Ядрени двигатели за космически кораби

Русия беше и все още е лидер в областта на ядрената енергетика. Опитът в проектирането, изграждането, пускането в експлоатация и експлоатацията на космически превозни средства, оборудвани с ядрен енергиен източник, се осигурява от организации като RSC Energia и Roskosmos. Ядреният двигател дава възможност за експлоатация на въздухоплавателните средства в продължение на много години, което многократно увеличава практическата им полезност.

Историческа хроника

използването на ядрена енергетика в космоса е престанало да бъде фантастика през 70-те години на миналия век. Първите ядрени двигатели през 1970-1988 г. стартираха в космоса и успешно работеха на космически кораб "US-A". Използваха система с електрическа мощност 3 кВт с термоелектрическа атомна електроцентрала (АЕЦ) "Бук".

През 1987-1988 г. две устройства "Плазма-А" с катод АЕЦ "Топаз" 5 кВт е полет тестване пространство, по време на която бе изпълнена първата мощност електрическо задвижване (ERE) от източника на ядрената енергия.

Извършен е комплекс от тестове за ядрена енергетика с 5-кВт ядрено съоръжение, Yenisei. Въз основа на тези технологии са разработени проекти на термични ядрени мощности с мощност 25-100 kW.

MB "Херкулес"

RSC "Енергетика" през 70-те започна научните и практически изследвания, чиято цел е да се създаде мощна ядрена пространство двигател за interorbital влекач (MB) "Херкулес". Работата стигна до създаването на много години от ядрената електрическо задвижване (YAERDU) с катод ядрена мощност на няколко - стотици киловата и капацитет електрическо задвижване единица десетки до стотици киловата.

Дизайн параметри на MB "Херкулес":

• полезна електрическа мощност на атомната електроцентрала - 550 кВт;
• специфичният импулс на ERDU е 30 km / s;
• Напрежението на ERDU е 26 N;
• ресурс на атомни електроцентрали и електроцентрали - 16 000 часа;
• работната среда на ЕРДУ е ксенон;
• тегло (сух) на влекача - 14.5-15.7 тона, включително атомни електроцентрали - 6.9 тона.

Най-новото време

През 21 век е време да се създаде нов ядрен двигател за космоса. През октомври 2009 г. на среща на Комисията под председателството на Руската федерация за модернизация и технологично развитие на руската икономика беше официално одобрен нов руски проект "Създаване на модул за транспорта и енергетиката с използване на двигател с ядрена мощност на мегават". Основните разработчици са:

• Реакторна инсталация - АД "НИКИЕТ".
• АЕЦ с газопреобразувателна схема на преобразуване на енергията, ERDU на базата на йонни електрически двигатели и YaREDU като цяло - SSC " MV Keldysh ", която е и отговорната организация за програмата за развитие на транспортния енергиен модул (ТЕМ) като цяло.
• RSC Energia като генерален дизайнер на TEM трябва да разработи автоматично устройство с този модул.

Характеристики на новата инсталация

Нов ядрен двигател за космоса Русия планира да започне в търговска експлоатация през следващите години. Предполагаемите характеристики на газовата турбина YERDU са както следва. реактор реактор използва газ се охлажда бързо животновъд, температурата на работния флуид (смес от Той / Хе) преди турбината - 1500 К, ефективността на преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия - 35%, радиатор тип охладител - вливане. Теглото на мощността (реактор, система за радиационна защита и конверсия, но без радиатор) е 6 800 кг.

Предвижда се използването на космически ядрени двигатели (АЕЦ, АЕЦ заедно с ЕРДУ):

• Като част от бъдещите космически превозни средства.
• Като източници на електроенергия за енергоемки комплекси и космически кораби.
• За да се решат първите две задачи в транспортния и енергиен модул, за да се осигури доставката на електрически ракети на тежки космически кораби и превозни средства до оперативни орбити и по-нататъшно дългосрочно захранване на тяхното оборудване.

