Kern enjins vir ruimte

Rusland was en steeds is die leier op die gebied van kern ruimte krag. Ervaring in die ontwerp, konstruksie, ingebruikneming en werking van ruimtetuig toegerus met kernkrag bronne is organisasies soos die RSC "Energie" en "Roskosmos". Kern enjin toelaat om die vliegtuig te bedryf vir baie jare, maak hulle meer praktiese toepaslikheid herhaaldelik.

historiese rekord

Die gebruik van kernkrag in die ruimte is nie meer 'n fiksie in die 70-er jare van die vorige eeu. Die eerste kern enjins in 1970-1988 van stapel gestuur in die ruimte en suksesvol gebruik in die ruimte voertuie (SV) waarnemings van "Amerikaanse-A". Hulle is van toepassing op die termo stelsel van 'n kernkragsentrale (NPP) "Buck" elektriese krag van 3 kW.

In 1987-1988 twee toestelle "Plasma-A" met termioniese NPP "Topaz" 5 kW het vlug-toets ruimte, waartydens krag elektriese aandrywing (ERE) van die kernkrag bron vir die eerste keer geïmplementeer is.

'N kompleks van aardse krag toets kern termioniese kerninstallasie "Yenisei" krag van 5 kW. Op grond van hierdie tegnologie ontwikkel projekte termioniese kernkrag kapasiteit van 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Energie" in die 70's begin die wetenskaplike en praktiese navorsing, die doel daarvan was om 'n kragtige kern ruimte enjin vir interorbital pluk (MB) "Hercules" te skep. Werk het gelei tot die stigting vir baie jare van die kern elektriese aandrywing (YAERDU) met termioniese kernkrag kapasiteit van 'n paar - honderde kilowatts en elektriese aandrywing eenheid kapasiteit van tien tot honderde kilowatts.

Ontwerp parameters MB "Hercules":

• nuttige elektriese krag van kernkrag - 550 kW;
• spesifieke impuls elektriese aandrywing - 30 km / s;
• Elektriese aandrywing stoot - 26 H;
• hulpbron NPP en elektriese aandrywing - 16.000 uur;
• werk liggaam elektriese aandrywing - Xenon;
• gewig (droë) sleepboot - 14,5-15,7 t, insluitend NEI - 6.9 ton.

kontemporêre

In die XXI eeu is dit tyd om 'n nuwe kern enjin skep vir die ruimte. In Oktober 2009, op 'n vergadering van nuwe Russiese projek "Skepping van vervoer en energie module met 'n megawatt-klas installasie van 'n kernkrag" die Kommissie se is amptelik goedgekeur deur die Presidensiële Raad vir modernisering en tegnologiese ontwikkeling van Rusland se ekonomie. is die voorste ontwikkelaars:

• Reaktor plant - JSC "NIKIET".
• Kernkragsentrale met 'n gas turbine krag omskakeling kring, gebaseer op die elektriese aandrywing motors en ioniese electrorocket YAERDU in die algemeen - SSC "Research Center. M. V. Keldysha ", wat verantwoordelik is vir die organisasie van die program van die ontwikkeling van vervoer en energie module (TEM) as 'n geheel is ook.
• RSC "Energie" as 'n algemene TEM ontwerper moet 'n outomatiese masjien ontwikkel met hierdie module.

Eienskappe van die nuwe installasie

Nuwe kern enjin vir ruimte Rusland beplan om kommersiële operasie begin in die volgende paar jaar. Geprojekteerde eienskappe van die gas turbine YAERDU volgende. Die reaktor gebruik gasverkoelde vinnige kweek reactor, die temperatuur van die werkende vloeistof ( 'n mengsel van Hy / Xe) voor die turbine - 1500 K, die doeltreffendheid van die omskakeling van hitte-energie in elektriese energie - 35%, verkoeler-tipe koeler - drup. Eenheid Gewig (reaktor, stralingsbeskerming, en bekering stelsel, maar sonder verkoeling emitter) - 6800 kg.

Ruimte kern enjins (kernkrag, kernkrag, saam met EPS) plan om te gebruik:

• As deel van die toekoms ruimte voertuie.
• As bronne van elektrisiteit vir energie-intensiewe stelsels en ruimtetuig.
• Om die eerste twee probleme in die vervoer en energie module op te los om die lewering van swaar electrorocket ruimte en voertuie op die werk wentelbaan en verder energievoorsiening van die toerusting langtermyn te verseker.

Die beginsel van werking van 'n kern enjin

Gebaseer óf op die sintese van kerne of op die gebruik van energie fisie van kernbrandstof 'n vorm jet stoot. Onderskei installasie pols-plofbare en vloeistof tipes. Blast plant straal in die ruimte miniatuur atoombomme wat detonerend 'n paar meter weg, vanweë die geblaas gestoot die skip vorentoe. In die praktyk word sulke toestelle nie gebruik word nie.

