Nucleaire motoren voor ruimteschepen

Rusland is geweest en nog steeds is de leider op het gebied van nucleaire ruimte macht. Ervaring in het ontwerp, de bouw, de inbedrijfstelling en exploitatie van ruimtevaartuigen uitgerust met kernenergie bronnen zijn organisaties zoals de RSC "Energie" en "Roskosmos". Nuclear engine maakt het mogelijk om het vliegtuig te werken voor vele jaren, waardoor ze meer praktische bruikbaarheid herhaaldelijk.

historisch record

Het gebruik van kernenergie in de ruimte is niet langer een fictie in de 70-er jaren van de vorige eeuw. De eerste nucleaire motoren in 1970-1988 werden gelanceerd in de ruimte en met succes gebruikt in de ruimte voertuigen (SV) observaties van "US-A". Ze worden toegepast op de thermo-elektrische systeem van een kerncentrale (NPP) "Buck" elektrisch vermogen van 3 kW.

In 1987-1988 twee inrichtingen "Plasma-A" met thermionische NPP "Topaz" 5 kW heeft testvluchten ruimte, waarbij vermogen voortstuwing (ERE) vanaf het nucleaire energiebron eerst werd geïmplementeerd zijn.

Een complex van aardse macht testen van nucleaire thermionische kerninstallatie "Yenisei" vermogen van 5 kW. Op basis van deze technologieën ontwikkeld projecten thermionische kernenergie capaciteit van 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Energie" in de jaren '70 begonnen met de wetenschappelijke en praktische onderzoek, waarvan het doel was om een krachtige nucleaire ruimte engine voor oogkassen sleepboot (MB) "Hercules" te creëren. Werk leidde tot de basis voor vele jaren van de nucleaire elektrische aandrijving (YAERDU) met thermionische kernenergie capaciteit van een enkele - honderden kilowatt en elektrische aandrijving eenheid vermogen van tientallen tot honderden kilowatts.

Ontwerpparameters MB "Hercules":

• bruikbare elektrisch vermogen van kernenergie - 550 kW;
• specifieke impuls elektrische aandrijving - 30 km / s;
• Elektrische aandrijving stuwkracht - 26H;
• resource NPP en elektrische voortstuwing - 16.000 uur;
• werken body elektrische aandrijving - xenon;
• gewicht (droog) sleepboot - 14,5-15,7 t, met inbegrip van NEI - 6,9 ton.

tijdgenoot

In de eenentwintigste eeuw is het tijd om een nieuwe nucleaire motor te creëren voor de ruimte. In oktober 2009, tijdens een bijeenkomst van de nieuwe Russische project "Creatie van vervoer en energie-module met een megawatt-class installatie van een kerncentrale" van de Commissie is officieel goedgekeurd door de Presidentiële Raad voor de Modernisering en Technologische Ontwikkeling van de Russische economie. zijn toonaangevende ontwikkelaars:

• Reactor plant - JSC "NIKIET".
• Kerncentrale met een gasturbine stroomconversiecircuit, gebaseerd op de elektrische voortstuwingsmotoren en ionische electrorocket YAERDU algemeen - SSC "Research Center. M. V. Keldysha", die verantwoordelijk is voor de organisatie van het programma van de ontwikkeling van vervoer en energie module (TEM) als geheel ook.
• RSC "Energie" als een algemene TEM ontwerper moet een automatische machine te ontwikkelen met deze module.

Kenmerken van de nieuwe installatie

Nieuwe nucleaire motor ruimte Rusland is van plan om de commerciële exploitatie te starten in de komende jaren. Geprojecteerd kenmerken van de gasturbine YAERDU volgende. Als reactor gasgekoelde snelle kweekreactor, de temperatuur van de werkvloeistof (een mengsel van He / Xe) voor de turbine - 1500 K, de efficiëntie van de omzetting van thermische energie in elektrische energie - 35%, radiator type cooler - infuus. Eenheid Gewicht (reactor stralingsbescherming en omzettingssysteem, maar zonder koeling emitter) - 6800 kg.

Space nucleaire motoren (kernenergie, kernenergie, samen met EPS) van plan te gebruiken:

• Als onderdeel van de toekomstige ruimtevoertuigen.
• Als bron van elektriciteit voor energie-intensieve systemen en ruimtevaartuigen.
• Om de eerste twee problemen in het vervoer en energie module op te lossen om de levering van zware electrorocket ruimteschepen en voertuigen op de werkende baan en verder energievoorziening van de apparatuur op lange termijn te waarborgen.

