Jaderné motory pro kosmické lodě

Rusko bylo a stále je lídrem v oblasti výkonu jaderné prostor. Zkušeností při projektování, výstavbě, uvedení do provozu a provoz kosmické lodi vybavené jaderných zdrojů jsou organizace, jako jsou RSC „Energie“ a „Roskosmos“. Nukleární motor umožňuje provozovat letadlo po mnoho let, což z nich dělá opakovaně více praktickou vhodnost.

historický rekord

Využívání jaderné energie ve vesmíru už není fikce v 70-tých letech minulého století. První jaderné motory 1970-1988 byly vypuštěny do vesmíru a úspěšně používá v kosmických dopravních prostředků (SV) pozorování „US-A“. Jsou aplikovány na termoelektrického systému jaderné elektrárny (JE) „Buck“ elektrické energie 3 kW.

V roce 1987-1988 dvěma zařízeními „Plasma-A“ s thermionic JE „Topaz“ 5 kW byl letové testovací prostor, v němž byla poprvé realizována výkon elektrický pohon (ERE) od jaderného zdroje elektrické energie.

Komplex pozemní testování jaderné energie tepelně-iontovou jaderného zařízení „Jenisej“ výkonem 5 kW. Na těchto technologií vyvinutých projektů thermionic jaderná elektrárna výkon 25-100 kW na bázi.

MB "Hercules"

RSC „Energy“ v 70. letech začal vědecké a praktické výzkumy, jehož cílem bylo vytvořit silný jaderný motorovém prostoru pro meziočnicového remorkér (MB) „Hercules“. Práce vedla k založení pro mnoho let jaderného elektrický pohon (YAERDU) s thermionic jadernou energetickou kapacitu několika - set kilowattů a elektrická pohonná jednotka kapacitou desítek až stovek kilowattů.

Konstrukční parametry MB "Hercules":

• užitečné elektrické energie z jaderné energie - 550 kW;
• specifický impuls elektrický pohon - 30 km / s;
• Elektrický pohon tah - 26 H;
• zdrojů NPP a elektrický pohon - 16.000 hodin;
• pracovní těla elektrický pohon - xenon;
• hmotnost (suché) remorkér - 14,5-15,7 t, včetně NEI - 6,9 tun.

současník

Ve století XXI je čas vytvořit nový jaderný motor prostoru. V říjnu 2009 na zasedání nového ruského projektu „Tvorba dopravní a energetické modulu s instalace megawatt třídy jaderné síly“ Komise byla oficiálně schválena Radou prezidentského pro modernizaci a technologický rozvoj ruské ekonomiky. je předním vývojářům:

• závod Reactor - JSC "NIKIET".
• Jaderné elektrárny s přeměny energie okruhu plynové turbíny, na základě elektrických hnacích motorů a iontové electrorocket YAERDU obecně - SSC „Research Center. M. V. Keldysha“, který je také zodpovědný za organizaci programu rozvoje dopravy a energetického modulu (TEM) jako celku.
• RSC „Energie“ jako obecné TEM designér musí vytvořit automat s tímto modulem.

Charakteristika nové instalace

Nový jaderný modul pro prostorové Rusko plánuje zahájit komerční provoz v několika příštích letech. Předpokládaná charakteristika plynové turbíny YAERDU následující. Reaktor použitý reaktor rychle chovatel chlazený plynem, se teplota pracovní tekutiny (směs He / Xe) před turbínou - 1500 K, účinnosti přeměny tepelné energie na elektrickou energii, - 35%, radiátor typu chladiče - kapání. Měrná hmotnost (reaktor, radiační ochrany, a přeměny, ale bez chladícího zářičem) - 6800 kg.

Space jaderné motory (jaderná energie, jaderná energie, společně s EPS) v úmyslu použít:

• Jako součást budoucích kosmických lodí.
• Jako zdroj elektrické energie pro energeticky náročných systémů a kosmické lodi.
• Chcete-li vyřešit první dva problémy v modulu dopravy a energetiky s cílem zajistit dodávku těžkých electrorocket kosmických lodí a vozidel na pracovní oběžnou dráhu a další dlouhodobé dodávky energie zařízení.

