موتورهای هسته ای برای سفینه های فضایی

روسیه بوده است و هنوز رهبر در زمینه قدرت فضای هسته ای است. تجربه در طراحی، ساخت و ساز، راه اندازی و بهره برداری از فضاپیمای مجهز به منابع انرژی هسته ای سازمان هایی مانند RSC "انرژی" و "راسکازموس" هستند. موتور هسته ای اجازه می دهد تا به عمل این هواپیما برای سال های بسیاری، آنها را مناسب عملی تر بارها و بارها.

سابقه تاریخی

استفاده از انرژی هسته ای در فضا است که دیگر یک داستان در 70-IES از قرن گذشته است. موتورهای هسته ای برای اولین بار در 1970-1988 به فضا پرتاب شد و با موفقیت در فضا وسایل نقلیه (SV) مشاهدات از "US-A" استفاده می شود. آنها به سیستم های حرارتی از یک نیروگاه هسته ای (NPP) "باک" برق از 3 کیلو وات استفاده می شود.

در 1987-1988 دو دستگاه "پلاسما-A" با گرمایونی NPP "توپاز" 5 کیلو وات تا فضای پرواز تست، که در طی آن قدرت نیروی محرکه الکتریکی (ERE) از منابع قدرت هسته ای اولین بار انجام شد بوده است.

مجموعه ای از تست قدرت هسته ای گرمایونی نصب و راه اندازی هسته ای "سئی" قدرت زمینی از 5 کیلو وات. بر اساس این فن آوری توسعه یافته پروژه ظرفیت گرمایونی انرژی هسته ای از 25-100 کیلو وات.

MB "هرکول"

RSC "انرژی" در 70 تحقیقات علمی و عملی، که هدف از آن بود که برای ایجاد یک موتور فضای هسته ای قدرتمند برای یدک کش interorbital (MB) "هرکول" آغاز شده است. صدها نفر از کیلووات و نیروی محرکه الکتریکی ظرفیت واحد از ده ها تا صدها کیلو وات - کار به پایه و اساس برای سال های بسیاری از نیروی محرکه های هسته ای (YAERDU) با ظرفیت گرمایونی انرژی هسته ای از چند منجر شده است.

پارامترهای طراحی MB "هرکول":

• قدرت الکتریکی مفید از انرژی هسته ای - 550 کیلو وات.
• خاص نیروی محرکه ضربه الکتریکی - 30 کیلومتر / ثانیه؛
• رانش نیروی محرکه الکتریکی - 26 H؛
• منابع NPP و نیروی محرکه الکتریکی - 16000 ساعت.
• کار بدن نیروی محرکه الکتریکی - زنون؛
• وزن (خشک) یدک کش - 14،5-15،7 تی، از جمله موسسه - 6.9 تن است.

معاصر

در قرن بیست و یکم هم برای ایجاد یک موتور جدید هسته ای برای فضای آن است. در اکتبر 2009، در نشست جدید پروژه "ایجاد حمل و نقل و ماژول انرژی با نصب و راه اندازی طبقه مگاوات یک قدرت هسته ای" روسیه کمیسیون است که رسما توسط شورای ریاست جمهوری برای نوسازی و توسعه فن آوری اقتصاد روسیه را تصویب کرد. توسعه دهندگان پیشرو عبارتند از:

• گیاه راکتور - JSC "NIKIET".
• نیروگاه هسته ای با توربین گازی مدار تبدیل قدرت، بر اساس موتور نیروی محرکه الکتریکی و YAERDU electrorocket یونی به طور کلی - SSC "مرکز تحقیقات. M. V. Keldysha "، که آن هم مسئول سازمان از برنامه توسعه حمل و نقل و ماژول انرژی (TEM) به عنوان یک کل.
• RSC "انرژی" به عنوان یک طراح TEM کلی باید یک خودکار با این ماژول توسعه.

