Πυρηνική κινητήρες για διαστημόπλοια

Η Ρωσία ήταν και εξακολουθεί να είναι ο ηγέτης στον τομέα της διαστημικής δύναμης πυρηνικής ενέργειας. Εμπειρία στο σχεδιασμό, την κατασκευή, λειτουργία και εκμετάλλευση των διαστημικών σκαφών εξοπλισμένα με πυρηνικές πηγές ενέργειας είναι οργανισμοί, όπως η RSC «Ενέργεια» και «Roskosmos». Πυρηνική κινητήρα επιτρέπει τη λειτουργία του αεροσκάφους για πολλά χρόνια, καθιστώντας τα πιο πρακτικό καταλληλότητας κατ 'επανάληψη.

ιστορικό αρχείο

Η χρήση της πυρηνικής ενέργειας στο διάστημα δεν είναι πλέον μια μυθοπλασία στις 70-ες του περασμένου αιώνα. Τα πρώτα πυρηνικά κινητήρες 1970-1988 ξεκίνησαν στο διάστημα και να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στο χώρο των οχημάτων (SV) τις παρατηρήσεις της «US-A». Οι συντελεστές εφαρμόζονται στο θερμοηλεκτρικό σύστημα ενός πυρηνικού σταθμού (ΝΡΡ) «Buck» ηλεκτρική ισχύς των 3 kW.

Σε 1987-1988 δύο συσκευές «Plasma-A» με θερμιονικό πυρηνικού σταθμού «Topaz» 5 kW έχει διαστημικές πτήσεις-δοκιμή, κατά την οποία εφαρμόστηκε πρώτα ισχύος ηλεκτρικό πρόωσης (ERE) από την πηγή της πυρηνικής ενέργειας.

Ένα σύμπλεγμα χερσαίων πυρηνικών δοκιμών δύναμη θερμιονικό πυρηνικής εγκατάστασης ισχύος «Yenisei» των 5 kW. Με βάση αυτές τις τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί τα έργα thermionic πυρηνική ισχύς των 25-100 kW.

MB «Ηρακλής»

RSC «Ενέργεια» στη δεκαετία του 70 ξεκίνησε τις επιστημονικές και πρακτικές έρευνες, σκοπός της οποίας ήταν να δημιουργηθεί μια ισχυρή μηχανή πυρηνικής χώρο για interorbital ρυμουλκό (MB) «Ηρακλής». Οι εργασίες οδήγησαν στην ίδρυση εδώ και πολλά χρόνια της πυρηνικής ηλεκτρικής πρόωσης (YAERDU) με thermionic πυρηνική ισχύς των λίγων - εκατοντάδες κιλοβάτ και την ικανότητα μονάδα ηλεκτρικής πρόωσης των δεκάδων έως εκατοντάδων κιλοβάτ.

Παράμετροι σχεδιασμού MB «Ηρακλής»:

• χρήσιμη ηλεκτρική ισχύς της πυρηνικής ενέργειας - 550 kW?
• ειδική ώθηση ηλεκτρικής πρόωσης - τα 30 km / s?
• Ηλεκτρική στήλη προωθήσεως ώσης - 26 H?
• πόρων NPP και ηλεκτροκίνηση - 16.000 ώρες?
• εργάζονται σώμα ηλεκτρική πρόωση - xenon?
• βάρος (ξηρό) ρυμουλκό - 14,5-15,7 t, συμπεριλαμβανομένων ΝΕΟΙ - 6,9 τόνους.

σύγχρονος

Στην ΧΧΙ αιώνα είναι καιρός να δημιουργήσουμε μια νέα πυρηνική κινητήρα για το διάστημα. Τον Οκτώβριο του 2009, σε μια συνεδρίαση του νέου ρωσικού σχεδίου «Δημιουργία μεταφορών και της μονάδας ενέργειας με την εγκατάσταση μεγαβάτ-class της πυρηνικής ενέργειας» της Επιτροπής έχει εγκριθεί επίσημα από το Προεδρικό Συμβούλιο για τον εκσυγχρονισμό και την τεχνολογική ανάπτυξη της Ρωσίας Οικονομίας. είναι κορυφαίους κατασκευαστές:

• φυτό Reactor - JSC "NIKIET".
• πυρηνικού σταθμού με ένα κύκλωμα μετατροπής ισχύος του αεριοστροβίλου, με βάση τους ηλεκτρικούς κινητήρες πρόωσης και ιοντική YAERDU electrorocket σε γενικές γραμμές - SSC «Ερευνητικό Κέντρο. Μ Β Keldysha», η οποία είναι επίσης υπεύθυνη για την οργάνωση του προγράμματος ανάπτυξης των μεταφορών και της μονάδας ενέργειας (ΤΕΜ) στο σύνολό της.
• RSC «Ενέργεια» ως γενική σχεδιαστής ΤΕΜ πρέπει να αναπτύξει ένα αυτόματο μηχάνημα με αυτή την ενότητα.

Χαρακτηριστικά της νέας εγκατάστασης

Νέα πυρηνική κινητήρα για το διάστημα η Ρωσία σχεδιάζει να ξεκινήσει την εμπορική λειτουργία μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια. Προβλεπόμενη χαρακτηριστικά του αεριοστροβίλου YAERDU ακόλουθα. Ο αντιδραστήρας που χρησιμοποιείται αερόψυκτου αντιδραστήρα ταχέων νετρονίων, η θερμοκρασία του εργαζόμενου ρευστού (ένα μίγμα από He / Xe) πριν από τον στρόβιλο - 1500 Κ, την αποδοτικότητα της μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια - 35%, καλοριφέρ τύπου ψύκτη - στάγδην. Βάρος Μονάδα (αντιδραστήρα, ακτινοπροστασίας, και σύστημα μετατροπής, αλλά χωρίς ψύξη εκπομπό) - 6800 kg.

Space πυρηνική μηχανές (πυρηνική ενέργεια, πυρηνική ενέργεια, μαζί με EPS) σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν:

• Στο πλαίσιο των μελλοντικών διαστημικών οχημάτων.
• Ως πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για τα συστήματα και διαστημόπλοια έντασης ενέργειας.
• Για να λύσει τα δύο πρώτα προβλήματα στη μονάδα μεταφορών και της ενέργειας για την εξασφάλιση της παράδοσης των βαρέων διαστημόπλοια electrorocket και οχημάτων στην τροχιά εργασίας και την περαιτέρω μακροπρόθεσμη ενεργειακού εφοδιασμού του εξοπλισμού.

Η αρχή της λειτουργίας του πυρηνικού κινητήρα

Βασίζονται είτε στην σύνθεση των πυρήνων ή για τη χρήση της ενέργειας σχάσης των πυρηνικών καυσίμων για να σχηματίσουν μια ώθηση jet. Διακρίνουν εγκατάσταση παλμού-εκρηκτικό και ρευστό τύπους. φυτό έκρηξη εκπέμπει στο διάστημα μικρογραφία ατομικές βόμβες που εκρηκτικό λίγα μέτρα μακριά, η έκρηξη έσπρωξε το πλοίο προς τα εμπρός. Στην πράξη, οι εν λόγω συσκευές δεν χρησιμοποιούνται.

Υγρό κινητήρες πρόωσης, από την άλλη πλευρά, έχει από καιρό έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί. Επιστροφή στη δεκαετία του '60, σοβιετική ειδικοί έχουν σχεδιαστεί για ένα λειτουργικό μοντέλο RD-0410. Τα συστήματα αυτά αναπτύχθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες. αρχή τους βασίζεται στην θέρμανση ενός υγρού πυρηνικό μίνι-αντιδραστήρα, μετατρέπεται σε ατμό και σχηματίζει ένα ρεύμα jet, το οποίο ωθεί το διαστημικό σκάφος. Αν και η συσκευή ονομάζεται ένα υγρό όπως το εργαζόμενο ρευστό, χρησιμοποιείται τυπικά υδρογόνο. Ένας άλλος σκοπός των συστημάτων πυρηνικής χώρου - powered ηλεκτρικό δίκτυο του πλοίου (εξοπλισμός) τα πλοία και οι δορυφόροι.

