Jedrski motorji za vesoljska plovila

Rusija je bila in še vedno vodilna na področju jedrske vesoljske energije. Izkušnje pri načrtovanju, gradnji, spuščanju in obratovanju vesoljskih vozil, opremljenih z jedrskim virom energije, zagotavljajo organizacije, kot sta RSC Energia in Roskosmos. Jedrski motor omogoča več let letenja, večkrat povečuje svojo praktično uporabnost.

Zgodovinska kronika

Uporabi jedrska energija v vesolju je v 70. letih prejšnjega stoletja prenehal veljati. Prvi jedrski motorji v letih 1970-1988 so speljani v vesolje in uspešno delali na vesoljskih plovilih (vesoljska plovila) "US-A". Uporabili so sistem s termoelektrično jedrsko elektrarno (NPP) "Buk", električno močjo 3 kW.

V 1987-1988 dveh naprav "Plazma-A" z Termoelektronski NEK "Topaz" je 5 kW bil let testiranje za prostor, v katerem je moč električnega pogona (ERE) od vira jedrske elektrarne izvajajo prvič.

Kompleks kopenskih jedrskih preskusov z energijo je bil izveden s jedrskim objektom 5-kW termoemisije, Yenisei. Na podlagi teh tehnologij so razvili projekte termijonskih jedrskih agregatov z močjo 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Energija" v 70-ih se je začela znanstvene in praktične raziskave, katere namen je bil ustvariti močan prostor motor jedrski za medočesnega vlačilec (MB) "Hercules". Delo vodila do ustanovitve že več let po jedrski električni pogon (YAERDU) z Termoelektronski zmogljivosti za proizvodnjo jedrske energije nekaj - sto kilovatov in električni pogon zmogljivosti enoto deset do nekaj sto kilovatov.

Projektni parametri MB "Hercules":

• uporabna električna moč jedrske elektrarne - 550 kW;
• posebni impulz ERDU je 30 km / s;
• Glavna naloga ERDU je 26 N;
• vir jedrskih elektrarn in elektrarn - 16 000 h;
• delovni medij ERDU je ksenon;
• teža (suha) vlačilca - 14,5-15,7 ton, vključno z jedrskimi elektrarnami - 6,9 ton.

Najnovejši čas

V 21. stoletju je čas za ustvarjanje novega jedrskega motorja za vesolje. Oktobra 2009 je bil na seji Komisije pod predsednikom Ruske federacije za modernizacijo in tehnološki razvoj ruskega gospodarstva uradno potrjen nov ruski projekt "Ustvarjanje transportnega in energetskega modula, ki uporablja jedrski agregat razreda megavata". Glavni razvijalci so:

• Instalacija reaktorja - JSC "NIKIET".
• Jedrska elektrarna s shemo plinske turbine za pretvorbo energije, ERDU na osnovi ionskih električnih pogonskih motorjev in YaREDU kot celota - SSC " MV Keldysh ", ki je tudi odgovorna organizacija za program razvoja transportno-energetskega modula (TEM) kot celote.
• RSC Energia kot splošni oblikovalec TEM naj razvije samodejno napravo s tem modulom.

Značilnosti nove naprave

V prihodnjih letih bo Rusija začela z novim jedrskim motorjem za vesolje. Načrtovani značilnosti plinske turbine YAERDU sledi. reaktor uporabimo hitro rejec reaktor plinov ohladimo, temperatura delovne tekočine (mešanica on / Xe) pred turbino - 1500 K, učinkovitosti pretvarjanje toplotne energije v električno energijo - 35%, radiator tipa hladilnika - kapljično. Teža Enota (reaktor, zaščito pred sevanjem, in sistem za pretvorbo, vendar brez hladilno oddajnikom) - 6800 kg.

Predvideni za uporabo so vesoljski jedrski motorji (NEK, NEK skupaj z ERDU):

• Kot del prihodnjih vesoljskih vozil.
• Kot viri električne energije za energetsko intenzivne komplekse in vesoljska plovila.
• Rešitev prvih dveh nalog v transportnem in energetskem modulu, da se zagotovita dostava težkih vesoljskih plovil in vozil z električnimi raketami na operativne orbite in nadaljnje dolgoročno oskrbo z električno energijo.

Načelo delovanja jedrskega motorja

Temelji bodisi na sintezi jedra bodisi na uporabi energije fisije jedrsko gorivo oblikovati reaktivni potisk. Obstajajo naprave impulzno-eksplozivnih in tekočih vrst. Eksplozivno sredstvo vrže minijaturne atomske bombe v vesolje, ki so eksplodirane na razdalji več metrov, in eksplozivni val potisne ladjo naprej. V praksi se takšne naprave še ne uporabljajo.