ویژگی های نصب و راه اندازی جدید

موتور جدید هسته ای برای فضای روسیه قصد دارد برای شروع عملیات تجاری در چند سال آینده. ویژگی های پیش بینی شده از توربین گاز زیر YAERDU. راکتور مورد استفاده قرار گاز سرد راکتور زاینده سریع، دمای سیال (مخلوطی از او / XE) قبل از توربین - 1500 K، بازده تبدیل انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی - 35٪، رادیاتور نوع کولر - قطره ای. واحد وزن (راکتور، حفاظت در برابر تشعشع و سیستم تبدیل، اما بدون امیتر تبرید) - 6800 کیلوگرم است.

فضایی موتورهای هسته ای (انرژی هسته ای، انرژی هسته ای، همراه با EPS) طرح استفاده کنید:

• به عنوان بخشی از وسایل نقلیه فضایی آینده است.
• به عنوان منابع برق برای سیستم های انرژی بر و فضاپیما است.
• برای حل این دو مشکل برای اولین بار در حمل و نقل و انرژی ماژول برای اطمینان از تحویل از سفینه های فضایی electrorocket سنگین و وسایل نقلیه در مدار کار و بیشتر تامین بلند مدت انرژی از تجهیزات.

اصل بهره برداری از یک موتور هسته ای

بر پایه سنتز هسته و یا در استفاده از شکافت انرژی سوخت هسته ای به شکل یک رانش جت. تشخیص انواع نصب و راه اندازی پالس انفجاری و مایع. کارخانه انفجار ساطع می کند به فضا بمب اتمی کوچک است که انفجار یک چند متر دورتر، این انفجار تحت فشار قرار دادند که کشتی رو به جلو. در عمل، چنین دستگاه استفاده نمی شود.

موتورهای نیروی محرکه مایع، از سوی دیگر، توسعه داده شده طولانی و تست شده است. پشت در 60s، متخصصان شوروی یک مدل قابل اجرا RD-0410 طراحی کرده اند. این سیستم ها در ایالات متحده توسعه داده شد. اصل آنها بر اساس حرارت از یک هسته ای مینی راکتور مایع بر اساس، آن را به بخار تبدیل شده و جریان جت، هل می دهد که این فضاپیما را تشکیل میدهد. اگر چه دستگاه یک مایع به عنوان سیال کاری نامیده می شود، به طور معمول هیدروژن استفاده شده است. یکی دیگر از هدف از سیستم های هسته ای فضا - الکتریکی پردازنده شبکه (تجهیزات) کشتی ها و ماهواره ها.

دستگاه های مخابراتی سنگین ارتباطات فضای جهانی

در حال حاضر، کار در جریان در موتور های هسته ای برای فضای خواهد شد که در ارتباطات فضایی دستگاه سنگین استفاده می شود. RSC "انرژی" کرده اند مطالعات و طراحی سیستم های ارتباطی فضای جهانی انجام شده است از لحاظ اقتصادی قابل رقابت با تلفن همراه ارزان است که برای رسیدن به انتقال "تلفن" از زمین به فضا قرار بود است.

پیش نیازهای لازم برای ایجاد آنها عبارتند از:

• پر کردن تقریبا کامل از مدار ثابت عامل (GEO) ماهواره و غیر فعال.
• خستگی از منابع فرکانس؛
• تجربه مثبت از ایجاد و بهره برداری تجاری از اطلاعات ماهواره های ثابت "یامال".

هنگامی که شما یک "یامال" پلت فرم ایجاد، راه حل های فنی جدید 95٪ بوده است، که از جمله دستگاه های فعال برای تبدیل شدن به رقابت در بازار جهان از خدمات فضا.

فرض بر این است جایگزینی ماژول ها را با تجهیزات ارتباطات فن آوری تقریبا هر هفت سال. این یک سیستم چند 3/4 ماهواره سنگین را به مدار ثابت با افزایش قدرت الکتریکی مصرف شده توسط آنها ایجاد کنید. در ابتدا، این فضاپیما اند بر اساس قدرت خورشیدی 30-80 کیلو وات طراحی شده است. گام بعدی موتورهای هسته ای با تا یک سال در حالت حمل و نقل (برای تحویل ماژول اساسی GSO) و 150-180 کیلو وات در حالت توسعه یافته از عمل (حداقل 10-15 سال) به عنوان منبع قدرت استفاده 400 کیلو وات.

