Motores nucleares para naves espaciais

A Rusia foi e aínda é o líder no campo do poder espacial nuclear. Experiencia no deseño, construción, comisionado e operación da nave espacial equipada con fontes de enerxía nuclear están organizacións como a RSC "Enerxía" e "Roskosmos". motor nuclear permite o funcionamento da aeronave, durante moitos anos, converténdose adecuación máis práctica repetidamente.

rexistro histórico

O uso de enerxía nuclear no espazo non é unha ciencia nos anos 70-s do século pasado. Os primeiros motores nucleares en 1970-1988 foron lanzados ao espazo é utilizado con éxito no espazo vehículos (SV) observacións de "US-A". Son aplicados ao sistema termelétrico dunha fábrica de enerxía nuclear (NPP) "Buck" de enerxía eléctrica, de 3 kW.

En 1987-1988 dous dispositivos de "Plasma-A" con termiônico NPP "topacio" 5 kW foi espazo-probas de voo, durante o cal a potencia de propulsión eléctrica (ERE) da fonte de enerxía nuclear foi executado en primeiro lugar.

Un complexo de proba nuclear thermionic instalación nuclear terrestre "Yenisei" de 5 kW. Con base nestas tecnoloxías desenvolvidas proxectos capacidade de enerxía nuclear thermionic de 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Enerxía" na década de 70 comezou as investigacións científicas e prácticas, cuxa finalidade era crear un motor de espazo nuclear poderosa para interorbital puxão (MB) "Hercules". Traballo levou á fundación por moitos anos de propulsión eléctrica nuclear (YAERDU) con capacidade nuclear thermionic dalgúns - centos de quilovatios e capacidade da unidade de propulsión eléctrica de decenas a centos de quilowatts.

Parámetros de deseño MB "Hercules":

• enerxía eléctrica útil da enerxía nuclear - 550 kW;
• propulsión eléctrica impulso específico - 30 km / s;
• impulso de propulsión eléctrica - 26 H;
• recursos NPP e propulsión eléctrica - 16.000 horas;
• traballar de propulsión eléctrica de corpo - Xenon;
• peso (seco) revocador - 14,5-15,7 t, incluíndo NEI - 6,9 toneladas.

contemporáneo

No século XXI, é hora de crear un novo motor nuclear para o espazo. En outubro de 2009, nunha reunión do novo proxecto "Creación de transporte e módulo de enerxía cunha instalación megawatt-clase dunha potencia nuclear" da Comisión Rusa foi oficialmente aprobado polo Consello Presidencial para a Modernización e Desenvolvemento Tecnolóxico de Economía de Rusia. son principais desenvolvedores:

• planta Reactor - JSC "NIKIET".
• fábrica de enerxía nuclear cun circuíto de conversión de enerxía de turbina de gas, con base nos motores de propulsión eléctricos e YAERDU electrorocket iónico en xeral - SSC "Research Center. M. V. Keldysha ", que tamén é responsable da organización do programa de desenvolvemento do transporte e módulo de enerxía (TEN) no seu conxunto.
• RSC "Enerxía" como deseñador xeral ten que desenvolver unha máquina automática con este módulo.

Características da nova instalación

motor nuclear novo ao espazo Rusia planea comezar a operación comercial nos próximos anos. características proxectadas do seguinte YAERDU turbina de gas. O reactor regenerador rápido arrefecido a gas reactor utilizado, a temperatura do fluído de traballo (unha mestura de He / Xe) antes da turbina - 1,500 K, a eficiencia da conversión de enerxía térmica en enerxía eléctrica - 35%, de tipo radiador neveira - goteo. Unidade de Peso (reactor, protección contra as radiacións, e sistema de conversión, pero sen emisor de refrixeración) - 6800 kg.

Espazo motores nucleares (enerxía nuclear, enerxía nuclear, xunto con EPS) plan para usar:

• Como parte de vehículos espaciais futuras.
• Como fontes de enerxía eléctrica para sistemas de enerxía intensiva e naves espaciais.
• Para resolver os dous primeiros problemas no módulo de transporte e enerxía para garantir a entrega de naves espaciais electrorocket pesados e vehículos na órbita de traballo e máis oferta de enerxía a longo prazo do equipo.