Princip provozu jaderného motoru

Založeny buď na syntézu jader, nebo o využití energie štěpení jaderného paliva pro vytvoření tryskové tah. Rozlišovat instalace pulsní výbušné a tekuté typy. Výbuch závod vysílá do vesmíru miniaturních atomových bomb, které odpálí několik metrů, výbuch tlačil loď kupředu. V praxi jsou tyto prostředky nejsou použity.

Kapalné pohonné motory, na druhou stranu, je již dlouho byl vyvinut a testován. Zpátky v 60. letech, sovětští odborníci navrhli proveditelné modelu RD-0410. Tyto systémy byly vyvinuty ve Spojených státech. Jejich princip je založen na ohřevu kapalného jaderného mini-reaktoru, se převede na páru a tvoří tryskové proudění, která tlačí kosmické lodi. I když je zařízení se nazývá kapalný jako pracovní tekutiny, se používá obvykle vodík. Dalším cílem kosmických jaderných systémů - poháněl elektrické palubní sítě (zařízení) lodí a satelitů.

Těžké telekomunikační zařízení globální komunikační prostor

V současné době probíhají práce na jaderných motorů na prostor, které budou použity v těžkých přístrojů prostoru komunikace. RSC „Energia“ Byly provedeny studie a návrhy globálního prostoru komunikačního systému je ekonomicky konkurenceschopné s levnou mobilní telefon, který měl dosáhnout převodu „telefonní ústředny“ ze Země do vesmíru.

Předpoklady pro jejich tvorbu jsou:

• téměř úplné naplnění geostacionární oběžné dráze (GEO) a pracující a pasivní;
• vyčerpání frekvenční zdroje;
• Pozitivní zkušenost vytváření a komerčního využití informačních geostacionárních družic „Yamal“.

Při vytvoření platformy „Yamal“, nová technická řešení byla 95%, což umožnilo taková zařízení, aby se stala konkurenceschopnější na světovém trhu vesmírných služeb.

Předpokládá se, výměnu modulů s technologickým komunikačním zařízením zhruba každých sedm let. To by vytvořit systém multi-3-4 těžkých satelitů do geostacionární dráze se zvýšením elektrické energie spotřebované nich. Zpočátku sonda byly navrženy na základě solární energie 30-80 kW. Dalším krokem bude využívat jadernou Motory 400 kW až jeden rok v režimu dopravy (o dodávce základního modulu GSO) a 150-180 kW v rozšířeném režimu provozu (minimálně 10-15 let) jako zdroje energie.

Jaderné motory antimeteoritnoy ochraně zemského systému

Dokončené RKK „Energy“ v designu výzkumu na konci 90. let se ukázalo, že při tvorbě antimeteoritnoy Earth obranného systému z jádra komety a asteroidy jaderných elektráren a YAERDU mohou být použity pro:

1. Vytvoření systému pro sledování trajektorie asteroidů a komet, které překračují oběžnou dráhu Země. K tomu se navrhuje uspořádat zvláštní sondy vybavené optickou a radarové zařízení pro detekci nebezpečných předmětů, výpočet parametrů jejich trajektorie a primární studii jejich vlastností. může se jednat o systém jaderného prostor motoru s duální tepelně iontovou NPI výkonu 150 kW. Její život by měl být nejméně 10 let.
2. Zkoušky nárazem (termonukleární zařízení exploze) na skládky bezpečné asteroidu. dodávka YAERDU síla zkušebního zařízení na asteroidu-polygonu závisí na hmotnosti dodaného užitečného zatížení (150 až 500 kW).
3. Dodávka standardní expozice znamená (interceptor celková hmotnost 15-50 tun) pro přibližování se k nebezpečnému objektu světě. Vyžadují jaderný proudový motor kapacitou 1-10 MW pro dodávku k nebezpečnému asteroidu termonukleární poplatku, jehož povrch exploze v důsledku pásmové asteroidů materiálu, který je schopen ji odmítnout z nebezpečnou cestu.

Dodávka vybavení pro výzkum ve vesmíru

Dodávka vědeckého vybavení do kosmických objektů (vzdálených planet, periodických komet, asteroidy) lze provádět s využitím vesmírných LRE etapách. Použití jaderných motorů pro kosmických dopravních prostředků je účelné, když dal na výstup úloh na oběžnou dráhu nebeské těleso družice, přímý kontakt s nebeského tělesa, výběr vzorků materiálu a dalších výzkumech, které vyžadují zvýšení hmotnosti výzkumný komplex, zahrnutí přistání a vzletu etapách.

parametry motorů

Nukleární motor kosmické výzkumného komplexu bude rozšiřovat „startovní okno“ (vzhledem ke kontrolovanému vypouštění pracovní rychlosti těla), což zjednodušuje plánování a snižuje náklady na projekt. Studie prováděné RSC „Energia“, ukázal, že YAERDU 150 kW až tři roky je slibným prostředkem pro dodávání modulů v prostoru asteroidů.