Tekoči jedrski motorji so na drugi strani že dolgo razviti in preizkušeni. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so sovjetski strokovnjaki zgradili uporaben model RD-0410. Podobni sistemi so bili razviti v ZDA. Njihovo načelo temelji na segrevanju tekočine z jedrskim mini reaktorjem, se pretvori v paro in tvori strujni tok, ki potiska vesoljsko plovilo. Čeprav se naprava imenuje tekočina, kot delovni medij, se praviloma uporablja vodik. Druga oznaka jedrskih vesoljskih instalacij je oskrba z vgrajenim omrežjem (instrumenti) ladij in satelitov.

Težki telekomunikacijski aparati globalnih vesoljskih komunikacij

Trenutno potekajo dela na jedrskem motorju za vesolje, ki naj bi se uporabljal v težkih prostorskih komunikacijskih napravah. RSC Energia je izvedel raziskave in razvoj oblikovanja globalnega vesoljskega komunikacijskega sistema, gospodarsko konkurenčnega s poceni celično komunikacijo, ki naj bi jo dosegli s prenosom "telefonske izmenjave" z Zemlje v vesolje.

Predpogoji za njihovo ustvarjanje so:

• praktično popolno polnjenje geostacionarne orbite (GSO) s strani operativnih in pasivnih satelitov;
• izčrpavanje frekvenčnega vira;
• pozitivne izkušnje pri ustvarjanju in komercialni uporabi informacijskih geostacionarnih satelitov serije Yamal.

Pri oblikovanju Yamalove platforme so imele nove tehnične rešitve 95%, kar je omogočilo, da so takšne naprave postale konkurenčne na svetovnem trgu vesoljskih storitev.

Načrtovane je zamenjave modulov s tehnološko komunikacijsko opremo približno vsakih sedem let. To bi omogočilo ustvarjanje sistemov 3-4 težkih večfunkcijskih satelitov v GSO s povečanjem električne energije, ki jo porabijo. Sprva so bila zasnovana vesoljska plovila na osnovi sončnih baterij z močjo 30-80 kW. Naslednji korak bo uporabljala jedrsko motorjev 400 kW z do enega leta na način prevoza (za dobavo osnovnega modula GSO) in 150-180 kW, v razširjenem načinu delovanja (vsaj 10-15 let) kot vir energije.

Jedrski motorji v sistemu antimeteoritske zaščite Zemlje

Končana rkk "Energija" v poznih 90-ih raziskav, oblikovanja je pokazala, da pri ustvarjanju antimeteoritnoy Zemlja obrambnega sistema iz jedra kometov in asteroidov jedrskih elektrarn in YAERDU se lahko uporablja za:

1. Vzpostavitev nadzornega sistema za poteke asteroidov in kometov, ki prečkajo zemeljsko orbito. V ta namen se predlaga, da se pripravijo posebne vesoljske ladje opremljene z optično in radarsko opremo za odkrivanje nevarnih predmetov, izračunavanje parametrov njihovih poti in začetno preučevanje njihovih značilnosti. V jedru se lahko uporablja jedrski vesoljski motor z dvopasovno termijonsko jedrsko elektrarno z močjo od 150 kW. Njegov vir mora biti star najmanj 10 let.
2. Preizkusi vplivnih sredstev (eksplozija termonuklearne naprave) na dokazljivem varnem asteroidu. Moč NERDU za dobavo preskusne naprave na asteroidni poligon je odvisna od mase dobavljene tovora (150-500 kW).
3. Dobave rednih akcijskih sredstev (prestreznik s skupno maso 15-50 ton) na nevaren objekt, ki se približuje Zemlji. Vzel bo jedrsko energijo jetni motor z močjo 1-10 MW za dostavo nevarnemu asteroidu termonuklearnega naboja, katerega površinska eksplozija bo zaradi razpršitve asteroidnega materiala lahko oddaljila od nevarne smeri.

Dostava raziskovalne opreme v vesolje

Dobava znanstvene opreme do vesoljskih objektov (oddaljenih planetov, periodičnih kometov, asteroidov) se lahko izvede z uporabo vesoljskih fazah LRE. Uporaba jedrskega motorje za vesoljska plovila, je smotrno, ko je dal na izhod nalogo, da krožijo v nebeško telo satelita, neposreden stik z nebesnega telesa, izbira vzorcev materiala in drugih raziskav, ki zahtevajo masa povečanje raziskav kompleks, vključitev pristajanje in vzletanje fazah.