O principio de funcionamento dun motor nuclear

Baseado tanto na síntese de núcleos ou sobre o uso da fisión de enerxía de combustible nuclear para formar un impulso chorro. Distinguir os tipos de instalación de pulso-explosivas e de fluídos. planta explosión emite ao espazo bombas atómicas en miniatura que detonar a poucos metros de distancia, a explosión empurrou o barco para adiante. Na práctica, estes dispositivos non son utilizados.

motores de propulsión líquida, por outra banda, foi desenvolvido e probado. Volver na década de 60, os expertos soviéticos crearon un modelo viable RD-0410. Estes sistemas foron desenvolvidos nos Estados Unidos. O seu principio baséase no quecemento dun mini-reactor nuclear líquido, é convertida en vapor e forma unha cadea de chorro, que empuxa a sonda. Aínda que o dispositivo se chama un líquido como fluído de traballo, polo xeral é utilizado hidróxeno. Outra finalidade de sistemas nucleares de espazo - eléctrico alimentado de rede (equipos) barcos e satélites a bordo.

dispositivos de telecomunicacións pesados comunicación espazo global

Polo momento, o traballo está en marcha nos motores nucleares ao espazo que serán usadas en comunicacións espaciais aparellos pesado. RSC "Enerxía" realizáronse estudos e proxectos do sistema de comunicación espazo global é economicamente competitiva con teléfono móbil barato que era suposto para conseguir a transferencia de "central telefónica" da Terra ao espazo.

Os requisitos para a súa creación son:

• recheo case completa da órbita geoestacionária operativo (GEO) satélites e pasiva;
• esgotamento dos recursos de frecuencia;
• experiencia positiva da creación e explotación comercial de información satélites geoestacionários "Yamal".

Cando se crea unha plataforma "Yamal", novas solucións técnicas foron do 95%, o que permitiu tales dispositivos para facer competitiva no mercado mundial de servizos espaciais.

Asume-se a substitución de módulos con equipos de comunicación tecnolóxica aproximadamente cada sete anos. Isto vai crear un sistema de multi-3-4 satélites pesados en órbita geoestacionária cun aumento na enerxía eléctrica consumida por eles. Inicialmente, a sonda foron deseñados con base na enerxía solar 30-80 kW. O seguinte paso será utilizar motores nucleares 400 kW con ata un ano en modo de transporte (para a entrega do módulo básico GSO) e 150-180 kW nun modo estendido de operación (polo menos 10-15 anos) como fonte de enerxía.

motores nucleares en antimeteoritnoy protexer o sistema Terra

Rematada RKK "Enerxía" a finais dos anos 90 do deseño de investigación mostrou que na creación antimeteoritnoy sistema de defensa da Terra dos núcleos de cometas e asteroides central nuclear e YAERDU poden usarse para:

1. Creación dun sistema para supervisar as traxectorias de asteroides e cometas que cruzan a órbita da Terra. Para esta proposta de organizar sonda especial equipado con equipos ópticos e de radar para detectar obxectos perigosos, calcular os parámetros das súas traxectorias e primario do estudo das súas características. O motor de espazo nuclear sistema con dobre mode capacidade thermionic NPI de 150 kW poden estar implicados. A súa vida debe ser polo menos 10 anos.
2. Probas de impacto (dispositivo de explosión termonuclear) para o asteroide segura terraplén. a subministración de enerxía YAERDU do aparello de proba para un asteroide-polígono depende da masa da carga útil entregado (150-500 kW).
3. Entrega de exposición estándar significa (masa total interceptor de 15-50 toneladas) para o achegamento ao mundo obxecto perigoso. Esixir nuclear motor a inxección capacidade de 1-10 MW para entrega a un ritmo termonuclear asteroide perigoso, cuxa superficie explosión debido ao material de asteroide chorro poder rexeitalo la de camiño perigoso.

