Kärn motorer för rymdskepp

Ryssland har varit och är fortfarande ledande inom kärnrymdmakt. Erfarenhet inom design, konstruktion, idrifttagning och drift av rymdfarkoster utrustad med kärnkraftskällor är organisationer som RSC "Energi" och "Roskosmos". Kärn motor gör det möjligt att driva flygplan under många år, vilket gör dem mer praktisk lämplighet upprepade gånger.

historiskt rekord

Användningen av kärnenergi i rymden är inte längre en fiktion på 70-talet av förra seklet. De första nukleära motorer 1970-1988 inleddes i rymden och med framgång använts i rymdfarkoster (SV) observationer av "US-A". De appliceras på termosystem ett kärnkraftverk (NPP) "Buck" elkraft 3 kW.

1987-1988 två enheter "Plasma-A" med termojonisk NPP "Topaz" 5 kW har varit flygning-provutrymmet, under vilken effekt elektrisk framdrivning (ERE) från kärnkraftkällan infördes först.

Ett komplex av markbunden kärnkraft testning termojonisk kärnenergianläggning "Yenisei" effekt av 5 kW. Baserat på dessa teknik som utvecklats projekt thermionic kärnkraftskapacitet på 25 till 100 kW.

MB "Hercules"

RSC "energi" på 70-talet började de vetenskapliga och praktiska undersökningar, vars syfte var att skapa en effektiv kärn utrymme motor för interorbital bogserbåt (MB) "Hercules". Arbetet ledde till grunden för många år av kärn elektrisk framdrivning (YAERDU) med thermionic kärnkraftskapacitet på några - hundratals kilowatt och elektriska drivenheten kapacitet på tiotals till hundratals kilowatt.

Konstruktionsparametrar MB "Hercules":

• användbar elektrisk effekt av kärnkraft - 550 kW;
• specifik impuls elektrisk framdrivning - 30 km / s;
• Elektrisk framdrivningskraft - 26 H;
• resurs NPP och eldrift - 16.000 timmar;
• arbets kropp elektrisk framdrivning - xenon;
• vikt (torr) bogserbåt - 14,5-15,7 t, inklusive NEI - 6,9 ton.

Contemporary

I XXI århundradet är det dags att skapa en ny kärnkrafts motor för rymden. I oktober 2009, vid ett möte i kommissionens nya ryska projektet "Skapande av transport- och energimodul med en megawatt klass installation av ett kärnkraftverk" har officiellt godkänts av presidentrådet för modernisering och teknisk utveckling av Rysslands ekonomi. är ledande utvecklare:

• Reaktoranläggningen - JSC "NIKIET".
• Kärnkraftverk med en gasturbinomvandlingskretsen, baserat på de elektriska framdrivningsmotorer och joniska electrorocket YAERDU i allmänhet - SSC "Research Center. M. V. Keldysha", som också ansvarar för organisationen av programmet för utveckling av transport- och energimodul (TEM) som helhet.
• RSC "energi" som en allmän TEM designer måste utveckla en automat med denna modul.

Kännetecken för den nya anläggningen

Ny kärnkraft motor för rymden Ryssland planerar att starta kommersiell drift under de närmaste åren. Projicerade egenskaper hos gasturbin YAERDU följande. Reaktorn används gaskyld Bridreaktorn, temperaturen hos arbetsfluidet (en blandning av He / Xe) före turbinen - 1500 K, effektiviteten i omvandling av värmeenergi till elektrisk energi - 35%, radiator-typ kylaren - dropp. Enhet Vikt (reaktor, strålskydd, och omställningssystemet, men utan kylning emitter) - 6800 kg.

Space nukleära motorer (kärnkraft, kärnkraft, tillsammans med EPS) planerar att använda:

• Som en del av framtida rymdfarkoster.
• Som källor för el för energiintensiva system och rymdfarkoster.
• För att lösa de två första problemen i transport- och energi modul för att säkerställa leverans av tunga electrorocket rymdskepp och fordon på arbets bana och ytterligare långsiktig energiförsörjning av utrustningen.

