motores nucleares para naves espaciales

Rusia ha sido y sigue siendo el líder en el campo de la energía nuclear en el espacio. La experiencia en el diseño, construcción, puesta en marcha y operación de la nave espacial equipada con fuentes de energía nuclear son organizaciones como la RSC "Energía" y "Roskosmos". motor nuclear permite operar la aeronave durante muchos años, haciéndolos más práctico idoneidad repetidamente.

registro histórico

El uso de la energía nuclear en el espacio ya no es una ficción en el 70-s del siglo pasado. Los primeros motores nucleares en 1970-1988 fueron lanzados al espacio y se utilizan con éxito en vehículos espaciales (SV) observaciones de "US-A". Se aplican al sistema termoeléctrico de una planta de energía nuclear (NPP) "Buck" de energía eléctrica de 3 kW.

En 1987-1988 dos dispositivos "Plasma-A" con termoiónica NPP "Topaz" 5 kW ha sido espacio-pruebas de vuelo, durante el cual se llevó a cabo primero la potencia de propulsión eléctrica (ERE) de la fuente de energía nuclear.

Un complejo de pruebas terrestres de energía nuclear termoiónica instalación nuclear de potencia "Yenisei" de 5 kW. Sobre la base de estas tecnologías desarrolladas proyectos de capacidad de energía nuclear termoiónica de 25-100 kW.

MB "Hércules"

RSC "Energía" en los años 70 comenzó las investigaciones científicas y prácticas, cuyo objetivo era crear un espacio potente motor nuclear para interorbitario tirón (MB) "Hércules". El trabajo llevó a la base de muchos años de la propulsión eléctrica nuclear (YAERDU) con capacidad nuclear termoiónica de unos pocos cientos de kilovatios – y capacidad de la unidad de propulsión eléctrica de decenas a cientos de kilovatios.

Los parámetros de diseño MB "Hércules":

• energía eléctrica útil de la energía nuclear – 550 kW;
• impulso específico de propulsión eléctrica – 30 km / s;
• Eléctrico empuje de propulsión – 26 H;
• NPP y propulsión eléctrica de recursos – 16.000 horas;
• cuerpo de trabajo de propulsión eléctrica – xenón;
• peso (seco) remolcador – 14,5-15,7 t, incluyendo NEI – 6,9 toneladas.

contemporáneo

En el siglo XXI es el momento de crear un nuevo motor nuclear para el espacio. En octubre de 2009, en una reunión del nuevo proyecto "Creación de transporte y el módulo de energía con una instalación de clase megavatio de potencia nuclear" de la Comisión de Rusia ha sido aprobado oficialmente por el Consejo Presidencial para la Modernización y Desarrollo Tecnológico de la economía de Rusia. son los principales desarrolladores:

• planta del reactor – JSC "NIKIET".
• Planta de energía nuclear con un circuito de conversión de energía de turbina de gas, basado en los motores de propulsión eléctricos y YAERDU electrorocket iónico en general – SSC "Centro de Investigación. M. V. Keldysha", que también es responsable de la organización del programa de desarrollo del transporte y el módulo de energía (TEM) en su conjunto.
• RSC "Energía" como diseñador general de TEM debe desarrollar una máquina automática con este módulo.

Características de la nueva instalación

Nuevo motor nuclear para el espacio Rusia planea iniciar la operación comercial en los próximos años. características proyectadas de la turbina de gas YAERDU siguiente. El reactor utilizado reactor reproductor rápido refrigerado por gas, la temperatura del fluido de trabajo (una mezcla de He / Xe) antes de la turbina – 1.500 K, la eficiencia de la conversión de energía térmica en energía eléctrica – 35%, de tipo radiador refrigerador – goteo. Peso unitario (reactor, la protección radiológica, y el sistema de conversión, pero sin emisor de refrigeración) – 6800 kg.

Espacio motores nucleares (la energía nuclear, la energía nuclear, junto con EPS) plan para usar:

• Como parte de futuros vehículos espaciales.
• Como fuentes de energía eléctrica para los sistemas de alto consumo energético y las naves espaciales.
• Para resolver los dos primeros problemas en el módulo de transporte y la energía para asegurar la entrega de naves espaciales electrorocket pesados y vehículos en la órbita de trabajo y aún más el suministro de energía a largo plazo del equipo.

El principio de funcionamiento de un motor nuclear

En base ya sea sobre la síntesis de núcleos o sobre el uso de la energía de fisión del combustible nuclear para formar un empuje del chorro. Distinguir los tipos de instalación de pulso-explosivos y de fluidos. Explosión de planta emite al espacio bombas atómicas en miniatura que la detonación de unos pocos metros de distancia, la explosión empujó el barco hacia adelante. En la práctica, no se utilizan tales dispositivos.

los motores de propulsión de líquido, por otra parte, tiene una larga han desarrollado y probado. Allá por los años 60, los especialistas soviéticos han diseñado un modelo viable RD-0410. Estos sistemas se han desarrollado en los Estados Unidos. Su principio se basa en el calentamiento de un mini-reactor nuclear líquido, se convierte en vapor y forma una corriente en chorro, que empuja la nave espacial. Aunque el dispositivo se llama un líquido como fluido de trabajo, se utiliza típicamente hidrógeno. Otro propósito de los sistemas nucleares espaciales – eléctrico alimentado de red (equipos) barcos y satélites a bordo.

dispositivos de telecomunicaciones pesados comunicación espacio global

En estos momentos, se está trabajando en los motores nucleares para el espacio que se utilizarán en las comunicaciones espaciales aparatos pesados. RSC "Energia" se han llevado a cabo estudios y diseños del sistema de comunicación espacio global es económicamente competitivo con el teléfono celular barato que supuestamente iba a lograr la transferencia de "central telefónica" de la Tierra en el espacio.

