Jadrové motory pre kozmické lode

Rusko bolo a stále je lídrom v oblasti výkonu jadrovej priestor. Skúseností pri projektovaní, výstavbe, uvedenie do prevádzky a prevádzku kozmickej lode vybavené jadrových zdrojov sú organizácie, ako sú RSC "Energia" a "Roskosmos". Nukleárna motor umožňuje prevádzkovať lietadlo po mnoho rokov, čo z nich robí opakovane viac praktickú vhodnosť.

historický rekord

Využívanie jadrovej energie vo vesmíre už nie je fikcia v 70-tych rokoch minulého storočia. Prvý jadrovej motory 1970-1988 boli vypustené do vesmíru a úspešne používa v kozmických dopravných prostriedkov (SV) pozorovanie "US-A". Sú aplikované na termoelektrického systéme jadrovej elektrárne (JE) "Buck" elektrickej energie 3 kW.

V roku 1987-1988 dvoma zariadeniami "Plasma-A" s thermionic JE "Topaz" 5 kW bol letovej testovací priestor, v ktorom bola po prvýkrát realizovaná výkon elektrický pohon (ERE) od jadrového zdroja elektrickej energie.

Komplex pozemné testovanie jadrovej energie tepelno-iónovú jadrového zariadenia "Jenisej" výkonom 5 kW. Na týchto technológií vyvinutých projektov thermionic jadrová elektráreň výkon 25-100 kW na báze.

MB "Hercules"

RSC "Energy" v 70. rokoch začal vedecké a praktické výskumy, ktorého cieľom bolo vytvoriť silný jadrový motorovom priestore pre medziočnicovej remorkér (MB) "Hercules". Práca viedla k založeniu pre mnoho rokov jadrového elektrický pohon (YAERDU) s thermionic jadrovou energetickou kapacitu niekoľkých - set kilowattov a elektrická pohonná jednotka kapacitou desiatok až stoviek kilowattov.

Konštrukčné parametre MB "Hercules":

• užitočné elektrickej energie z jadrovej energie - 550 kW;
• špecifický impulz elektrický pohon - 30 km / s;
• Elektrický pohon ťah - 26 H;
• zdrojov IPA a elektrický pohon - 16.000 hodín;
• pracovné tela elektrický pohon - xenon;
• hmotnosť (suché) remorkér - 14,5-15,7 t vrátane NEI - 6,9 ton.

súčasník

V storočí XXI je čas vytvoriť nový jadrový motor priestoru. V októbri 2009 na zasadnutí nového ruského projektu "Tvorba dopravnej a energetickej modulu s inštalácie megawatt triedy jadrové sily" Komisia bola oficiálne schválená Radou prezidentského pre modernizáciu a technologický rozvoj ruskej ekonomiky. je popredným vývojárom:

• závod Reactor - JSC "NIKIET".
• Jadrové elektrárne s premeny energie okruhu plynovej turbíny, na základe elektrických hnacích motorov a iónové electrorocket YAERDU všeobecne - SSC "Research Center. M. V. Keldysh ", ktorý je tiež zodpovedný za organizáciu programu rozvoja dopravy a energetického modulu (TEM) ako celku.
• RSC "Energia" ako všeobecné TEM dizajnér musí vytvoriť automat s týmto modulom.

Charakteristika novej inštalácie

Nový jadrový modul pre priestorové Rusko plánuje začať komerčnú prevádzku v niekoľkých najbližších rokoch. Predpokladaná charakteristika plynové turbíny YAERDU nasledujúce. Reaktor použitý reaktor rýchlo chovateľ chladený plynom, sa teplota pracovnej tekutiny (zmes He / Xe) pred turbínou - 1500 K, účinnosti premeny tepelnej energie na elektrickú energiu, - 35%, radiátor typu chladiča - kvapkanie. Merná hmotnosť (reaktor, radiačnej ochrany, a premeny, ale bez chladiaceho žiaričom) - 6800 kg.

Space jadrové motory (jadrová energia, jadrová energia, spoločne s EPS) v úmysle použiť:

• Ako súčasť budúcich kozmických lodí.
• Ako zdroj elektrickej energie pre energeticky náročných systémov a kozmickej lode.
• Ak chcete vyriešiť prvé dva problémy v module dopravy a energetiky s cieľom zabezpečiť dodávku ťažkých electrorocket kozmických lodiach a vozidiel na pracovnú obežnú dráhu a ďalšie dlhodobé dodávky energie zariadenia.

Princíp prevádzky jadrového motora

Zakladať buď na syntézu jadier, alebo o využitie energie štiepenia jadrového paliva pre vytvorenie tryskové ťah. Rozlišovať inštalácia pulzné výbušné a tekuté typy. Výbuch preteky vysiela do vesmíru miniatúrnych atómových bômb, ktoré odpáli niekoľko metrov, výbuch tlačil loď vpred. V praxi sú tieto prostriedky nie sú použité.