Principen för driften av en kärnmotor

Baserat antingen på syntesen av kärnor eller på användningen av energi fission av kärnbränsle för att bilda en stråle dragkraft. Skilja installation puls-explosiva och vätsketyper. Blast anläggningen avger till rymden miniatyr atombomber som detonerande några meter bort, explosionen sköt skeppet framåt. I praktiken är sådana anordningar inte används.

Flytande framdrivningsmotorer, å andra sidan, har länge varit utvecklats och testats. Tillbaka på 60-talet, har sovjetiska specialister konstruerade en fungerande modell RD-0410. Dessa system har utvecklats i USA. Deras princip är baserad på uppvärmning av ett flytande kärn mini-reaktor, omvandlas till ånga och bildar en jetström, som trycker rymdfarkost. Även om anordningen kallas en vätska som arbetsfluid, typiskt väte används. Ett annat syfte med rymdkärnsystem - drivna elektriska nätet ombord (utrustning) fartyg och satelliter.

Tunga telekommunikationsutrustning global space Communication

Just nu pågår arbete på kärn motorer för utrymme som kommer att användas i tunga apparater rymd-kommunikation. RSC "Energia" har genomfört studier och design av den globala rymd kommunikationssystemet är ekonomiskt konkurrenskraftig med billig mobiltelefon som var tänkt att uppnå en överföring av "telefonväxel" från jorden i rymden.

Förutsättningarna för deras skapande är:

• nästan fullständig fyllning av geostationär bana (GEO-satelliter) rörelse och passiv;
• konsumtion av frekvensresurs;
• positiva erfarenheter av skapande och kommersiellt utnyttjande av informations geostationära satelliter "Yamal".

När du skapar en "Yamal" plattform, har nya tekniska lösningar varit 95%, vilket gjorde det möjligt sådana enheter för att bli konkurrenskraftiga på världsmarknaden för rymdtjänster.

Det antas utbyte av moduler med teknisk kommunikationsutrustning ungefär vart sjunde år. Det skulle skapa ett system av flera 3-4 tunga satelliter i geostationär bana med en ökning i den elektriska ström som förbrukas av dem. Inledningsvis har rymdfarkosten konstruerats utifrån solenergi 30-80 kW. Nästa steg kommer att använda nukleära motorer 400 kW med upp till ett år i transportläget (för leverans av grundmodulen GSO) och 150-180 kW i en utökad funktionssätt (minst 10-15 år) som kraftkälla.

Kärn motorer i antimeteoritnoy skydda Earth System

Avslutade RKK "Energi" i slutet av 90-talet designforskning har visat att i skapandet av antimeteoritnoy jordens försvarssystem från kärnor av kometer och asteroider kärnkraftverk och YAERDU kan användas för att:

1. Att skapa ett system för övervakning av banor av asteroider och kometer som korsar jordens omloppsbana. För detta föreslås att arrangera speciella rymdskepp utrustad med optisk och radarutrustning för att upptäcka farliga föremål, beräkning av parametrarna i sina banor och primär studie av deras egenskaper. Systemet nukleär utrymme motor med dual-mode termojonisk NPI kapacitet på 150 kW kan vara inblandade. Hennes liv bör vara minst 10 år.
2. Tester av inverkan (termoexplosionsanordning) till deponi säker asteroiden. YAERDU kraftutveckling av testapparaten till en asteroid-polygon beror på massan hos den avgivna nyttolasten (150-500 kW).
3. Leverans av standardexponering betyder (interceptor totala massan av 15-50 ton) för den annalkande till den farliga föremål världen. Kräver kärnjetmotorkapacitet på 1-10 MW för leverans till en farlig asteroid termo laddning, vars yta explosion på grund av jet asteroid material kunna förkasta det från farlig väg.

Leverans av forskningsutrustning i rymden

Leverans av vetenskaplig utrustning till rymdföremål (avlägsna planeter, periodiska kometer, asteroider) kan utföras med hjälp av rymdbaserade LRE steg. Använd nukleära motorer för rymdfarkoster är ändamålsenligt, när de sätts till uppgiften utgång för att kretsa kring en himlakropp av satelliten, direktkontakt med en himlakropp, val av materialprover och annan forskning som kräver viktökning forskningskomplex, införandet av start och landning av steg.

parametrar motorer

Kärn motor för rymdfarkoster forskningskomplex kommer att expandera "fönster start" (på grund av en kontrollerad urladdning av arbetshastighet av kroppen), vilket förenklar planeringen och minskar kostnaden för projektet. Studier som utförts av RSC "Energia", visade att YAERDU 150 kW med upp till tre år är en lovande sätt att leverera moduler i rymden asteroidbältet.

