Enjin nuklear untuk kapal angkasa

Rusia telah telah dan masih merupakan pemimpin dalam bidang kuasa ruang nuklear. Pengalaman dalam reka bentuk, pembinaan, pemasangan dan pengendalian kapal angkasa dilengkapi dengan sumber tenaga nuklear adalah organisasi seperti RSC "Tenaga" dan "Roskosmos". enjin nuklear membolehkan untuk mengendalikan pesawat selama bertahun-tahun, menjadikan mereka kesesuaian lebih praktikal berulang kali.

rekod sejarah

Penggunaan tenaga nuklear dalam ruang tidak lagi menjadi fiksyen dalam 70-ies abad yang lalu. Enjin nuklear pertama di 1970-1988 telah dilancarkan ke angkasa dan berjaya digunakan dalam ruang kenderaan (SV) pemerhatian "US-A". Mereka digunakan untuk sistem termoelektrik loji kuasa nuklear (NPP) "Buck" kuasa elektrik 3 kW.

Pada 1987-1988 dua peranti "Plasma-A" dengan ion haba RFN "Topaz" 5 kW telah ruang ujian penerbangan, di mana kuasa pendorongan elektrik (ERE) daripada sumber kuasa nuklear pertama kali dilaksanakan.

Sebuah kompleks daratan ujian kuasa nuklear ion haba pemasangan nuklear "Yenisei" kuasa 5 kW. Berdasarkan teknologi ini projek yang dibangunkan ion haba kapasiti kuasa nuklear 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Tenaga" dalam 70-an memulakan kajian saintifik dan praktikal, tujuan yang adalah untuk mewujudkan enjin ruang nuklear kuat untuk interorbital tunda (MB) "Hercules". Kerja membawa kepada asas untuk bertahun-tahun pendorongan elektrik nuklear (YAERDU) dengan ion haba kapasiti kuasa nuklear beberapa - beratus-ratus kilowatt dan kapasiti unit pendorongan elektrik puluhan ke ratusan kilowatt.

parameter reka bentuk MB "Hercules":

• kuasa elektrik berguna nuklear - 550 kW;
• tertentu dorongan pendorongan elektrik - 30 km / s;
• Electric pendorongan teras - 26 H;
• sumber RFN dan pendorongan elektrik - 16.000 jam;
• bekerja pendorongan elektrik badan - xenon;
• berat (kering) tunda - 14,5-15,7 t, termasuk NEI - 6.9 tan.

kontemporari

Pada abad XXI ia adalah masa untuk mencipta enjin nuklear baru untuk ruang. Pada bulan Oktober 2009, pada mesyuarat baru Federation projek "Penciptaan pengangkutan dan modul tenaga dengan pemasangan megawatt-kelas kuasa nuklear" Suruhanjaya telah diluluskan secara rasmi oleh Majlis Presiden Pemodenan dan Pembangunan Teknologi Ekonomi Rusia. adalah pemaju utama:

• loji reaktor - JSC "NIKIET".
• loji kuasa nuklear dengan turbin gas litar penukaran kuasa, berdasarkan Motor pendorongan elektrik dan ionik electrorocket YAERDU secara umum - SSC "Pusat Penyelidikan. M. V. Keldysha ", yang juga bertanggungjawab untuk penganjuran program pembangunan pengangkutan dan modul tenaga (TEM) secara keseluruhannya.
• RSC "Tenaga" sebagai pereka TEM umum mesti membangunkan sebuah mesin automatik dengan modul ini.

Ciri-ciri pemasangan baru

enjin nuklear baru untuk ruang Rusia merancang untuk memulakan operasi komersial dalam beberapa tahun akan datang. Ciri-ciri unjuran turbin gas YAERDU berikut. Reaktor menggunakan gas sejuk penternak cepat reaktor, suhu bendalir kerja (campuran Beliau / Xe) sebelum turbin - 1500 K, kecekapan menukarkan tenaga haba ke tenaga elektrik - 35%, radiator jenis sejuk - titisan. Unit Berat (reaktor, perlindungan sinaran, dan sistem penukaran, tetapi tanpa penyejukan pemancar) - 6800 kg.

Ruang enjin nuklear (kuasa nuklear, kuasa nuklear, bersama-sama dengan EPS) rancangan untuk menggunakan:

• Sebagai sebahagian daripada kenderaan angkasa masa depan.
• Sebagai sumber elektrik untuk sistem tenaga intensif dan kapal angkasa.
• Untuk menyelesaikan dua masalah pertama pengangkutan dan tenaga modul untuk memastikan penyampaian angkasa electrorocket berat dan kenderaan orbit kerja dan lagi bekalan tenaga jangka panjang peralatan.