Zároveň dodávka výzkumného týmu na oběžnou dráhu vzdálených planet sluneční soustavy vyžaduje zvýšení prostředků, jaderného zařízení až do 5-7 let. Je dokázáno, že YAERDU komplex s kapacitou cca 1 MW v rámci výzkumu umožní sonda urychlené zobrazování po dobu 5-7 let na oběžnou dráhu umělá družice nejvzdálenější planety, planetární Rovers povrchu přirozených satelitů těchto planet a doručení v přízemí Země s komety, planetky, Mercury a satelity Jupiter a Saturn.

K opakovanému použití lift (MB)

Jedním z nejdůležitějších způsobů, jak zlepšit efektivitu přepravy ve vesmíru je pro opakované použití prvků dopravního systému. Jaderná engine pro kosmické síly alespoň 500 kW umožňuje vytvořit opakovaně použitelné vleku a tím výrazně zlepšit efektivitu multi-tier prostor dopravního systému. Užitečné zejména pro takový systém v programu poskytují velkou roční nákladní dopravu. Příkladem by mohl být program měsíčního průzkumu se zakládáním a údržbou s posádkou základny se neustále zvyšuje a experimentální technologické a průmyslové komplexy.

Výpočet obratu

Podle přípravné studie RSC „Energia“, stavba základny na Měsíci by měly být dodány moduly o hmotnosti asi 10 tun, oběžnou dráhu Měsíce. - 30 m Celkový náklad ze Země v konstrukci s posádkou lunární základny a navštívil lunární orbitální stanice se odhaduje na 700-800 tun a roční nákladní doprava pro provoz a rozvoj základny - 400-500 m.

Nicméně princip jaderného motoru neumožňuje nákladní rychle rozptýlit. Vzhledem k dlouhé době přepravy, a proto značná doba hledání balíků radiační pásy ne všechny může být náklad dodán pomocí vlečných člunů s jaderným motorem. Z tohoto důvodu se náklad, který může být poskytnut na základě YAERDU odhaduje pouze 100 - 300 t / rok.

hospodárnost

Jako kritérium ekonomické efektivnosti dopravního systému mezi oběžné dráze se doporučuje použít hodnotu jednotkové náklady na dopravu na jednotku hmotnosti užitečného zatížení (GHG) z povrchu země do cílové oběžné dráze. RSC „Energia“ ekonomický a matematický model, který bere v úvahu hlavní části nákladů na dopravní systém byl vyvinut:

• vytvoření a odstranění oběžná dráha vlečných jednotek;
• na nákup provozu jaderného zařízení;
• provozní náklady, jakož i pro výzkum a vývoj a případné náklady kapitálových výdajů.

Parametry nákladů závisí na optimální parametry MB. Na tomto modelu byla zkoumána srovnávací ekonomické efektivnosti opakovaně použitelných vlečného založené YAERDU síle asi 1 mW a jednorázové remorkér na základě pokročilého tekutého raketovým motorem v programu, který má zajistit doručení do Země Měsíc na oběžné dráze nadmořské výšce 100 km užitečného celkové hmotnosti 100 tun / rok. Při použití stejného booster nosnost rovnou daň „Proton-M“ a dvuhpuskovoy obvodu konstrukci konkrétních přepravních nákladů dopravního systému na jednotku hmotnosti nákladu pomocí zatahání na základě jaderné motoru bude třikrát nižší než při použití jednorázové založené na vlečné lodě s kapalnými raketových motorů typu MM-3.

závěr

Účinný jaderný pohon pro prostor přispívá k řešení ekologických problémů země, letu člověka na Mars, vytvoření systému bezdrátového přenosu energie ve vesmíru, provádění zabezpečených pohřbu ve vesmíru velmi nebezpečné radioaktivní odpad zemi jaderné energetiky, vytvoření posádkou lunární základny a obchodní rozvoj of the Moon, aby zajistily chránit Zemi před asteroidy a komety nebezpečí.