Samtidigt kräver leverans av en forskningsenhet vid bana avlägsna planeter i solsystemet en ökning av resurserna, en kärnteknisk anläggning upp till 5-7 år. Det är bevisat att YAERDU komplex med en kapacitet på ca 1 MW som en del av forskningen kommer att tillåta rymdfarkosten accelererad leverans 5-7 år att kretsa kring en konstgjord satellit mest avlägsna planeter, planet rovers på ytan av de naturliga satelliter av dessa planeter och leverans på marken jorden med kometer, asteroider, kvicksilver och satelliterna av Jupiter och Saturnus.

Återanvändbara lift (MB)

En av de viktigaste sätten att förbättra effektiviteten i transporter i rymden är återanvändbara delar av transportsystemet. Kärn motor för rymdfarkoster av minst 500 kW kan du skapa återanvändbara bogsera och därmed avsevärt förbättra effektiviteten i flera nivåer utrymme transportsystem. Speciellt användbar för ett sådant system i programmet ger en stor årlig godstrafik. Ett exempel skulle vara ett program med månens utforskning med skapandet och upprätthållandet av en bemannad bas ökar ständigt och experimentella tekniska och industriella komplex.

beräkning av omsättning

Enligt designstudier RSC "Energia", bör konstruktionen av basen på månen levereras moduler som väger ca 10 ton, den omloppsbana av månen -. 30 m Total last från jorden i byggandet av en bemannad månbas och besökte månens orbital stationen uppskattas till 700-800 ton och en årlig godstrafiken för drift och utveckling av bas - 400-500 m.

Däremot principen om kärn motorn inte låta frakt att skingra snabbt. På grund av den långa tiden för transport och därför mycket tid att hitta nyttolast strålningsbälten inte alla last kan levereras med hjälp av bogserbåtar med kärn motor. Därför lasten som kan tillhandahållas baserat på YAERDU uppskattade bara 100-300 ton / år.

ekonomisk effektivitet

Som ett kriterium för ekonomisk effektivitet inter-bana transportsystem är det tillrådligt att använda värdet av enhetskostnaden för transport per massenhet av nyttolasten (GHG) från ytan av jorden in i målet omloppsbana. RSC "Energia" ekonomisk och matematisk modell, som tar hänsyn till de viktigaste komponenterna i kostnaden i transportsystemet har utvecklats:

• skapandet och eliminering av omloppsbana bogserbåtar heter;
• för inköp av driva en kärnteknisk anläggning,
• driftskostnader, samt för forskning och utveckling och eventuella kostnader kapitalutgifter.

Kostnads parametrar beror på de optimala parametrarna för MB. Med hjälp av denna modell undersöktes jämförande ekonomisk effektivitet av åter bogserbåt baserad YAERDU kraft på ca 1 mW och disponibel ryck på grundval av avancerad flytande raketmotor i programmet för att säkerställa leverans till jorden månen omloppsbana höjd 100 km nyttolast totala massan av 100 ton / år. Vid användning av samma booster lastkapacitet lika plikt "Proton-M" och dvuhpuskovoy kretskonstruktion av transportsystemet specifika fraktkostnader per massenhet av nyttolasten med användning bogserbåten på grundval av kärnmotorn kommer att vara tre gånger lägre än vid användning av den disponibla baserat på bogserbåtar med raketmotorer för flytande bränsle av typen MM-3.

slutsats

Effektiv kärn framdrivning för rymden bidrar till lösningen av miljöproblem på jorden, flygningen människans till Mars, vilket skapar ett system för trådlös överföring av energi i rymden, genomförandet av säkerhetsförstärkt begravning i rymden mycket farligt radioaktivt avfall grund av kärnenergi, skapandet av en bemannad månbas och den kommersiella utvecklingen av månen, för att säkerställa skydda jorden från asteroiden och kometrisk.