Liquid aandrywing enjins, aan die ander kant, is lank reeds ontwikkel en getoets. Terug in die 60s, het die Sowjet-spesialiste n werkbare model RD-0410 ontwerp. Hierdie stelsels is ontwikkel in die Verenigde State. Hul beginsel is gebaseer op die verhitting van 'n vloeistof kern mini-reaktor, is dit omskep in stoom en vorm 'n jet stroom wat die ruimtetuig stoot. Hoewel die toestel 'n vloeistof as die werkende vloeistof genoem word, is tipies waterstof gebruik. Nog 'n doel van die ruimte kern stelsels - aangedrewe elektriese boord netwerk (toerusting) skepe en satelliete.

Swaar telekommunikasie toestelle globale ruimte kommunikasie

Op die oomblik is, werk is aan die gang oor die kern enjins vir ruimte wat gebruik sal word in swaar apparaat ruimte kommunikasie. RSC "Energia" is studies en ontwerpe van die globale ruimte kommunikasie stelsel uitgevoer is ekonomies mededingend met goedkoop selfoon wat veronderstel was om die oordrag van "telefoonsentrale" van die Aarde in die ruimte te bereik.

Die voorvereistes vir hul skepping is:

• byna voltooi vulling van die geostationaire baan (GEO) satelliete bedryfstelsel en passiewe;
• uitputting van frekwensie hulpbron;
• positiewe ervaring van die skepping en kommersiële ontginning van inligting geostationaire satelliete "Yamal".

Wanneer jy 'n "Yamal" platform te skep, het 'n nuwe tegniese oplossings 95% is, wat sulke toestelle in staat gestel mededingende op die wêreld mark van ruimte dienste te raak.

Daar word aanvaar vervanging van modules met tegnologiese kommunikasie toerusting ongeveer sewe jaar. Dit sou 'n stelsel van multi-3-4 swaar satelliete in geostationaire baan te skep met 'n toename in die elektriese krag verbruik deur hulle. Aanvanklik het die ruimtetuig is ontwerp op grond van sonkrag 30-80 kW. Die volgende stap sal gebruik kern enjins 400 kW met tot een jaar in die vervoer modus (vir die lewering van basiese module GSO) en 150-180 kW in 'n uitgebreide modus operandi (ten minste 10-15 jaar) as 'n kragbron.

Kern enjins in antimeteoritnoy beskerm die Aarde System

Voltooide RKK "Energie" in die laat 90's ontwerp navorsing het getoon dat in die skepping van antimeteoritnoy aarde verdediging stelsel van die kerne van komete en asteroïdes kernkragsentrale en YAERDU kan gebruik word om:

1. Die skep van 'n stelsel vir die monitering van die trajekte van asteroïdes en komete wat die aarde se wentelbaan te steek. Vir hierdie voorgestelde spesiale ruimtetuig toegerus met optiese en radar toerusting vir die opsporing van gevaarlike voorwerpe, die berekening van die parameters van hul bane en primêre studie van hulle eienskappe te reël. Die stelsel kern ruimte enjin met dubbele-mode termioniese NPI kapasiteit van 150 kW betrokke mag wees. Haar lewe moet ten minste 10 jaar.
2. Toetse van impak (thermo ontploffing toestel) om die stortingsterrein veilig asteroïde. YAERDU kraglewering van die toets apparaat om 'n asteroïde-veelhoek is afhanklik van die massa van die afgelewer loonvrag (150-500 kW).
3. Lewering van standaard blootstelling beteken (Interceptor totale massa van 15-50 ton) vir die naderende om die gevaarlike voorwerp wêreld. Vereis kern straalmotor kapasiteit van 1-10 MW vir aflewering aan 'n gevaarlike asteroïde thermo beheer, die oppervlak van wat ontploffing as gevolg van jet asteroïde materiaal kan dit verwerp van gevaarlike pad.

Lewering van navorsingstoerusting in diep ruimte

Lewering van wetenskaplike toerusting om ruimte voorwerpe (verre planete, periodieke komete, asteroïdes) kan met die gebruik van ruimte-gebaseerde LRE stadiums word. Gebruik kern enjins vir ruimte voertuie is raadsaam, toe sit om die taak uitvoer om 'n hemelse liggaam van die satelliet wentel, direkte kontak met 'n hemelliggaam, die keuse van materiaal monsters en ander navorsing wat massatoename navorsing kompleks, die insluiting van die landing en opstyg stadiums.

parameters enjins

Kern enjin vir ruimtetuig navorsing kompleks sal die "venster begin" uit te brei (as gevolg van 'n beheerde ontslag van die werk spoed van die liggaam), wat beplanning vergemaklik en verminder die koste van die projek. Studies deur RSC "Energia", het getoon dat YAERDU 150 kW met tot drie jaar is 'n belowende middel van die lewering van modules in die ruimte asteroïdegordel.

