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motori nucleari per astronavi

La Russia è stata ed è ancora il leader nel campo della potenza spaziale nucleare. L'esperienza nella progettazione, costruzione, messa in servizio e il funzionamento del veicolo spaziale dotato di fonti di energia nucleare sono organizzazioni come l'RSC "Energia" e "Roskosmos". motore nucleare permette di operare l'aeromobile per molti anni, che li rende più pratico idoneità ripetutamente.

record storico

L'uso di energia nucleare nello spazio non è più una finzione negli anni 70-zioni del secolo scorso. I primi motori nucleari nel 1970-1988 sono stati lanciati nello spazio e utilizzati con successo in Space Vehicles (SV) osservazioni di "US-A". Essi vengono applicati al sistema termoelettrico di una centrale nucleare (NPP) "Buck" potenza elettrica di 3 kW.

Nel 1987-1988 due dispositivi "Plasma-A" con termoionico NPP "Topazio" 5 kW stato spazio volo-test, durante il quale il potere propulsione elettrica (ERE) dalla sorgente nucleare è stato attuato.

Un complesso di terrestre test nucleare termoionica impianto nucleare di potenza "Yenisei" di 5 kW. Sulla base di queste tecnologie sviluppate progetti termoionica capacità nucleare di 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Energia" negli anni '70 ha iniziato le ricerche scientifiche e pratiche, il cui scopo era quello di creare un potente motore di spazio nucleare per interorbitale tiro (MB) "Hercules". Il lavoro ha portato alla fondazione per molti anni della propulsione elettrica nucleare (YAERDU) con thermionic capacità nucleare di alcuni – centinaia di kilowatt e propulsione elettrica potenza di decine a centinaia di kilowatt.

parametri di progettazione MB "Hercules":

  • utile potenza elettrica del nucleare – 550 kW;
  • specifico propulsione elettrica impulso – 30 km / s;
  • di propulsione elettrico di spinta – 26 H;
  • risorse NPP e propulsione elettrica – 16.000 ore;
  • lavorando propulsione elettrica corpo – xeno;
  • peso (a secco) rimorchiatore – 14,5-15,7 t, tra cui NEI – 6,9 tonnellate.

contemporaneo

Nel XXI secolo è il momento di creare un nuovo motore nucleare per lo spazio. Nell'ottobre 2009, in una riunione del nuovo progetto "Creazione di trasporti e del modulo di energia con un impianto megawatt di classe di una potenza nucleare" russo della Commissione è stato ufficialmente approvato dal Consiglio di Presidenza per la modernizzazione e lo sviluppo tecnologico dell'economia russa. sono principali sviluppatori:

  • Reattore impianto – JSC "NIKIET".
  • Centrale nucleare con un circuito di conversione di potenza a turbina a gas, sulla base dei motori di propulsione elettrica e ionica YAERDU electrorocket in generale – SSC "Research Center. M. V. Keldysha", che è anche responsabile per l'organizzazione del programma di sviluppo dei trasporti e del modulo di energia (TEM) nel suo complesso.
  • RSC "Energia" come progettista generale TEM deve sviluppare una macchina automatica con questo modulo.

Caratteristiche della nuova installazione

Nuovo motore nucleare per lo spazio Russia prevede di iniziare un esercizio commerciale nel corso dei prossimi anni. caratteristiche proiettate della turbina a gas YAERDU seguito. Il reattore utilizzato reattore autofertilizzante raffreddato a gas, la temperatura del fluido di lavoro (una miscela di He / Xe) prima della turbina – 1500 K, l'efficienza di conversione dell'energia termica in energia elettrica – 35%, radiatore tipo cooler – gocciolamento. Unità di peso (reattore, radioprotezione, e sistema di conversione, ma senza emettitore refrigerazione) – 6800 kg.

Spazio motori nucleari (l'energia nucleare, l'energia nucleare, insieme con EPS) prevede di utilizzare:

  • Come parte dei futuri veicoli spaziali.
  • Come fonti di energia elettrica per i sistemi ad alta intensità energetica e veicoli spaziali.
  • Per risolvere i primi due problemi nel modulo di trasporto e di energia per garantire la fornitura di astronavi electrorocket pesanti e veicoli sull'orbita di lavoro e in seguito approvvigionamento energetico a lungo termine delle apparecchiature.