Βαριά συσκευών τηλεπικοινωνίας παγκόσμια επικοινωνία χώρου

Αυτή τη στιγμή, το έργο βρίσκεται σε εξέλιξη για την πυρηνική κινητήρες για το διάστημα που θα χρησιμοποιηθούν στις επικοινωνίες βαριά συσκευή χώρο. RSC «Energia» έχουν διεξαχθεί μελέτες και τα σχέδια του παγκόσμιου συστήματος χώρος επικοινωνίας είναι οικονομικά ανταγωνιστική με φθηνό κινητό τηλέφωνο που υποτίθεται ότι θα επιτευχθεί η μεταβίβαση της «τηλεφωνικό» από τη Γη στο διάστημα.

Οι προϋποθέσεις για τη δημιουργία τους είναι οι εξής:

• σχεδόν πλήρες γέμισμα του γεωστατική τροχιά (GEO) δορυφόρους λειτουργίας και παθητική?
• εξάντληση των πόρων συχνότητας?
• θετική εμπειρία της δημιουργίας και της εμπορικής εκμετάλλευσης των πληροφοριών γεωστατικών δορυφόρων «Yamal».

Κατά τη δημιουργία μιας πλατφόρμας «Yamal», νέες τεχνικές λύσεις έχουν 95%, γεγονός που επέτρεψε τέτοιες συσκευές για να γίνει ανταγωνιστική στην παγκόσμια των διαστημικών υπηρεσιών στην αγορά.

Υποτίθεται αντικατάσταση των μονάδων με εξοπλισμό τεχνολογική επικοινωνία περίπου κάθε επτά χρόνια. Θα δημιουργούσε ένα σύστημα πολλαπλών 3-4 βαρύ δορυφόρους σε γεωστατική τροχιά με την αύξηση της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από αυτούς. Αρχικά, το διαστημικό σκάφος έχει σχεδιαστεί με βάση την ηλιακή ενέργεια 30-80 kW. Το επόμενο βήμα θα χρησιμοποιήσουν πυρηνικά κινητήρες 400 kW με έως ένα έτος στη λειτουργία μεταφοράς (για την παράδοση των βασική μονάδα GSO) και 150-180 kW σε μια εκτεταμένη κατάσταση λειτουργίας (τουλάχιστον 10-15 έτη) ως πηγή ενέργειας.

Πυρηνική κινητήρες antimeteoritnoy την προστασία του συστήματος Γης

Ολοκληρώθηκε RKK «ενέργεια» στο σχεδιασμό της έρευνας τέλη της δεκαετίας του '90 έδειξε ότι στη δημιουργία του antimeteoritnoy αμυντικού συστήματος Γη από τους πυρήνες των κομητών και αστεροειδών πυρηνικό εργοστάσιο και YAERDU μπορεί να χρησιμοποιηθεί για:

1. Η δημιουργία ενός συστήματος για την παρακολούθηση των τροχιών των αστεροειδών και κομητών που διασχίζουν την τροχιά της Γης. Γι 'αυτό πρότεινε να οργανώσει ειδικό διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με οπτικό και ραντάρ εξοπλισμού για την ανίχνευση επικίνδυνων αντικειμένων, τον υπολογισμό των παραμέτρων των τροχιών τους και τα πρωτογενή μελέτη των χαρακτηριστικών τους. Το σύστημα κινητήρα πυρηνικής χώρο με διπλό σύστημα λειτουργίας ικανότητα θερμιονικό ΝΡΙ 150 kW μπορεί να εμπλέκεται. Η ζωή της θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 ετών.
2. Δοκιμές κρούσης (θερμοπυρηνικής συσκευή έκρηξης) προς την υγειονομική ταφή ασφαλή αστεροειδή. YAERDU απόδοση ισχύος της συσκευής δοκιμής σε έναν αστεροειδή-πολύγωνο εξαρτάται από τη μάζα του ωφέλιμου φορτίου που παραδίδεται (150-500 kW).
3. Παράδοση πρότυπο έκθεσης σημαίνει (αναχαίτισης συνολική μάζα των 15-50 τόνων) για την πλησιάζει στον επικίνδυνο κόσμο αντικειμένου. Απαίτηση πυρηνική κινητήρα τζετ ικανότητα των 1-10 MW για παράδοση σε ένα επικίνδυνο αστεροειδή χρέωση θερμοπυρηνικής, η επιφάνεια του οποίου έκρηξης λόγω υλικό αστεροειδή jet σε θέση να την απορρίψει από επικίνδυνο μονοπάτι.