Prinsip operasi enjin nuklear

Sama ada berdasarkan sintesis nukleus atau mengenai penggunaan pembelahan tenaga bahan api nuklear untuk membentuk teras jet. Membezakan jenis pemasangan nadi letupan dan cecair. loji Blast mengeluarkan ke angkasa bom atom kecil yang meletupkan beberapa meter jauhnya, letupan itu menolak kapal ke hadapan. Dalam amalan, peranti tersebut tidak digunakan.

enjin pendorongan cecair, di sisi lain, telah lama dibangunkan dan diuji. Kembali dalam 60-an, pakar Soviet mereka bentuk sebuah model yang boleh digunakan RD-0410. Sistem ini dibangunkan di Amerika Syarikat. prinsip mereka adalah berdasarkan kepada pemanasan cecair nuklear mini reaktor, ia ditukar menjadi wap dan membentuk jet stream, yang menolak kapal angkasa. Walaupun peranti dipanggil cecair, sebagai bendalir kerja, biasanya hidrogen digunakan. Satu lagi tujuan sistem nuklear ruang - elektrik berkuasa atas kapal rangkaian (peralatan) kapal-kapal dan satelit.

peranti telekomunikasi berat komunikasi ruang global

Pada masa ini, kerja-kerja sedang dijalankan di enjin nuklear untuk ruang yang akan digunakan dalam komunikasi ruang alat berat. RSC "Energia" telah menjalankan kajian dan reka bentuk sistem komunikasi ruang global dari segi ekonomi berdaya saing dengan telefon bimbit murah yang sepatutnya mencapai pemindahan "pertukaran telefon" dari Bumi ke angkasa lepas.

Prasyarat untuk penciptaan mereka adalah:

• hampir selesai mengisi orbit geopegun (GEO) pengoperasian satelit dan pasif;
• keletihan sumber frekuensi;
• pengalaman yang positif penciptaan dan pengeksploitan komersil maklumat satelit geopegun "Yamal".

Apabila anda mewujudkan "Yamal" platform, penyelesaian teknikal yang baru telah 95%, yang membolehkan peranti itu menjadi berdaya saing di pasaran dunia perkhidmatan ruang.

Ia diandaikan penggantian modul dengan peralatan komunikasi teknologi kira-kira setiap tujuh tahun. Ia akan mewujudkan satu sistem multi-3-4 satelit berat ke dalam orbit geopegun dengan peningkatan dalam kuasa elektrik yang digunakan oleh mereka. Pada mulanya, pesawat angkasa telah direka berdasarkan solar kuasa 30-80 kW. Langkah seterusnya akan menggunakan enjin nuklear 400 kW dengan sehingga satu tahun dalam mod pengangkutan (untuk penghantaran modul asas GSO) dan 150-180 kW dalam mod panjang operasi (sekurang-kurangnya 10-15 tahun) sebagai sumber kuasa.

enjin nuklear di antimeteoritnoy melindungi Sistem Earth

Siap RKK "Tenaga" dalam penyelidikan reka bentuk akhir 90-an telah menunjukkan bahawa dalam penciptaan antimeteoritnoy sistem pertahanan Bumi daripada nukleus komet dan asteroid loji kuasa nuklear dan YAERDU boleh digunakan untuk:

1. Mewujudkan satu sistem untuk memantau trajektori asteroid dan komet yang melintasi orbit Bumi. Untuk ini dicadangkan untuk menguruskan kapal angkasa khas yang dilengkapi dengan peralatan optik dan radar untuk mengesan objek berbahaya, mengira parameter trajektori mereka dan kajian utama ciri-ciri mereka. Sistem nuklear enjin ruang dengan dual-mode kapasiti ion haba NPI 150 kW mungkin terlibat. hidupnya hendaklah sekurang kurangnya 10 tahun.
2. Ujian kesan (peranti letupan termonuklear) untuk asteroid tapak pelupusan selamat. YAERDU penghantaran kuasa radas ujian untuk asteroid poligon bergantung kepada jisim muatan yang dihantar (150-500 kW).
3. Penghantaran pendedahan standard bermakna (pemintas jumlah jisim 15-50 tan) untuk mendekati dunia objek berbahaya. Memerlukan nuklear enjin jet kapasiti 1-10 MW untuk diserahkan kepada caj termonuklear asteroid berbahaya, permukaan yang disebabkan oleh letupan jet bahan asteroid dapat menolaknya dari jalan berbahaya.

Penghantaran peralatan penyelidikan dalam ruang yang mendalam

Penghantaran peralatan saintifik untuk objek angkasa (planet yang jauh, komet berkala, asteroid) boleh dijalankan dengan menggunakan peringkat LRE berasaskan ruang. Menggunakan enjin nuklear untuk kenderaan angkasa adalah suai manfaat, apabila dimasukkan ke output tugas untuk mengorbit objek angkasa satelit, hubungan secara langsung dengan objek angkasa, pemilihan sampel bahan dan penyelidikan lain yang memerlukan kompleks penyelidikan peningkatan jisim, kemasukan pendaratan dan berlepas secara berperingkat.

parameter enjin

enjin nuklear untuk kompleks penyelidikan kapal angkasa akan memperluaskan "tetingkap permulaan" (disebabkan oleh pelepasan terkawal kelajuan kerja tubuh), yang memudahkan perancangan dan mengurangkan kos projek. Kajian yang dijalankan oleh RSC "Energia", menunjukkan YAERDU 150 kW dengan sehingga tiga tahun adalah satu cara menjanjikan menyampaikan modul dalam ruang tali pinggang asteroid.