Liquid pohonné motory, na druhú stranu, je už dlho bol vyvinutý a testovaný. Späť v 60. rokoch, sovietski odborníci navrhli uskutočniteľné modelu RD-0410. Tieto systémy boli vyvinuté v Spojených štátoch. Ich princíp je založený na ohrevu kvapalného jadrového mini-reaktora, sa prevedie na paru a tvoria tryskové prúdenie, ktorá tlačí kozmickej lode. Aj keď je zariadenie sa nazýva kvapalný ako pracovné tekutiny, sa používa zvyčajne vodík. Ďalším cieľom kozmických jadrových systémov - poháňal elektrickej palubnej siete (zariadenia) lodí a satelitov.

Ťažké telekomunikačné zariadenie globálnej komunikačný priestor

V súčasnej dobe prebiehajú práce na jadrových motorov na priestor, ktoré budú použité v ťažkých prístrojov space komunikácie. RSC "Energia" Vykonali štúdie a návrhy globálneho priestoru komunikačného systému je ekonomicky konkurencieschopné s lacnou mobilný telefón, ktorý mal dosiahnuť prevodu "telefónnej ústredne" zo Zeme do vesmíru.

Predpoklady pre ich tvorbu sú:

• takmer úplné naplnenie geostacionárnej obežnej dráhe (GEO) a pracujúci a pasívne;
• vyčerpanie frekvenčné zdroje;
• Pozitívne skúsenosť vytváranie a komerčného využitia informačných geostacionárnych družíc "Yamal".

Pri vytvorení platformy "Yamal", nové technické riešenia bola 95%, čo umožnilo takéto zariadenia, aby sa stala konkurencieschopnejšou na svetovom trhu vesmírnych služieb.

Predpokladá sa, výmenu modulov s technologickým komunikačným zariadením zhruba každých sedem rokov. To by vytvoriť systém multi-3-4 ťažkých satelitov do geostacionárnej dráhe sa zvýšením elektrickej energie spotrebovanej nich. Spočiatku sonda boli navrhnuté na základe solárnej energie 30-80 kW. Ďalším krokom bude využívať jadrovú Motory 400 kW až jeden rok v režime dopravy (o dodávke základného modulu GSO) a 150-180 kW v rozšírenom režime prevádzky (minimálne 10-15 rokov) ako zdroja energie.

Jadrové motory antimeteoritnoy ochrane zemského systému

Dokončené RKK "Energy" v dizajne výskumu na konci 90. rokov sa ukázalo, že pri tvorbe antimeteoritnoy Earth obranného systému z jadra kométy a asteroidy jadrových elektrární a YAERDU môžu byť použité pre:

1. Vytvorenie systému na sledovanie trajektórie asteroidov a komét, ktoré prekračujú obežnú dráhu Zeme. K tomu sa navrhuje usporiadať zvláštne sondy vybavené optickou a radarové zariadenia na detekciu nebezpečných predmetov, výpočet parametrov ich trajektórie a primárnej štúdii ich vlastností. môže sa jednať o systém jadrového priestor motora s duálnou tepelne iónovou NPI výkonom 150 kW. Jej život by mal byť najmenej 10 rokov.
2. Skúšky nárazom (termonukleárna zariadenia explózie) na skládky bezpečné asteroidu. dodávka YAERDU sila skúšobného zariadenia na asteroide-polygóne závisí od hmotnosti dodaného užitočného zaťaženia (150 až 500 kW).
3. Dodávka štandardná expozícia znamená (Interceptor celková hmotnosť 15-50 ton) pre približovanie sa k nebezpečnému objektu svete. Vyžadujú jadrový prúdový motor kapacitou 1-10 MW pre dodávku k nebezpečnému asteroidu termonukleárnej poplatku, ktorého povrch explózie v dôsledku pásmové asteroidov materiálu, ktorý je schopný ju odmietnuť z nebezpečnú cestu.

Dodávka vybavenia pre výskum vo vesmíre

Dodávka vedeckého vybavenia do kozmických objektov (vzdialených planét, periodických komét, asteroidy) možno vykonávať s využitím vesmírnych LRE etapách. Použitie jadrových motorov pre kozmických dopravných prostriedkov je účelné, keď dal na výstup úloh na obežnú dráhu nebeské teleso družice, priamy kontakt s nebeského telesa, výber vzoriek materiálu a ďalšími vedeckými vyžadujúcich hmotnosť rozšíriť výskum komplexu zahrnutie pristátia a vzletu etapách.

parametre motorov

Nukleárna motor kozmickej výskumného komplexu bude rozširovať "štartové okno" (vzhľadom ku kontrolovanému vypúšťanie pracovné rýchlosti tela), čo zjednodušuje plánovanie a znižuje náklady na projekt. Štúdie vykonávané RSC "Energia", ukázal, že YAERDU 150 kW až tri roky je sľubným prostriedkom pre dodávanie modulov v priestore asteroidov.

