motores nucleares para naves espaciais

A Rússia tem sido e ainda é o líder no campo do poder espacial nuclear. Experiência na concepção, construção, comissionamento e operação da nave espacial equipada com fontes de energia nuclear estão organizações como a RSC "Energia" e "Roskosmos". motor nuclear permite a operação da aeronave, durante muitos anos, tornando-adequação mais prática repetidamente.

registro histórico

O uso de energia nuclear no espaço não é mais uma ficção nos anos 70-s do século passado. Os primeiros motores nucleares em 1970-1988 foram lançados para o espaço e utilizado com sucesso no espaço veículos (SV) observações de "US-A". Eles são aplicados ao sistema termelétrico de uma usina de energia nuclear (NPP) "Buck" de energia elétrica, de 3 kW.

Em 1987-1988 dois dispositivos de "Plasma-A" com termiónico NPP "topázio" 5 kW foi espaço-testes de voo, durante o qual a potência de propulsão eléctrica (ERE) a partir da fonte de energia nuclear foi executado em primeiro lugar.

Um complexo de teste nuclear thermionic instalação nuclear terrestre "Yenisei" de 5 kW. Com base nestas tecnologias desenvolvidas projectos capacidade de energia nuclear thermionic de 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Energia" na década de 70 começou as pesquisas científicas e práticas, cuja finalidade era criar um motor de espaço nuclear poderosa para interorbital puxão (MB) "Hercules". Trabalho levou à fundação por muitos anos da propulsão elétrica nuclear (YAERDU) com capacidade nuclear thermionic de alguns – centenas de kilowatts e capacidade da unidade de propulsão elétrica de dezenas a centenas de quilowatts.

parâmetros de design MB "Hercules":

• energia elétrica útil da energia nuclear – 550 kW;
• propulsão elétrica impulso específico – 30 km / s;
• impulso de propulsão eléctrica – 26 H;
• recursos NPP e propulsão elétrica – 16.000 horas;
• trabalhando de propulsão elétrica de corpo – xenon;
• peso (seco) rebocador – 14,5-15,7 t, incluindo NEI – 6,9 toneladas.

contemporâneo

No século XXI, é hora de criar um novo motor nuclear para o espaço. Em outubro de 2009, em uma reunião do novo projeto "Criação de transporte e módulo de energia com uma instalação megawatt-classe de uma potência nuclear" da Comissão Russa foi oficialmente aprovado pelo Conselho Presidencial para a Modernização e Desenvolvimento Tecnológico da Economia da Rússia. são principais desenvolvedores:

• planta Reactor – JSC "NIKIET".
• usina de energia nuclear com um circuito de conversão de energia de turbina a gás, com base nos motores de propulsão eléctricos e YAERDU electrorocket iônica em geral – SSC "Research Center. M. V. Keldysha", que também é responsável pela organização do programa de desenvolvimento dos transportes e módulo de energia (TEM) como um todo.
• RSC "Energia" como designer geral TEM deve desenvolver uma máquina automática com este módulo.

Características da nova instalação

motor nuclear novo para o espaço Rússia planeja iniciar a operação comercial nos próximos anos. características projectadas da seguinte YAERDU turbina a gás. O reactor regenerador rápido arrefecido a gás reactor utilizado, a temperatura do fluido de trabalho (uma mistura de He / Xe) antes da turbina – 1,500 K, a eficiência da conversão de energia térmica em energia eléctrica – 35%, de tipo radiador refrigerador – gotejamento. Unidade de Peso (reactor, protecção contra as radiações, e sistema de conversão, mas sem emissor de refrigeração) – 6800 kg.

Espaço motores nucleares (energia nuclear, energia nuclear, juntamente com EPS) plano para usar:

• Como parte de veículos espaciais futuras.
• Como fontes de energia elétrica para sistemas de energia intensiva e naves espaciais.
• Para resolver os dois primeiros problemas no módulo de transporte e energia para garantir a entrega de naves espaciais electrorocket pesados e veículos na órbita de trabalho e mais oferta de energia a longo prazo do equipamento.