Принцип на действие на ядрен двигател

Тя се основава или на синтеза на ядра, или на използването на енергия на делене ядрено гориво да се формира реактивен тласък. Има инсталации от импулсни експлозиви и течни типове. Експлозивното устройство изхвърля миниатюрни атомни бомби в космоса, които се взривяват на разстояние от няколко метра, а взривната вълна бута кораба напред. На практика такива устройства все още не се използват.

Течните ядрени двигатели, от друга страна, отдавна са разработени и тествани. През 60-те години съветските специалисти са построили работещ модел RD-0410. Подобни системи бяха разработени в САЩ. Техният принцип се основава на нагряване на течността от ядрен миниреактор, той се превръща в пара и образува поток от струи, който натиска космическия кораб. Въпреки че устройството се нарича течност, като работна среда, като правило се използва водород. Друго определяне на ядрени инсталации е захранването на бордовата мрежа (уреди) на кораби и спътници.

Тежък телекомуникационен апарат от глобални космически комуникации

В момента се работи по ядрен двигател за космическо пространство, който се планира да се използва в комуникационни устройства с тежки пространства. RSC Energia извърши проучване и разработване на глобалната космическа комуникационна система, конкурентно конкурентоспособна с евтината клетъчна комуникация, която се очаква да бъде постигната чрез прехвърляне на "телефонната централа" от Земята в космоса.

Предпоставки за тяхното създаване са:

• практическо пълно запълване на геостационарната орбита (GSO) чрез операционни и пасивни спътници;
• изтощаване на честотния ресурс;
• положителен опит в създаването и използването на геостационарни сателити за информация от серията Yamal.

При създаването на платформата Yamal новите технически решения възлизат на 95%, което позволява на такива устройства да станат конкурентоспособни на световния пазар на космически услуги.

Планира се да се заменят модулите с технологично оборудване за комуникация на всеки седем години. Това ще създаде система за мулти-3-4 тежки спътници в геостационарна орбита с увеличение на електрическата енергия, консумирана от тях. Първоначално бяха проектирани космически кораби, базирани на слънчеви батерии с мощност от 30-80 kW. Следващата стъпка ще използва ядрени двигатели 400 кВт с до една година в режим на транспорт (за доставка на основния модул GSO) и 150-180 кВт в продължителен режим на работа (най-малко 10-15 години) като източник на енергия.

Ядрени двигатели в системата на антиметеоритична защита на Земята

Завършен РКК "Енергия" в дизайна изследвания края на 90-те години показва, че в създаването на система за противоракетна отбрана antimeteoritnoy Земята от ядрата на комети и астероиди атомни електроцентрали и YAERDU могат да бъдат използвани, за да:

1. Създаване на система за мониторинг на траектории на астероиди и комети, пресичащи орбитата на Земята. За тази цел се предлага да се организират специални космически кораби, оборудвани с оптично и радарно оборудване за откриване на опасни предмети, изчисляване на параметрите на траекторията им и първоначално проучване на техните характеристики. В системата може да се използва двигател с ядрено пространство с термична ядрена централа с двоен режим на работа с мощност от 150 kW. Неговият ресурс трябва да е навършил 10 години.
2. Изпитвания на средства за влияние (експлозия на термоядрени устройства) върху доказан безопасен астероид. Силата на NERDU за доставяне на тестово устройство на астрономичен полигон зависи от масата на доставения полезен товар (150-500 kW).
3. Доставки на редовни средства за действие (прехващачи с обща маса от 15-50 тона) към опасния обект, който се доближава до Земята. Това ще отнеме ядрената енергия реактивен двигател с мощност от 1 до 10 MW за доставяне до опасен астероид на термоядрен заряд, чиято повърхностна експлозия в резултат на струя от астероиден материал ще може да го отклони от опасна траектория.

Доставка на научно оборудване до космоса

Доставка на научно оборудване за космически обекти (далечни планети, периодични комети, астероиди) може да се извърши с помощта на космически етапи LRE. Използвайте ядрени двигатели за космически превозни средства е целесъобразно, когато е изведен до изхода за задача да обикалят около небесно тяло на спътника, директен контакт с небесно тяло, изборът на материали проби и други изследвания, които изискват масово увеличение изследвания комплекс, включването на кацане и излитане етапи.