موتورهای هسته ای در antimeteoritnoy محافظت از سیستم زمین

تکمیل RKK "انرژی" در تحقیقات طراحی اواخر دهه 90 نشان داده است که در ایجاد antimeteoritnoy سیستم دفاع از زمین را از هسته دنباله دارها و سیارک نیروگاه هسته ای و YAERDU را می توان به استفاده می شود:

1. ایجاد یک سیستم برای نظارت بر مدار سیارک ها و ستاره های دنباله دار که مدار زمین را. برای این پیشنهاد به ترتیب فضاپیما ویژه مجهز به تجهیزات نوری و رادار برای تشخیص اشیاء خطرناک، محاسبه پارامترهای مدار خود و مطالعه اولیه ویژگی های آنها. سیستم موتور فضای هسته ای با دو حالت ظرفیت گرمایونی NPI از 150 کیلو وات ممکن است نقش داشته باشد. زندگی او باید حداقل 10 سال باشد.
2. تست های ضربه (دستگاه انفجار گرما) به محل های دفن زباله سیارک امن است. YAERDU تحویل قدرت از دستگاه آزمون به یک سیارک چند ضلعی بستگی به جرم حمل بار تحویل (150-500 کیلو وات).
3. تحویل قرار گرفتن در معرض استاندارد بدان معنی (رهگیر کل جرم 15-50 تن) برای نزدیک شدن به جهان شی خطرناک است. نیاز هسته ای موتور جت ظرفیت 1/10 مگاوات برای تحویل به اتهام گرما سیارک خطرناک، سطح آن انفجار به علت جت مواد سیارک قادر به آن را از مسیر خطرناک را رد کند.

تحویل تجهیزات تحقیقاتی در اعماق فضا

تحویل تجهیزات علمی به اشیاء فضایی (سیاره های دوردست، ستاره های دنباله دار دوره ای، سیارک ها) را می توان با استفاده از مراحل LRE مبتنی بر فضا برد. استفاده از موتورهای هسته ای در وسایل نقلیه فضایی مصلحت است، هنگامی که به خروجی کار قرار داده به مدار یک جسم آسمانی از ماهواره، تماس مستقیم با یک جسم آسمانی، از انتخاب نمونه ها مواد و پژوهش دیگر نیاز به افزایش توده مجموعه پژوهش، گنجاندن فرود و برخاست مرحله است.

موتورهای پارامترهای

موتور هسته ای برای پژوهش های پیچیده فضاپیما خواهد "شروع پنجره" (با توجه به ترشحات کنترل از سرعت کار از بدن)، که ساده برنامه ریزی و کاهش هزینه های پروژه گسترش دهد. مطالعات انجام شده توسط RSC "انرژی" انجام شد، نشان داد که YAERDU 150 کیلو وات تا سه سال یک وسیله امیدوار ارائه ماژول در فضا است کمربند سیارک ها.

در همان زمان تحویل یک واحد تحقیقاتی در مدار سیاره های دوردست منظومه شمسی نیازمند افزایش منابع، نصب و راه اندازی تا هسته ای به 5-7 سال. ثابت شده است که پیچیده YAERDU با ظرفیت حدود 1 مگاوات به عنوان بخشی از تحقیقات اجازه خواهد داد که فضاپیما تحویل برای 5-7 سال شتاب به مدار ماهواره مصنوعی ترین سیاره های دوردست، مریخ نوردها سیاره ای بر روی سطح از ماهواره های طبیعی از این سیارات و تحویل در زمین زمین با ستاره های دنباله دار، سیارک ها، عطارد و اقمار مشتری و زحل.