Il principio di funzionamento di un motore nucleare

Basata sia sulla sintesi di nuclei o sull'uso di fissione dell'energia di combustibile nucleare per formare una spinta del getto. Distinguere i tipi di installazione impulsi esplosivi e fluide. impianto Blast emette nello spazio in miniatura bombe atomiche che esplodere a pochi metri di distanza, l'esplosione spinto in avanti la nave. In pratica, tali dispositivi non sono utilizzati.

motori di propulsione liquidi, d'altra parte, è da tempo sviluppato e testato. Negli anni '60, gli specialisti sovietici hanno progettato un modello praticabile RD-0410. Questi sistemi sono stati sviluppati negli Stati Uniti. Il loro principio si basa sul riscaldamento di un mini-reattore nucleare liquido, viene convertito in vapore e forma una corrente a getto, che spinge il veicolo spaziale. Anche se il dispositivo è chiamato un liquido come fluido di lavoro, viene utilizzato tipicamente idrogeno. Altro scopo dei sistemi nucleari spaziali – elettrico alimentato (attrezzature) navi e satelliti di rete a bordo.

dispositivi di telecomunicazione pesanti comunicazione spazio globale

Al momento, il lavoro è in corso sui motori nucleari per lo spazio che verranno utilizzate nelle comunicazioni spaziali apparato pesante. RSC "Energia" sono stati effettuati studi e disegni del sistema di comunicazione spazio globale è economicamente competitivo con telefono a basso costo cellulare che avrebbe dovuto ottenere il trasferimento di "centrale telefonica" dalla Terra nello spazio.

I prerequisiti per la loro creazione sono:

  • quasi completo riempimento del geostazionaria operativo (GEO) satelliti e passiva;
  • esaurimento delle risorse di frequenza;
  • esperienza positiva di creazione e sfruttamento commerciale delle informazioni satelliti geostazionari "Yamal".

Quando si crea una piattaforma di "Yamal", nuove soluzioni tecniche sono state il 95%, che ha permesso tali dispositivi per diventare competitivi sul mercato mondiale dei servizi spaziali.

Si presume sostituzione di moduli con apparecchiature di comunicazione tecnologica all'incirca ogni sette anni. Creerebbe un sistema di multi-3-4 satelliti pesanti in orbita geostazionaria con un aumento della potenza elettrica consumata da essi. Inizialmente, il veicolo spaziale sono stati progettati sulla base di energia solare 30-80 kW. Il passo successivo utilizzerà motori nucleari 400 kW fino a un anno in modo di trasporto (per la consegna del modulo base GSO) e 150-180 kW in una modalità di funzionamento prolungato (almeno 10-15 anni) come fonte di energia.

motori nucleari in antimeteoritnoy proteggono il Sistema Terra

Completato RKK "Energia" nella ricerca progettuale alla fine degli anni '90 ha dimostrato che nella creazione del sistema di difesa antimeteoritnoy Terra da nuclei di comete e asteroidi centrale nucleare e YAERDU possono essere utilizzati per:

  1. La creazione di un sistema di monitoraggio delle traiettorie di asteroidi e comete che attraversano l'orbita della Terra. Per questo proposto di disporre navicella speciale equipaggiata con dispositivi ottici e radar per la rilevazione di oggetti pericolosi, calcolando i parametri dei loro traiettorie e primario dello studio delle loro caratteristiche. Il motore spazio nucleare sistema con dual-mode capacità termoionica NPI di 150 kW possono essere coinvolti. La sua vita deve essere di almeno 10 anni.
  2. Prove di impatto (dispositivo esplosione termonucleare) alla discarica asteroidi sicuro. YAERDU erogazione di potenza del dispositivo di prova di un asteroide-poligono dipende dalla massa del carico utile erogata (150-500 kW).
  3. Consegna di esposizione standard significa (intercettore massa totale di 15-50 tonnellate) per l'avvicinamento al mondo oggetto pericoloso. Richiedere nucleare motore a reazione capacità di 1-10 MW per la consegna per una carica termonucleare asteroide pericoloso, la cui superficie di esplosione a causa di materiale asteroid getto in grado di respingerla dal percorso pericoloso.