Параметри на двигателя

Ядреният двигател на космическия апарат на изследователския комплекс ще разшири "прозореца за стартиране" (поради контролирана скорост на потока на работния флуид), което опростява планирането и намалява разходите по проекта. Изследванията, проведени от RSC Energia, показаха, че 150 kW YaRDU с живот до три години е обещаващо средство за доставка на космически модули астероидният пояс.

В същото време доставката на изследователско звено в орбитата на далечни планети на Слънчевата система изисква увеличаване на ресурсите на ядрена инсталация до 5-7 години. Доказано е, че комплекс YAERDU с капацитет от около 1 MW, като част от изследването ще даде възможност на космическия кораб ускорено пускане в продължение на 5-7 години в орбита изкуствен сателитни повечето далечни планети, планетарни Роувърс на повърхността на естествените спътници на тези планети, както и доставка на партерния Земята с комети, астероиди, Меркурий и спътниците на Юпитер и Сатурн.

Повторно използваем влекач (MB)

Един от най-важните начини за подобряване на ефективността на транспортните операции в космоса е многократното използване на елементите на транспортната система. Ядрен двигател за космически кораби с капацитет от най-малко 500 kW позволява създаването на влекач за многократна употреба и по този начин значително увеличава ефективността на многожичната система за космически транспорт. Особено полезна е такава система в програмата за осигуряване на големи годишни товарни потоци. Пример за това е програмата за развитие на луната чрез създаване и поддържане на постоянно нарастваща обитаема база и експериментални технологични и производствени комплекси.

Изчисляване на оборота

Според RSC на проектни проучвания "Energia", изграждането на база на Луната трябва да бъдат доставени модули с тегло около 10 тона, орбитата на Луната. - 30 m Общо товари от Земята в изграждането на пилотирана лунна база и посети лунен орбитален станция се оценява на 700-800 тона , а годишният товарен поток за осигуряване на функционирането и развитието на базата е 400-500 тона.

Принципът на действие на ядрен двигател обаче не позволява достатъчно бързо изпращане на превозвача. Поради дългото време на транспортиране и следователно значително време намирането на полезния товар радиационни пояси не всички товари могат да бъдат доставени с помощта на влекачи с ядрен двигател. Поради това, товарите, които могат да бъдат предоставени на базата на YAERDU оценява само 100-300 тона / годишно.

Икономическа ефективност

Като критерий за икономическата ефективност между орбита транспортна система е препоръчително да се използва стойността на разходи за единица транспорт на единица маса на полезния товар (ПГ) от повърхността на земята в целевата орбита. RSC Energia разработи икономически-математически модел, който отчита основните компоненти на разходите в транспортната система:

• за създаване и пускане в експлоатация на влекачите;
• за закупуване на работеща ядрена инсталация;
• оперативните разходи, както и разходите за НИРД и възможните капиталови разходи.

Индикаторите за разходите зависят от оптималните MB параметри. Използвайки този модел се изследва сравнителен икономическата ефективност на многократна употреба влекач базирани YAERDU мощност от около 1 MW и еднократна влекач въз основа на напреднали течен ракетни двигатели 100 km полезен товар се гарантира доставката на програмата от Земята до височина лунната орбита на общото тегло на 100 тона / годишно. При използване на една и съща бустер товароподемност равна дълг "Протон-М" и dvuhpuskovoy строителство схема на транспортната система на специфични транспортни разходи за единица маса на полезния товар, използвайки дърпане на базата на ядрен двигател ще бъде три пъти по-ниски, отколкото при използване на еднократна влекачи, базирани на ракети с течни двигатели като DM-3.

заключение

Ефективно ядрени двигатели за пространство допринася за решаването на екологичните проблеми на земята, на полета на човека до Марс, създаване на система за безжичен пренос на енергия в пространството, изпълнението на повишена сигурност заравяне в космоса, са особено опасни радиоактивни отпадъци основание за ядрена енергия, създаването на пилотиран база на Луната и търговското развитие на Луната, за да се гарантира защита на Земята от опасност от астероидна комета.