Parametri motorja

Jedrski motor za vesoljsko plovilo raziskovalnega kompleksa bo razširil "lansirno okno" (zaradi nadzorovane hitrosti pretoka delovne tekočine), kar poenostavlja načrtovanje in zmanjšuje stroške projekta. Raziskave RSC Energia so pokazale, da je 150 kW YaRDU z življenjsko dobo do treh let obetaven način dostave vesoljskih modulov asteroidni pas.

Hkrati dobavo raziskovalne enote v orbito oddaljenih planetov sončnega sistema zahteva povečanje sredstev, jedrsko napravo, do 5-7 let. Dokazano je, da bo YAERDU kompleks z zmogljivostjo okoli 1 MW v okviru raziskave omogočajo vesoljsko plovilo pospešeno prikazovanje za 5-7 let orbito umetnega satelita najbolj oddaljenih planetov, planetarni Rovers na površini naravnih satelitov teh planetov in dostavo na tleh Zemlji s kometi, asteroidi, živega srebra in satelitov Jupiter in Saturn.

Večkratni vlačilec (MB)

Eden od najpomembnejših načinov za izboljšanje učinkovitosti transportnih operacij v vesolju je večkratna uporaba elementov prometnega sistema. Jedrski motor za vesoljsko plovilo z zmogljivostjo najmanj 500 kW omogoča nastanek vnovičnega vlečnega tulca in s tem bistveno poveča učinkovitost večstopenjskega transportnega sistema. Posebno koristen je takšen sistem v programu za zagotavljanje velikih letnih tokov tovora. Primer je lahko program za razvoj lune z ustvarjanjem in vzdrževanjem stalno rastoče bivalne baze in eksperimentalnimi tehnološkimi in proizvodnimi kompleksi.

Izračun prometa

Glede na študij oblikovanja RSC "Energia", naj bi gradnja baze na Luni je treba dostaviti module tehta približno 10 ton, orbito Lune. - 30 m Skupaj tovor od Zemlje v gradnji s posadko lunar osnove in obiskal lunarni orbitalno postajo je ocenjena na 700-800 ton in letni tovorni promet za delovanje in razvoj baze - 400-500 m.

Vendar načelo delovanja jedrskega motorja ne omogoča dovolj hitro odpošiljanja prevoznika. Zaradi dolgega časa prevoza in s tem tudi velikega časa iskanja tovorne sile v severnem Zemeljskem plašču ni mogoče dostaviti vseh tovora z vlačilci z jedrskim motorjem. Zato je tok tovora, ki se lahko zagotovi na podlagi YERDA, ocenjen na le 100-300 ton / leto.

Gospodarska učinkovitost

Kot merilo ekonomske učinkovitosti med orbiti prometnega sistema je priporočljivo uporabiti vrednost stroškov na enoto prevoza na enoto mase nosilnost (TGP) od površine zemlje v ciljni orbito. RSC "Energia" ekonomske in matematični model, ki upošteva glavne sestavine stroškov v prometnem sistemu je bil razvit:

• za izdelavo in zagon vlečnih modulov;
• za nakup delovne jedrske naprave;
• operativne stroške, pa tudi stroške raziskav in razvoja ter možne kapitalske stroške.

Kazalniki stroškov so odvisni od optimalnih parametrov MB. S tem modelom so raziskovali primerjalno gospodarsko učinkovitost je mogoče ponovno uporabiti vlačilcu temelji YAERDU moči okoli 1 mW in enkratno vlačilec na podlagi napredne tekočine raketni motorji 100 km nosilnost zagotoviti dobavo programa od Zemlje do Lune orbite višine skupne teže 100 ton / leto. Pri uporabi isto booster nosilnost enako dolžnost "Proton-M" in dvuhpuskovoy gradnjo vezja posebne stroške dostave prometnega sistema na enoto mase tovora s pomočjo vlačilca na podlagi jedrske motorja bo trikrat nižje kot pri uporabi enkratno vlačilci na osnovi raket z tekočimi motorji, kot je DM-3.

Zaključek

Učinkovito jedrski pogon za prostor prispeva k reševanju okoljskih problemov na zemlji, polet človeka na Mars, vzpostavitev sistema brezžičnega prenosa energije v prostoru, izvajanje varovanih pokop v vesolju zelo nevarnih radioaktivnih odpadkov zaradi jedrske energije, oblikovanje posadko lunarni bazo in komercialni razvoj Lune, da se zagotovi zaščita Zemlje pred nevarnostjo asteroidov-kometov.