Pada masa yang sama penyerahan sebuah unit penyelidikan di orbit planet yang jauh daripada sistem solar memerlukan peningkatan dalam sumber, pemasangan nuklear sehingga 5-7 tahun. Ia membuktikan bahawa YAERDU kompleks dengan kapasiti daripada 1 MW sebagai sebahagian daripada penyelidikan yang akan membolehkan kapal angkasa dipercepatkan penghantaran untuk 5-7 tahun untuk mengelilingi sebuah satelit buatan yang paling planet yang jauh, rover planet di permukaan satelit semula jadi planet ini, dan penghantaran di atas tanah bumi dengan komet, asteroid, Mercury dan satelit Musytari dan Zuhal.

lif boleh diguna semula (MB)

Salah satu cara yang paling penting untuk meningkatkan kecekapan operasi pengangkutan di angkasa adalah elemen yang boleh diguna semula sistem pengangkutan. enjin nuklear untuk kuasa kapal angkasa sekurang-kurangnya 500 kW membolehkan anda untuk membuat tunda boleh digunakan semula dan dengan itu dengan ketara meningkatkan kecekapan sistem pengangkutan ruang pelbagai peringkat. Amat berguna untuk apa-apa sistem dalam program ini menyediakan trafik fret tahunan yang besar. Satu contoh program penerokaan bulan dengan penciptaan dan penyelenggaraan tempat yang dipandu manusia sentiasa meningkat dan kompleks teknologi dan industri eksperimen.

pengiraan perolehan

Menurut kajian reka bentuk RSC "Energia", pembinaan asas pada bulan perlu modul seberat kira-kira 10 tan, orbit Bulan dihantar -. 30 m Jumlah kargo dari Bumi dalam pembinaan pangkalan lunar yang dipandu manusia dan melawat stesen orbit lunar dianggarkan 700-800 tan dan trafik fret tahunan bagi operasi dan pembangunan asas - 400-500 m.

Walau bagaimanapun, prinsip enjin nuklear tidak membenarkan kapal pengangkut untuk menyuraikan dengan cepat. Disebabkan oleh masa yang panjang pengangkutan dan oleh itu, banyak masa mencari tempat tali pinggang sinaran muatan tidak semua kargo yang boleh dihantar menggunakan bot tunda dengan enjin nuklear. Oleh itu, kargo yang boleh diberikan berdasarkan YAERDU dianggarkan hanya 100-300 tan / tahun.

kecekapan ekonomi

Sebagai kriteria sistem pengangkutan antara orbit kecekapan ekonomi adalah dinasihatkan untuk menggunakan nilai kos unit pengangkutan per unit jisim muatan (GHG) dari permukaan bumi ke orbit sasaran. RSC "Energia" ekonomi dan matematik model, yang mengambil kira komponen utama kos dalam sistem pengangkutan telah dibangunkan:

• penciptaan dan penghapusan unit orbit tunda;
• untuk pembelian mengendalikan kemudahan nuklear;
• kos operasi, dan juga untuk R & D dan kos perbelanjaan modal yang mungkin.

parameter kos bergantung kepada parameter optimum MB. Menggunakan model ini telah disiasat kecekapan ekonomi perbandingan boleh diguna semula tunda berdasarkan kuasa YAERDU kira-kira 1 mW dan tarik guna atas dasar cecair maju enjin roket dalam program ini untuk memastikan penghantaran kepada Bumi Moon orbit altitud daripada jumlah jisim 100 km muatan sebanyak 100 tan / tahun. Apabila menggunakan booster yang sama membawa kapasiti kewajipan sama "Proton-M" dan dvuhpuskovoy pembinaan litar kos penghantaran tertentu sistem pengangkutan per unit jisim muatan menggunakan tug berdasarkan enjin nuklear akan tiga kali lebih rendah daripada apabila menggunakan guna berdasarkan bot tunda dengan enjin roket cecair jenis MM-3.

kesimpulan

pendorongan nuklear berkesan untuk ruang menyumbang kepada penyelesaian masalah alam sekitar di bumi, penerbangan manusia ke Marikh, mewujudkan sistem penghantaran tanpa wayar tenaga dalam ruang, pelaksanaan pengebumian keselamatan dipertingkatkan di angkasa yang sangat berbahaya tanah sisa radioaktif tenaga nuklear, penciptaan pangkalan lunar yang dipandu manusia dan pembangunan komersial Bulan, untuk memastikan melindungi bumi dari bahaya asteroid dan komet.