آسانسور قابل استفاده مجدد (MB)

یکی از مهم ترین راه برای بهبود بهره وری از عملیات حمل و نقل در فضا عناصر قابل استفاده مجدد از سیستم حمل و نقل است. موتور هسته ای برای قدرت فضاپیما از حداقل 500 کیلو وات اجازه می دهد تا به شما برای ایجاد دو قابل استفاده مجدد و در نتیجه قابل توجهی بهبود بهره وری از سیستم چند لایه حمل و نقل فضایی. به خصوص مفید برای چنین سیستم در این برنامه ارائه یک ترافیک بزرگ حمل و نقل سالانه. برای مثال می توان یک برنامه اکتشاف قمری با ایجاد و نگهداری از پایگاه های سرنشین دار به طور مداوم افزایش و مجموعه تکنولوژی و صنعتی تجربی.

محاسبه گردش مالی

از زمین و در ساخت یک پایگاه قمری سرنشین دار 30 متر محموله مجموع و ایستگاه مداری ماه بازدید است که در 700-800 تن تخمین زده - با توجه به RSC مطالعات طراحی "انرژی"، ساخت و ساز از پایه بر روی ماه باید ماژول با وزن حدود 10 تن، مدار ماه تحویل داده شود. و حمل و نقل ترافیک سالانه برای بهره برداری و توسعه پایه - 400-500 متر.

با این حال، اصل موتور هسته ای اجازه نمی دهد که باری برای متفرق کردن سرعت. با توجه به مدت زمان طولانی از حمل و نقل و در نتیجه، زمان قابل توجهی پیدا کردن محموله کمربندهای تشعشعی همه محموله را می توان با استفاده از یدک کش ها با موتور هسته ای ارائه می شود. بنابراین، محموله که ممکن است ارائه بر اساس YAERDU آمده تنها 100-300 تن / سال.

بهره وری اقتصادی

به عنوان یک معیار کارائی اقتصادی سیستم حمل و نقل بین مدار بهتر است آن را به استفاده از ارزش هزینه واحد حمل و نقل واحد جرم از بار (GHG) در از سطح زمین به مدار مورد نظر. RSC "انرژی" مدل اقتصادی و ریاضی، که طول می کشد به اجزای اصلی از هزینه ها در سیستم حمل و نقل توسعه داده شده است:

• ایجاد و حذف واحد مدار یدک کش.
• برای خرید عامل تاسیسات هسته ای؛
• هزینه های عملیاتی، و همچنین برای R & D و ممکن هزینه هزینه های سرمایه.

پارامترهای هزینه در پارامترهای بهینه مگابایت بستگی دارد. با استفاده از این مدل کارایی اقتصادی از قابل استفاده مجدد یدک کش بر اساس قدرت YAERDU در حدود 1 میلی وات و یدک کش یکبار مصرف بر اساس مایع پیشرفته مورد بررسی قرار گرفت موتور موشک در برنامه برای اطمینان از تحویل به زمین ماه مدار ارتفاع 100 کیلومتر محموله جرم کل 100 تن / سال. هنگام استفاده از تقویت کننده همان ظرفیت حمل وظیفه برابر "پروتون-ام" و dvuhpuskovoy ساخت و ساز مدار سیستم حمل و نقل حمل و نقل خاص در واحد جرم از بار با استفاده از یدک کش بر اساس موتور هسته ای خواهد بود سه برابر کمتر از در هنگام استفاده از یکبار مصرف بر اساس یدک کش ها با موتور موشک مایع از نوع MM-3.

نتیجه

نیروی محرکه هسته ای موثر برای فضا هم کمک به حل مشکلات زیست محیطی زمین، پرواز انسان به مریخ، ایجاد یک سیستم انتقال بی سیم انرژی در فضا، اجرای دفن-افزایش امنیت در فضای بسیار خطرناک زمین زباله های رادیو اکتیو از انرژی هسته ای، ایجاد یک پایگاه قمری سرنشین دار و توسعه تجاری از ماه، برای اطمینان از محافظت از زمین از خطر سیارک و ستاره دنباله دار.