Het principe van de werking van een nucleaire motor

Gebaseerd op hetzij de synthese van nuclei of het gebruik van energie splitsing van nucleaire brandstof ter vorming jet stuwkracht. Onderscheid installatie pulse-explosieve fluïdum types. Blast fabriek uitzendt in de ruimte miniatuur atoombommen die tot ontploffing een paar meter afstand, de explosie duwde het schip naar voren. In de praktijk zijn dergelijke inrichtingen niet gebruikt.

Liquid voortstuwingsmotoren, aan de andere kant, is al lang ontwikkeld en getest. Terug in de jaren '60, hebben Sovjet-specialisten een werkbaar model RD-0410 ontworpen. Deze systemen werden ontwikkeld in de Verenigde Staten. Het principe is gebaseerd op het verwarmen van een vloeistof nucleaire minireactor wordt omgezet in stoom en vormt een straalstroom, waarbij het ruimtevaartuig duwt. Hoewel de inrichting een vloeistof als de werkvloeistof wordt genoemd, wordt gewoonlijk waterstof toegepast. Een ander doel van de ruimte nucleaire systemen - aangedreven elektrische boordnet (materiaal) schepen en satellieten.

Heavy telecommunicatie-apparatuur wereldwijde ruimte communicatie

Op dit moment wordt gewerkt aan nucleaire motoren voor de ruimte die gebruikt zullen worden in de zware apparatuur ruimte communicatie. RSC "Energia" zijn studies en ontwerpen van de mondiale ruimte communicatiesysteem uitgevoerd is economisch concurrerend met goedkope mobiele telefoon die verondersteld was om de overdracht van "telefooncentrale" van de aarde in de ruimte te bereiken.

De vereisten voor hun creatie zijn:

• vrijwel volledige vulling van de geostationaire baan (GEO) satellieten operationele en passieve;
• uitputting frequentie hulpbronnen;
• positieve ervaring van de schepping en de commerciële exploitatie van geostationaire satellieten "Yamal".

Wanneer u een "Yamal" platform te creëren, zijn er nieuwe technische oplossingen 95% geweest, die dergelijke apparaten geactiveerd kunnen concurreren op de wereldmarkt van de ruimte diensten te worden.

Aangenomen wordt de vervanging van modules met technologische communicatieapparatuur ongeveer elke zeven jaar. Het zou een systeem van multi-3-4 zware satellieten in een geostationaire baan om de aarde te maken met een toename van het elektrische vermogen verbruikt door hen. In eerste instantie zijn het ruimtevaartuig is ontworpen op basis van zonne-energie 30-80 kW. De volgende stap zal gebruiken nucleaire motoren 400 kW met maximaal een jaar in de transportmodus (voor de levering van basismodule GSO) en 150-180 kW langere bedrijfswijze (ten minste 10-15 jaar) als energiebron.

Nucleaire motoren in antimeteoritnoy de aarde te beschermen System

Klaar RKK "Energie" in de late jaren '90 ontwerp onderzoek heeft aangetoond dat in de creatie van antimeteoritnoy Earth Defense systeem van de kernen van kometen en asteroïden kerncentrale en YAERDU kan worden gebruikt om:

1. Het creëren van een systeem voor het toezicht op de banen van asteroïden en kometen dat de baan van de aarde te steken. Voor deze voorgesteld om speciale ruimtevaartuig uitgerust met optische en radar apparatuur voor het opsporen van gevaarlijke objecten, het berekenen van de parameters van hun traject en primaire studie van hun eigenschappen te regelen. Het systeem nucleaire ruimte motor met dual-mode thermionische NPI capaciteit van 150 kW kan worden betrokken. Haar leven zou moeten zijn ten minste 10 jaar.
2. Tests van de impact (thermonucleaire explosie apparaat) naar de vuilstort veilig asteroïde. YAERDU vermogensafgifte van de testapparatuur een stervormig polygoon is afhankelijk van de massa van de afgegeven lading (150-500 kW).
3. De levering van standaard belichting betekent (interceptor totale massa van 15-50 ton) voor de naderende om de gevaarlijke object wereld. Vereisen nucleaire straalmotor vermogen van 1-10 MW voor afgifte aan een gevaarlijke stervormige thermische lading, waarvan het oppervlak ontploffing door jet stervormig materiaal kunnen verwerpen van gevaarlijke weg.

Levering van onderzoeksapparatuur in diepe ruimte

Levering van de wetenschappelijke apparatuur aan ruimte objecten (verre planeten, periodieke kometen, planetoïden) kan met het gebruik van ruimte-LRE fasen worden uitgevoerd. Gebruik nucleaire motoren voor ruimtevoertuigen doelmatig is, wanneer gezet om de taak uitvoer naar een hemellichaam van de satelliet baan, direct contact met een hemellichaam, de selectie van het materiaal monsters en ander onderzoek vereisen massatoename onderzoek complex, de opname van de landing en take-off fasen.

parameters motoren

Nucleaire engine voor ruimtevaart onderzoek complex zal het venster "start" uit te breiden (als gevolg van een gecontroleerde afvoer van de werksnelheid van het lichaam), die planning vereenvoudigt en vermindert de kosten van het project. Uit studies van RSC "Energia" bracht aan het licht dat YAERDU 150 kW met maximaal drie jaar is een veelbelovend middel om modules in de ruimte stervormige riem.