Παράδοση του εξοπλισμού έρευνας στο βαθύ διάστημα

Παράδοση του επιστημονικού εξοπλισμού στο διάστημα αντικειμένων (μακρινούς πλανήτες, περιοδικές κομήτες, αστεροειδείς) μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση των σταδίων LRE διαστημικών. Χρησιμοποιήστε τα πυρηνικά κινητήρες για διαστημικά οχήματα είναι σκόπιμο, όταν τεθεί σε έξοδο αποστολή σε τροχιά γύρω από ένα ουράνιο σώμα του δορυφόρου, άμεση επαφή με ένα ουράνιο σώμα, η επιλογή των δειγμάτων υλικού και άλλων ερευνητικών απαιτούν πολύπλοκη έρευνα μαζική αύξηση, την ένταξη της προσγείωσης και απογείωσης στάδια.

μηχανές παραμέτρων

Πυρηνική κινητήρα για σύνθετη έρευνα διαστημικό σκάφος θα επεκτείνει την «έναρξη παράθυρο» (λόγω της ελεγχόμενης απόρριψης της ταχύτητας λειτουργίας του σώματος), το οποίο απλοποιεί το σχεδιασμό και μειώνει το κόστος του έργου. Μελέτες που διεξήχθησαν από τον RSC «Energia», έδειξε ότι YAERDU 150 kW με έως τρία έτη είναι μια πολλά υποσχόμενη μέσο για την παροχή μονάδων στο διάστημα αστεροειδή ζώνη.

Την ίδια στιγμή η παράδοση μιας μονάδας έρευνας σε τροχιά μακρινών πλανητών του ηλιακού συστήματος απαιτεί αύξηση των πόρων, την εγκατάσταση πυρηνικών έως και 5-7 χρόνια. Είναι αποδεδειγμένο ότι YAERDU συγκρότημα με δυναμικότητα περίπου 1 MW, στο πλαίσιο της έρευνας θα επιτρέψει στο διαστημικό σκάφος ταχεία προβολή για 5-7 χρόνια σε τροχιά γύρω από ένα τεχνητό δορυφόρο πιο μακρινούς πλανήτες, πλανητικά ρόβερ στην επιφάνεια των φυσικών δορυφόρων αυτών των πλανητών, και την παράδοση στο έδαφος της Γης με κομήτες, αστεροειδείς, ο Ερμής και η οι δορυφόροι του Δία και του Κρόνου.

Με δυνατότητα επανάληψης χρήσης ανελκυστήρα (MB)

Ένας από τους πιο σημαντικούς τρόπους για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των μεταφορών στο χώρο είναι επαναχρησιμοποιήσιμα στοιχεία του συστήματος μεταφορών. Πυρηνική κινητήρα για το διαστημικό σκάφος ισχύ τουλάχιστον 500 kW σας επιτρέπει να δημιουργήσετε επαναχρησιμοποιήσιμα ρυμούλκησης και με αυτόν τον τρόπο να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των multi-tier σύστημα διαστημικών μεταφορών. Ιδιαίτερα χρήσιμο για ένα τέτοιο σύστημα στο πρόγραμμα προσφέρει μια μεγάλη ετήσια εμπορευματικών μεταφορών. Ένα παράδειγμα θα ήταν ένα πρόγραμμα του σεληνιακού εξερεύνησης με τη δημιουργία και διατήρηση ενός επανδρωμένου βάσης αυξάνεται συνεχώς και πειραματική τεχνολογικών και βιομηχανικών συγκροτημάτων.