O princípio de funcionamento de um motor nuclear

Com base tanto na síntese de núcleos ou sobre o uso da fissão de energia de combustível nuclear para formar um impulso jato. Distinguir os tipos de instalação de pulso-explosivas e de fluidos. planta explosão emite para o espaço bombas atômicas em miniatura que detonar a poucos metros de distância, a explosão empurrou o barco para a frente. Na prática, esses dispositivos não são utilizados.

motores de propulsão líquida, por outro lado, tem sido desenvolvido e testado. Voltar na década de 60, os especialistas soviéticos criaram um modelo viável RD-0410. Estes sistemas foram desenvolvidos nos Estados Unidos. O seu princípio baseia-se no aquecimento de um mini-reactor nuclear líquido, ela é convertida em vapor e forma uma corrente de jacto, que empurra a sonda. Embora o dispositivo é chamado um líquido como fluido de trabalho, tipicamente é utilizado hidrogénio. Outra finalidade de sistemas nucleares de espaço – elétrico alimentado de rede (equipamentos) navios e satélites a bordo.

dispositivos de telecomunicações pesados comunicação espaço global

No momento, o trabalho está em andamento nos motores nucleares para o espaço que serão usadas em comunicações espaciais aparelhos pesado. RSC "Energia" foram realizados estudos e projetos do sistema de comunicação espaço global é economicamente competitiva com telefone celular barato que era suposto para conseguir a transferência de "central telefônica" da Terra para o espaço.

Os pré-requisitos para sua criação são:

• enchimento quase completa da órbita geoestacionária operacional (GEO) satélites e passiva;
• esgotamento dos recursos de frequência;
• experiência positiva da criação e exploração comercial de informação satélites geoestacionários "Yamal".

Quando você cria uma plataforma "Yamal", novas soluções técnicas têm sido de 95%, o que permitiu tais dispositivos para se tornar competitiva no mercado mundial de serviços espaciais.

Assume-se a substituição de módulos com equipamentos de comunicação tecnológica aproximadamente a cada sete anos. Isso criaria um sistema de multi-3-4 satélites pesados em órbita geoestacionária com um aumento na energia elétrica consumida por eles. Inicialmente, a sonda foram concebidos com base na energia solar 30-80 kW. O próximo passo será usar motores nucleares 400 kW com até um ano no modo de transporte (para a entrega do módulo básico GSO) e 150-180 kW em um modo estendido de operação (pelo menos 10-15 anos) como fonte de energia.

motores nucleares em antimeteoritnoy proteger o Sistema Terra

Concluída RKK "Energia" no final dos anos 90 do design de investigação mostrou que na criação de antimeteoritnoy sistema de defesa da Terra dos núcleos de cometas e asteróides usina nuclear e YAERDU podem ser usadas para:

1. Criação de um sistema para monitorar as trajetórias de asteróides e cometas que cruzam a órbita da Terra. Para esta proposta de organizar sonda especial equipado com equipamentos ópticos e de radar para detectar objetos perigosos, calcular os parâmetros das suas trajetórias e primário do estudo de suas características. O motor de espaço nuclear sistema com dual-mode capacidade thermionic NPI de 150 kW podem estar envolvidos. Sua vida deve ser pelo menos 10 anos.
2. Testes de impacto (dispositivo de explosão termonuclear) para o asteróide segura aterro. o fornecimento de energia YAERDU do aparelho de teste para um asteróide-polígono depende da massa da carga útil entregue (150-500 kW).
3. Entrega de exposição padrão significa (massa total interceptor de 15-50 toneladas) para a aproximação ao mundo objeto perigoso. Exigir nuclear motor a jato capacidade de 1-10 MW para entrega a uma taxa termonuclear asteróide perigoso, cuja superfície explosão devido ao material de asteróide jato capaz de rejeitá-la de caminho perigoso.

Entrega de equipamentos de investigação no espaço profundo

Fornecimento do equipamento científico para objetos espaciais (planetas distantes, cometas periódicos, asteróides) pode ser realizada com o uso de estágios LRE espaciais. Utilize motores nucleares para veículos espaciais é conveniente, quando colocado à saída de tarefa para orbitar um corpo celeste do satélite, o contato direto com um corpo celeste, a selecção de amostras de materiais e outras pesquisas que requerem complexo de pesquisa aumento de massa, a inclusão do pouso e descolagem etapas.

motores de parâmetros

motor nuclear para complexo de pesquisa sonda irá expandir o "start janela" (devido a uma descarga controlada da velocidade de trabalho do corpo), que simplifica o planejamento e reduz o custo do projeto. Estudos realizados por RSC "Energia", mostrou que YAERDU 150 kW com até três anos é um meio promissor de entrega de módulos no espaço cinturão de asteróides.