Tegelijkertijd is de levering van een onderzoekseenheid op de baan van verre planeten van het zonnestelsel vereist een verhoging van de middelen, een nucleaire installatie tot 5-7 jaar. Het is bewezen dat YAERDU complex met een capaciteit van ongeveer 1 MW in het kader van het onderzoek zal het ruimtevaartuig versnelde weergave voor 5-7 jaar om een kunstmatige satelliet meest verre planeten, planetaire rovers op het oppervlak van de natuurlijke satellieten van deze planeten, en de levering baan op de grond Aarde met kometen, planetoïden, Mercury en de satellieten van Jupiter en Saturnus.

Herbruikbare lift (MB)

Een van de belangrijkste manieren om de efficiëntie van het vervoer in de ruimte te verbeteren is herbruikbare elementen van het vervoerssysteem. Nucleaire motor voor ruimtevaart vermogen van ten minste 500 kW kunt u herbruikbare sleeptouw te creëren en daarmee een aanzienlijke verbetering van de efficiëntie van de multi-tier ruimte transport systeem. Vooral nuttig voor een dergelijk systeem in het programma zorgen voor een grote jaarlijkse vrachtverkeer. Een voorbeeld hiervan is een programma van de verkenning van de maan met de creatie en het onderhoud van een bemande basis wordt steeds groter en experimentele technologische en industriële complexen.

berekening van de omzet

Volgens het ontwerp studies RSC "Energia", moet de bouw van de basis op de maan te leveren modules met een gewicht van ongeveer 10 ton, de baan van de Maan - 30 m. De totale lading van de aarde in de bouw van een bemande maanbasis en bezocht de maan orbitale station wordt geschat op 700-800 ton en een jaarlijkse vrachtverkeer voor de exploitatie en ontwikkeling van de basis - 400-500 m.

Echter, het principe van de nucleaire motor niet toestaan dat het vrachtschip om snel te verspreiden. Vanwege de lange tijd van het transport en dus aanzienlijk het vinden payload-gordels niet alle lading kan worden geleverd met behulp van sleepboten nucleaire motor. Daarom is de lading die geleverd kan worden gebaseerd op YAERDU geschat op slechts 100-300 ton / jaar.

economische efficiëntie

Als criterium van economische efficiëntie inter-orbit transportsysteem is het raadzaam om de waarde van de eenheid transportkosten per eenheid massa van de lading (BKG) gebruiken van het oppervlak van de aarde in het doel baan. RSC "Energia" economische en wiskundig model, dat rekening houdt met de belangrijkste onderdelen van de kosten in het transport systeem is ontwikkeld:

• de creatie en de eliminatie van de baan sleepboot eenheden;
• voor de aankoop van de exploitatie van een nucleaire installatie;
• operationele kosten, evenals voor R & D en mogelijke kosten kapitaaluitgaven.

Kosten parameters zijn afhankelijk van de optimale parameters van de MB. Met behulp van dit model werd onderzocht vergelijkende economische efficiëntie van herbruikbare sleepboot gebaseerd YAERDU vermogen van ongeveer 1 mW en disposable ruk aan de basis van geavanceerde vloeibare raketmotor in het programma om de levering aan de Maan van de aarde baan hoogte van 100 km payload totale massa van 100 ton / jaar te garanderen. Wanneer dezelfde booster draagkracht gelijk duty "Proton-M" en dvuhpuskovoy ketenconstructie van het transportsysteem specifieke transportkosten per gewichtseenheid van de lading via ruk aan de hand van nucleaire motor drie keer lager dan bij de wegwerpbare gebaseerd op sleepboten met vloeibare raketmotoren van het type MM-3.

conclusie

Effectieve nucleaire voortstuwing voor ruimte draagt bij aan de oplossing van de milieuproblemen van de aarde, de vlucht van de mens naar Mars, het creëren van een systeem voor draadloze overdracht van energie in de ruimte, de uitvoering van beveiligde begraven in de ruimte zeer gevaarlijk radioactief afval terrein van kernenergie, de oprichting van een bemande maanbasis en de commerciële ontwikkeling van de Maan, om ervoor te zorgen de aarde te beschermen tegen asteroïde en komeet gevaar.