Entrega de equipos de investigación no espazo profundo

Subministración do equipamento científico para obxectos espaciais (planetas distantes, cometas periódicos, asteroides) pode ser realizada co uso de prácticas LRE espaciais. Use motores nucleares para vehículos espaciais é conveniente, cando colocado á saída de tarefa para orbitar un corpo celeste do satélite, o contacto directo con un corpo celeste, a selección de mostras de materiais e outras investigacións que requiren complexo de investigación aumento de masa, a inclusión do pouso e despegamento etapas.

motores de parámetros

motor nuclear para complexo de investigación sonda pode ampliar o "start fiestra" (debido a unha descarga controlada da velocidade de traballo do corpo), que simplifica a planificación e reduce o custo do proxecto. Estudos realizados por RSC "Enerxía", amosa que YAERDU 150 kW con ata tres anos é un medio esperanzador de entrega de módulos no espazo cinto de asteroides.

Ao mesmo tempo, a entrega de unha unidade de investigación en órbita de planetas distantes do sistema solar require un aumento dos recursos, unha instalación nuclear ata 5-7 anos. Está probado que YAERDU complexo con unha capacidade de preto de 1 MW como parte da investigación permitirá a nave acelerou a entrega de 5-7 anos para orbitar un satélite artificial a maioría dos planetas distantes, Rovers planetarios na superficie dos satélites naturais destes planetas, e entrega no chan Terra con cometas, asteroides, Mercurio e os satélites de Xúpiter e Saturno.

lift reutilizable (MB)

Unha das formas máis importantes para mellorar a eficiencia das operacións de transporte no espazo e elementos reutilizables do sistema de transporte. motor nuclear para poder nave espacial de polo menos 500 kW permite crear tow reutilizables e, así, mellorar significativamente a eficiencia do sistema de transporte espacial multi-Tier. Útil para un tal sistema no programa fornecer un tráfico de mercadorías gran anual. Un exemplo sería un programa de explotación lunar, coa creación e mantemento dunha base tripulada está aumentando constantemente e complexos tecnolóxicos e industriais experimentais.

cálculo do volume de negocio

Segundo o estudo de deseño RSC "Enerxía", a construción da base na Lúa deben ser entregados módulos pesando preto de 10 toneladas, a órbita da Lúa -. 30 m de carga total da Terra, na construción dunha base lunar tripulada e visitou a estación orbital lunar estímase en 700-800 toneladas e un tráfico anual de transporte para o funcionamento e desenvolvemento da base - 400-500 m.

Con todo, o principio do motor nuclear non permite que o cargueiro para dispersar rapidamente. Debido ao longo tempo de transporte e, polo tanto, un tempo considerable atopar cintos de radiación de carga útil non toda a carga pode ser entregado mediante revocos con motor nuclear. Polo tanto, a carga que pode ser solicitado en base a YAERDU estimado só 100-300 toneladas / ano.

eficiencia económica

Como criterio de eficacia económica sistema de transporte inter-órbita, é aconsellable utilizar o valor da unidade de custo de transporte por unidade de masa da carga útil (GEI) a partir da superficie da terra para a órbita obxectivo. RSC modelo "Enerxía" económico e matemáticas, que ten en conta os principais compoñentes do custo do sistema de transporte foi deseñado:

• a creación e eliminación de unidades órbita revocos;
• para a compra de explotación dunha instalación nuclear;
• custos operativos, así como para a I + D e posibles gastos de gastos de capital.

parámetros de custo dependen dos parámetros ideais de MB. Usando este modelo foi investigada a eficiencia económica comparativa de cable baseada poder YAERDU reutilizable de aproximadamente 1 mW e puxão desbotable na base de líquido avanzado motor de foguete no programa para garantir a entrega á órbita altitude Lúa da Terra de 100 km payload masa total de 100 toneladas / ano. Usando o mesmo reforzo capacidade de carga igual deber "Proton-M" e dvuhpuskovoy construción do circuíto dos custos de transporte específicas do sistema de transporte por unidade de masa da carga mediante puxão na base do motor nuclear será tres veces máis baixas do que cando se utiliza o desbotable baseado revocos con motores de foguetes de combustible líquido do tipo MM-3.

conclusión

propulsión nuclear efectiva ao espazo contribúe á solución dos problemas ambientais da Terra, o voo do home a Marte, creando un sistema de transmisión sen fíos de enerxía no espazo, a posta en marcha do enterro con seguridade avanzada no espazo altamente perigoso terreo residuos radioactivos de enerxía nuclear, a creación dunha base lunar tripulada eo desenvolvemento comercial da Lúa, para garantir protexer a Terra de perigo de asteroides e cometas.