Ao mesmo tempo, a entrega de uma unidade de pesquisa na órbita de planetas distantes do sistema solar requer um aumento dos recursos, uma instalação nuclear até 5-7 anos. Está provado que YAERDU complexo com uma capacidade de cerca de 1 MW como parte da investigação permitirá a nave acelerou a entrega de 5-7 anos para orbitar um satélite artificial a maioria dos planetas distantes, rovers planetários na superfície dos satélites naturais destes planetas, e entrega no chão Terra com cometas, asteróides, Mercúrio e os satélites de Júpiter e Saturno.

lift reutilizável (MB)

Uma das maneiras mais importantes para melhorar a eficiência das operações de transporte no espaço é elementos reutilizáveis do sistema de transporte. motor nuclear para poder nave espacial de pelo menos 500 kW permite criar tow reutilizáveis e, assim, melhorar significativamente a eficiência do sistema de transporte espacial multi-tier. Especialmente útil para um tal sistema no programa fornecer um tráfego de mercadorias grande anual. Um exemplo seria um programa de exploração lunar, com a criação e manutenção de uma base tripulada está aumentando constantemente e complexos tecnológicos e industriais experimentais.

cálculo do volume de negócios

De acordo com o estudo de design RSC "Energia", a construção da base na Lua devem ser entregues módulos pesando cerca de 10 toneladas, a órbita da Lua -. 30 m de carga total da Terra, na construção de uma base lunar tripulada e visitou a estação orbital lunar é estimado em 700-800 toneladas e um tráfego anual de frete para o funcionamento e desenvolvimento da base – 400-500 m.

No entanto, o princípio do motor nuclear não permite que o cargueiro para dispersar rapidamente. Devido ao longo tempo de transporte e, portanto, um tempo considerável encontrar cinturões de radiação de carga útil não toda a carga pode ser entregue utilizando rebocadores com motor nuclear. Portanto, a carga que pode ser fornecido com base em YAERDU estimado apenas 100-300 toneladas / ano.

eficiência econômica

Como critério de eficácia económica sistema de transporte inter-órbita, é aconselhável utilizar o valor da unidade de custo de transporte por unidade de massa da carga útil (GEE) a partir da superfície da terra para a órbita alvo. RSC modelo "Energia" econômico e matemática, que leva em conta os principais componentes do custo do sistema de transportes foi desenvolvido:

• a criação e eliminação de unidades órbita rebocadores;
• para a compra de exploração de uma instalação nuclear;
• custos operacionais, bem como para a I & D e possíveis custos de despesas de capital.

parâmetros de custo dependem dos parâmetros ideais de MB. Usando esse modelo foi investigada a eficiência econômica comparativa de cabo baseada poder YAERDU reutilizável de cerca de 1 mW e puxão descartável na base de líquido avançado motor de foguete no programa para garantir a entrega à órbita altitude Lua da Terra de 100 km payload massa total de 100 toneladas / ano. Ao usar o mesmo reforço capacidade de carga igual dever "Proton-M" e dvuhpuskovoy construção do circuito dos custos de transporte específicas do sistema de transporte por unidade de massa da carga usando puxão na base do motor nuclear será três vezes mais baixas do que quando se utiliza o descartável baseado em rebocadores com motores de foguetes de combustível líquido do tipo MM-3.

conclusão

propulsão nuclear eficaz para o espaço contribui para a solução dos problemas ambientais da Terra, o vôo do homem a Marte, criando um sistema de transmissão sem fio de energia no espaço, a implementação do enterro com segurança avançada no espaço altamente perigoso terreno resíduos radioactivos de energia nuclear, a criação de uma base lunar tripulada eo desenvolvimento comercial da Lua, para garantir proteger a Terra de perigo de asteróides e cometas.