Zároveň dodávka výskumného tímu na obežnú dráhu vzdialených planét slnečnej sústavy vyžaduje zvýšenie prostriedkov, jadrového zariadenia až do 5-7 rokov. Je dokázané, že YAERDU komplex s kapacitou cca 1 MW v rámci výskumu umožní sonda zrýchlené zobrazovanie po dobu 5-7 rokov na obežnú dráhu umelá družica najvzdialenejšie planéty, planetárne Rovers povrchu prirodzených satelitov týchto planét a doručenie na prízemí Zeme s kométy, planétky, Mercury a satelity Jupiter a Saturn.

K opätovnému použitiu lift (MB)

Jedným z najdôležitejších spôsobov, ako zlepšiť efektivitu dopravy vo vesmíre je pre opakované použitie prvkov dopravného systému. Jadrová engine pre kozmické sily aspoň 500 kW umožňuje vytvoriť opakovane použiteľné vleku a tým výrazne zlepšiť efektivitu multi-tier priestor dopravného systému. Užitočné najmä pre takýto systém v programe poskytujú veľkú ročné nákladnú dopravu. Príkladom by mohol byť program mesačného prieskumu sa zakladaním a údržbou s posádkou základne sa neustále zvyšuje a experimentálne technologické a priemyselné komplexy.

výpočet obratu

Podľa prípravnej štúdie RSC "Energia", stavba základne na Mesiaci by mali byť dodané moduly s hmotnosťou asi 10 ton, obežnú dráhu Mesiaca. - 30 m Celková náklad zo Zeme v konštrukcii s posádkou lunárny základne a navštívil lunárny orbitálnej stanice sa odhaduje na 700-800 ton a ročné nákladná doprava pre prevádzku a rozvoj základne - 400-500 m.

Avšak princíp jadrového motora neumožňuje nákladné rýchlo rozptýliť. Vzhľadom k dlhej dobe prepravy, a preto značná doba hľadania balíkov radiačné pásy nie všetky možné dodať náklad pomocou vlečných člnov s jadrovým motorom. Z tohto dôvodu sa náklad, ktorý môže byť poskytnutý na základe YAERDU odhaduje iba 100 - 300 t / rok.

hospodárnosť

Ako kritérium ekonomickej efektívnosti dopravného systému medzi obežnej dráhe sa odporúča použiť hodnotu jednotkové náklady na dopravu na jednotku hmotnosti užitočného zaťaženia (GHG) z povrchu zeme do cieľovej obežnej dráhe. RSC "Energia" ekonomický a matematický model, ktorý berie do úvahy hlavnej časti nákladov na dopravný systém bol vyvinutý:

• vytvorenie a odstránenie obežná dráha vlečných jednotiek;
• na nákup prevádzky jadrového zariadenia;
• prevádzkové náklady, ako aj pre výskum a vývoj a prípadné náklady kapitálových výdavkov.

Parametre nákladov závisí na optimálne parametre MB. Na tomto modeli sa skúmala porovnávaciu ekonomickej efektívnosti opakovane použiteľných vlečného založené YAERDU sile asi 1 mW a jednorazové remorkér na základe pokročilého tekutého raketovým motorom v programe, ktorý má zabezpečiť doručenie do Zeme Mesiac na obežnej dráhe nadmorskej výške 100 km užitočného celkovej hmotnosti 100 ton / rok. Pri použití rovnakého booster nosnosť rovnú daň "Proton-M" a dvuhpuskovoy obvode konštrukciu konkrétnych prepravných nákladov dopravného systému na jednotku hmotnosti užitočného zaťaženia použitím remorkér na základe jadrovej motore bude trikrát nižšia ako pri použití jednorázovej založené na vlečné lode s kvapalnými raketových motorov typu MM-3.

záver

Účinný jadrový pohon pre priestor prispieva k riešeniu ekologických problémov krajiny, letu človeka na Mars, vytvorenie systému bezdrôtového prenosu energie vo vesmíre, vykonávanie zabezpečených pohrebe vo vesmíre veľmi nebezpečné rádioaktívny odpad krajine jadrovej energetiky, vytvorenie posádkou lunárny základne a obchodný rozvoj of the Moon, aby zabezpečili chrániť Zem pred asteroidy a kométy nebezpečenstvo.