υπολογισμό του κύκλου εργασιών

Σύμφωνα με τις μελέτες σχεδιασμού RSC «Energia», η κατασκευή της βάσης στη Σελήνη θα πρέπει να παραδοθεί μονάδες βάρους περίπου 10 τόνων, η τροχιά της Σελήνης - 30 μ. Συνολικό φορτίο από τη Γη για την κατασκευή ενός επανδρωμένο σεληνιακή βάση και επισκέφθηκε το σεληνιακό τροχιακό σταθμό εκτιμάται σε 700-800 τόνους και ένα ετήσιο εμπορευματικής κίνησης για τη λειτουργία και την ανάπτυξη της βάσης - 400-500 μ.

Ωστόσο, η αρχή της πυρηνικής κινητήρα δεν επιτρέπει το φορτηγό για να διαλύσει γρήγορα. Λόγω του μεγάλου χρόνου μεταφοράς και, ως εκ τούτου, σημαντικό χρόνο βρίσκοντας ζώνες ακτινοβολίας ωφέλιμο φορτίο δεν είναι όλα το φορτίο μπορεί να παραδοθεί χρησιμοποιώντας ρυμουλκά με πυρηνικά κινητήρα. Ως εκ τούτου, το φορτίο που μπορεί να παρέχεται με βάση YAERDU εκτιμάται μόνο 100-300 τόνους / έτος.

οικονομική αποδοτικότητα

Ως κριτήριο της οικονομικής αποτελεσματικότητας του συστήματος μεταφοράς δια-τροχιά είναι σκόπιμο να χρησιμοποιήσει την τιμή της μονάδας κόστους μεταφοράς ανά μονάδα μάζας του ωφέλιμου φορτίου (GHG) από την επιφάνεια της γης στην τροχιά στόχου. RSC «Energia» οικονομική και μαθηματικό μοντέλο, το οποίο λαμβάνει υπόψη τις κύριες συνιστώσες του κόστους του συστήματος μεταφορών έχει αναπτυχθεί:

• η δημιουργία και η εξάλειψη των μονάδων τροχιάς ρυμουλκού?
• για την αγορά της λειτουργίας μιας πυρηνικής εγκατάστασης?
• λειτουργικές δαπάνες, καθώς και για την Ε & Α και το τυχόν κόστος κεφαλαιουχικών δαπανών.

παράμετροι κόστους εξαρτώνται από τις βέλτιστες παραμέτρους της ΜΒ. Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο ερευνήθηκε συγκριτική οικονομική αποδοτικότητα των επαναχρησιμοποιήσιμων ρυμουλκό με βάση YAERDU δύναμη περίπου 1 mW και το διαθέσιμο ρυμουλκό στη βάση των προηγμένων υγρού κινητήρα πυραύλων στο πρόγραμμα για να εξασφαλίσει την παράδοση με το υψόμετρο τροχιά της Γης Σελήνης 100 km ωφέλιμου φορτίου συνολική μάζα των 100 τόνων / έτος. Όταν χρησιμοποιώντας την ίδια αναμνηστική φέρουσα ικανότητα ίση δασμό «Proton-M» και dvuhpuskovoy κατασκευή κύκλωμα του ειδικού συστήματος μεταφοράς τα έξοδα αποστολής ανά μονάδα μάζας του ωφέλιμου φορτίου χρησιμοποιώντας ρυμουλκό βάσει των πυρηνικών κινητήρα θα είναι τρεις φορές χαμηλότερο από όταν χρησιμοποιείται η αναλώσιμη βασισμένο σε ρυμουλκά με υγρό πυραύλων κινητήρες του τύπου ΜΜ-3.

συμπέρασμα

Αποτελεσματική η πυρηνική πρόωση για το διάστημα συμβάλλει στην επίλυση των περιβαλλοντικών προβλημάτων της γης, την πτήση του ανθρώπου στον Άρη, δημιουργώντας ένα σύστημα ασύρματης μετάδοσης της ενέργειας στο χώρο, η εφαρμογή της ταφής με ενισχυμένη ασφάλεια στο χώρο πολύ επικίνδυνο έδαφος ραδιενεργά κατάλοιπα της πυρηνικής ενέργειας, η δημιουργία ενός επανδρωμένη σεληνιακή βάση και η εμπορική ανάπτυξη της Σελήνης, για να εξασφαλιστεί προστατεύσει τη Γη από αστεροειδείς και κομήτη κινδύνου.