Consegna di attrezzature di ricerca nello spazio profondo

Fornitura di attrezzature scientifiche per oggetti spaziali (pianeti lontani, comete periodiche, asteroidi) può essere eseguita con l'utilizzo di stadi LRE spaziali. Utilizzare motori nucleari per veicoli spaziali è opportuno, quando viene messo all'uscita compito ad orbitare un corpo celeste del satellite, contatto diretto con un corpo celeste, la selezione di campioni di materiale e altre ricerche richiedono complesso di ricerca aumento di massa, l'inclusione del pianerottolo e fasi di decollo.

motori parametri

motore nucleare per la ricerca complessa navicella espandere la "partenza finestra" (a causa di una scarica controllata della velocità di lavoro del corpo), che semplifica la pianificazione e riduce il costo del progetto. Da studi condotti dalla RSC "Energia", hanno mostrato che YAERDU 150 kW con fino a tre anni è un mezzo promettenti fornire moduli nello spazio asteroidi.

Allo stesso tempo, la consegna di un'unità di ricerca presso l'orbita dei pianeti lontani del sistema solare richiede un aumento delle risorse, un impianto fino nucleare per 5-7 anni. E 'dimostrato che complesso YAERDU con una capacità di circa 1 MW come parte della ricerca consentirà la navicella accelerato consegna per 5-7 anni in orbita un satellite artificiale maggior pianeti lontani, rover planetari sulla superficie dei satelliti naturali di questi pianeti, e consegna a terra Terra con comete, asteroidi, mercurio e i satelliti di Giove e Saturno.

ascensore riutilizzabile (MB)

Uno dei modi più importanti per migliorare l'efficienza delle operazioni di trasporto nello spazio è elementi riutilizzabili del sistema di trasporto. motore nucleare per il potere veicolo spaziale di almeno 500 kW consente di creare traino riutilizzabile e quindi migliorare in modo significativo l'efficienza del sistema di trasporto spaziale multi-tier. Particolarmente utile per un tale sistema nel programma di fornire un gran traffico annuo di merci. Un esempio potrebbe essere un programma di esplorazione lunare con la creazione e il mantenimento di una base equipaggio è in costante aumento e complessi tecnologici e industriali sperimentali.

calcolo del fatturato

Secondo gli studi di progettazione RSC "Energia", la costruzione della base sulla Luna deve essere consegnato i moduli del peso di circa 10 tonnellate, l'orbita della Luna -. 30 m carico totale da terra per la costruzione di una base lunare con equipaggio e ha visitato la stazione orbitale lunare è stimato a 700-800 tonnellate e un traffico annuo di merci per il funzionamento e lo sviluppo della base – 400-500 m.

Tuttavia, il principio del motore nucleare non consente il cargo per disperdere rapidamente. A causa del lungo tempo di trasporto e quindi molto tempo trovando fasce di radiazione payload non tutti i carichi può essere trasportato utilizzando rimorchiatori con motore nucleare. Pertanto, il carico che può essere fornita sulla base YAERDU stima solo 100-300 tonnellate / anno.

l'efficienza economica

Come criterio di sistema di trasporto inter-orbita efficienza economica è consigliabile utilizzare il valore del costo unitario di trasporto per unità di massa del carico utile (GHG) dalla superficie della terra nell'orbita bersaglio. RSC modello "Energia" economica e matematico, che tiene conto delle principali componenti del costo del sistema di trasporto è stato sviluppato:

  • la creazione e l'eliminazione di unità orbita rimorchio;
  • per l'acquisto di gestione di un impianto nucleare;
  • i costi operativi, così come per la R & S e gli eventuali costi di spese in conto capitale.

parametri di costo dipendono dai parametri ottimali di MB. Utilizzando questo modello è stato studiato comparativa efficienza economica delle riutilizzabile tiro alla base potere YAERDU di circa 1 mW e tiro getta sulla base di tecnologie avanzate liquido motore a razzo nel programma per garantire la consegna per l'orbita altitudine Terra Luna di 100 km payload massa totale di 100 tonnellate / anno. Quando si utilizza lo stesso amplificatore portata uguale dovere "Proton-M" e dvuhpuskovoy struttura circuitale degli specifici costi di trasporto del sistema di trasporto per unità di massa del carico utile usando tirata sulla base del motore nucleare sarà tre volte inferiore rispetto quando si utilizza il monouso basato su rimorchiatori con motori a razzo liquide del tipo MM-3.

conclusione

propulsione nucleare efficace per lo spazio contribuisce alla soluzione dei problemi ambientali della terra, il volo dell'uomo su Marte, la creazione di un sistema di trasmissione senza fili di energia nello spazio, l'attuazione della sepoltura con protezione avanzata in uno spazio altamente pericolosa terra dei rifiuti radioattivi di energia nucleare, la creazione di una base lunare con equipaggio e lo sviluppo commerciale della Luna, al fine di garantire proteggere la Terra dal pericolo di asteroidi e comete.