Terselfdertyd die lewering van 'n navorsingseenheid by die baan van verre planete van die sonnestelsel vereis 'n toename in hulpbronne, 'n kerninstallasie tot 5-7 jaar. Dit is bewys dat YAERDU kompleks met 'n kapasiteit van ongeveer 1 MW as deel van die navorsing sal toelaat dat die ruimtetuig versnelde lewering vir 5-7 jaar om 'n kunsmatige satelliet mees verre planete, planetêre Rovers op die oppervlak van die natuurlike satelliete van hierdie planete, en aflewering wentel op die grond aarde met komete, asteroïdes, Mercury en die satelliete van Jupiter en Saturnus.

Herbruikbare lift (MB)

Een van die belangrikste maniere om die doeltreffendheid van vervoer bedrywighede in die ruimte te verbeter is herbruikbare elemente van die vervoer stelsel. Kern enjin vir ruimtetuig krag van ten minste 500 kW kan jy herbruikbare sleep skep en sodoende aansienlik verbeter die doeltreffendheid van 'n multi-vlak ruimte vervoer stelsel. Veral nuttig vir so 'n stelsel in die program bied 'n groot jaarlikse vrag verkeer. 'N Voorbeeld sou wees 'n program van die maan eksplorasie met die skepping en instandhouding van 'n bemande basis is voortdurend toeneem en eksperimentele tegnologiese en industriële komplekse.

berekening van omset

Volgens die ontwerp studies RSC "Energia", moet die konstruksie van die basis op die maan afgelewer modules met 'n gewig van 10 ton, die wentelbaan van die Maan -. 30 m Totaal vrag van die Aarde in die konstruksie van 'n bemande maan basis en besoek die maan orbitaal stasie word geskat op 700-800 ton en 'n jaarlikse vrag verkeer vir die werking en ontwikkeling van base - 400-500 m.

Dit beteken egter die beginsel van die kern enjin nie toelaat dat die vragskip om vinnig te versprei. As gevolg van die lang tyd van vervoer en dus geruime tyd vind loonvrag bestraling gordels nie al vrag wat gelewer kan word met behulp van sleepbote met kern enjin. Daarom is die vrag wat voorsien kan word op grond van YAERDU beraam net 100-300 ton / jaar.

ekonomiese doeltreffendheid

As 'n maatstaf van ekonomiese doeltreffendheid inter-wentelbaan vervoer stelsel is dit raadsaam om die waarde van die koste per eenheid van vervoer per eenheid massa van die vrag (GHG) uitstoot gebruik van die oppervlak van die aarde in die teiken baan. RSC "Energia" ekonomiese en wiskundige model, wat rekening hou met die belangrikste komponente van die koste in die vervoer stelsel is ontwikkel:

• die skepping en die uitskakeling van 'n baan pluk eenhede;
• vir die aankoop van die bedryf 'n kern fasiliteit;
• bedryfskoste, sowel as vir R & D en moontlike koste kapitaalbesteding.

Koste parameters is afhanklik van die optimale parameters van MB. Die gebruik van hierdie model is ondersoek vergelykende ekonomiese doeltreffendheid van herbruikbare pluk gebaseer YAERDU krag van ongeveer 1 mW en besteebare pluk op grond van gevorderde vloeibare vuurpyl enjin in die program te lewer tot die Aarde Maan wentel hoogte van 100 km loonvrag totale massa van 100 ton / jaar te verseker. By die gebruik van dieselfde booster drakrag gelyke plig "Proton-M" en dvuhpuskovoy kring konstruksie van die vervoer stelsel spesifieke gestuur koste per eenheid massa van die vrag met behulp van sleep op die basis van die kern enjin sal drie keer laer as by die gebruik van die besteebare gebaseer op sleepbote met vloeibare vuurpyl enjins van die tipe MM-3.

gevolgtrekking

Effektiewe kern aandrywing vir ruimte dra by tot die oplossing van omgewingsprobleme van die aarde, die vlug van die mens na Mars, die skep van 'n stelsel van draadlose transmissie van energie in die ruimte, die implementering van veilige begrafnis in die ruimte hoogs gevaarlike radioaktiewe afval grond van kernkrag, die skepping van 'n bemande maan basis en die kommersiële ontwikkeling van die maan, om te verseker die aarde te beskerm teen asteroïde en komeet gevaar.