superfície dels satèl·lits naturals d'aquests planetes, i el lliurament al terra de la Terra amb estels, asteroides, Mercuri i els satèl·lits de Júpiter i Saturn.

ascensor reutilitzable (MB)

Una de les formes més importants per millorar l'eficiència de les operacions de transport en l'espai és elements reutilitzables del sistema de transport. motor nuclear per poder nau espacial d'almenys 500 kW permet crear remolc reutilitzable i amb això millorar significativament l'eficiència del sistema de transport espacial de múltiples nivells. Especialment útil per a un sistema d'aquest tipus en el programa proporcionen un gran tràfic anual de mercaderies. Un exemple seria un programa d'exploració lunar amb la creació i manteniment d'una base tripulada està en constant augment i complexos tecnològics i industrials experimentals.

càlcul de la facturació

D'acord amb els estudis de disseny de RSC "Energia", la construcció de la base a la lluna ha de ser mòduls d'un pes aproximat de 10 tones, l'òrbita de la Lluna va lliurar -. 30 m de càrrega total de la Terra en la construcció d'una base lunar tripulada i va visitar l'estació orbital lunar s'estima en 700-800 tones i un tràfic anual de mercaderies per al funcionament i desenvolupament de la base - 400-500 m.

No obstant això, el principi que el motor nuclear no permet que el vaixell de càrrega es dispersi ràpidament. A causa del llarg temps de transport i, per tant, un temps considerable per trobar els cinturons de radiació de la càrrega útil no tota la càrrega que pot ser lliurat usant remolcadors amb motor nuclear. Per tant, la càrrega que es pot proporcionar basa en YAERDU estima només 100-300 tones / any.

l'eficiència econòmica

Com a criteri de l'eficiència econòmica del sistema de transport inter-òrbita, és aconsellable utilitzar el valor del cost unitari de transport per unitat de massa de la càrrega útil (GEH) de la superfície de la terra en l'òrbita de destinació. RSC "Energia" model econòmic i matemàtica, que té en compte els principals components del cost en el sistema de transport s'ha desenvolupat:

• la creació i eliminació d'unitats òrbita remolcadors;
• per a la compra d'explotació d'una instal·lació nuclear;
• els costos d'operació, així com per a la R + D i els possibles costos de les despeses de capital.

paràmetres dels costos depenen dels paràmetres òptims de MB. Utilitzant aquest model es va investigar comparatiu eficiència econòmica de les reutilitzable basada estirada poder YAERDU d'aproximadament 1 mW i tira un sol ús sobre la base de líquid avançat motor de coet en el programa per garantir el lliurament a l'altura d'una òrbita de la lluna de la Terra de 100 km de càrrega útil massa total de 100 tones / any. Quan s'utilitza el mateix booster la capacitat de càrrega igual deure "Proton-M" i dvuhpuskovoy construcció de circuit del sistema de transport costos específics d'enviament per unitat de massa de la càrrega útil utilitzant estirada a la base de motor nuclear serà tres vegades més baixos que quan s'utilitza el sol ús basat en remolcadors amb motors de coet de propulsant líquid del tipus MM-3.

conclusió

propulsió nuclear efectiva per a l'espai contribueix a la solució dels problemes ambientals de la terra, el vol de l'home a Mart, la creació d'un sistema de transmissió sense fil d'energia en l'espai, la posada en pràctica de l'enterrament de seguretat millorada en l'espai altament perillós planta de residus radioactius de l'energia nuclear, la creació d'una base lunar tripulada i el desenvolupament comercial de la Lluna, per assegurar protegir la Terra de perill dels asteroides i cometes.