Los requisitos previos para su creación son:

• llenado casi completo de la órbita geoestacionaria de funcionamiento (GEO) satélites y pasiva;
• agotamiento de los recursos de frecuencia;
• experiencia positiva de la creación y la explotación comercial de la información satélites geoestacionarios "Yamal".

Cuando se crea una plataforma "Yamal", nuevas soluciones técnicas han sido del 95%, lo que permitió este tipo de dispositivos para ser competitivos en el mercado mundial de servicios espaciales.

Se supone la sustitución de módulos con equipo de comunicación tecnológica aproximadamente cada siete años. Se crearía un sistema de multi-3-4-satélites pesados en órbita geoestacionaria con un aumento de la potencia eléctrica consumida por ellos. Inicialmente, la nave espacial se han diseñado sobre la base de la energía solar de 30-80 kW. El siguiente paso será utilizar los motores nucleares de 400 kW con hasta un año en el modo de transporte (para la entrega del módulo básico OSG) y 150-180 kW en un modo de funcionamiento prolongado (al menos 10-15 años) como fuente de energía.

motores nucleares en antimeteoritnoy proteger el sistema de la Tierra

Completado RKK "energía" en la investigación del diseño a finales de los 90 ha demostrado que en la creación del sistema de defensa antimeteoritnoy Tierra desde los núcleos de los cometas y asteroides de plantas de energía nuclear y YAERDU se pueden utilizar para:

1. La creación de un sistema de seguimiento de las trayectorias de los asteroides y cometas que cruzan la órbita de la Tierra. Por esta propuesto disponer nave especial equipado con medios ópticos y de radar para la detección de objetos peligrosos, el cálculo de los parámetros de sus trayectorias y primario del estudio de sus características. El motor espacio nuclear con sistema de doble modo de capacidad termoiónica NPI de 150 kW puede estar involucrado. Su vida debe ser de al menos 10 años.
2. Las pruebas de impacto (dispositivo de explosión termonuclear) al asteroide segura vertedero. entrega de potencia YAERDU del aparato de ensayo a un asteroide-polígono depende de la masa de la carga útil entregada (150-500 kW).
3. Entrega de exposición estándar significa (masa total del interceptor de 15-50 toneladas) para la aproximación al mundo de los objetos peligrosos. Requerir nuclear motor a reacción capacidad de 1-10 MW para la entrega a una carga termonuclear asteroide peligroso, la superficie de los cuales explosión debido al material asteroide chorro capaz de rechazarlo de camino peligroso.

Entrega del equipo de investigación en el espacio profundo

La entrega del equipo científico a los objetos espaciales (planetas distantes, cometas periódicos, asteroides) puede llevarse a cabo con el uso de etapas de LRE basadas en el espacio. Utilizar los motores nucleares para vehículos espaciales es conveniente, cuando se ponen a la salida de la tarea a la órbita de un cuerpo celeste del satélite, el contacto directo con un cuerpo celeste, la selección de muestras de materiales y otras investigaciones que requieran complejo de investigación aumento de la masa, la inclusión del aterrizaje y las fases de despegue.

motores de parámetros

motor nuclear para la investigación compleja nave espacial se ampliará el "inicio de la ventana" (debido a una descarga controlada de la velocidad de trabajo del cuerpo), lo que simplifica la planificación y reduce el coste del proyecto. Estudios llevados a cabo por RSC "Energia", mostraron que YAERDU 150 kW con hasta tres años es un medio prometedor para la entrega de los módulos en el espacio cinturón de asteroides.

Al mismo tiempo, la entrega de una unidad de investigación en la órbita de los planetas distantes del sistema solar requiere un aumento de los recursos, una instalación nuclear hasta 5-7 años. Está comprobado que los complejos YAERDU con una capacidad de aproximadamente 1 MW como parte de la investigación permitirá la nave espacial acelera la entrega de 5-7 años en órbita un satélite artificial la mayoría de los planetas distantes, vehículos de exploración planetaria en la superficie de los satélites naturales de estos planetas, y la entrega en el suelo de la Tierra con cometas, asteroides, Mercurio y los satélites de Júpiter y Saturno.

ascensor reutilizable (MB)

Una de las formas más importantes para mejorar la eficiencia de las operaciones de transporte en el espacio es elementos reutilizables del sistema de transporte. motor nuclear para poder nave espacial de al menos 500 kW permite crear remolque reutilizable y con ello mejorar significativamente la eficiencia del sistema de transporte espacial de múltiples niveles. Especialmente útil para un sistema de este tipo en el programa proporcionan un gran tráfico anual de mercancías. Un ejemplo sería un programa de exploración lunar con la creación y mantenimiento de una base tripulada está en constante aumento y complejos tecnológicos e industriales experimentales.

cálculo de la facturación

De acuerdo con los estudios de diseño de RSC "Energia", la construcción de la base en la luna debe ser módulos de un peso aproximado de 10 toneladas, la órbita de la Luna entregó -. 30 m de carga total de la Tierra en la construcción de una base lunar tripulada y visitó la estación orbital lunar se estima en 700-800 toneladas y un tráfico anual de mercancías para el funcionamiento y desarrollo de la base – 400-500 m.

Sin embargo, el principio de que el motor nuclear no permite que el carguero se disperse rápidamente. Debido al largo tiempo de transporte y, por lo tanto, un tiempo considerable para encontrar los cinturones de radiación de la carga útil no toda la carga que puede ser entregado usando remolcadores con motor nuclear. Por lo tanto, la carga que se puede proporcionar basa en YAERDU estima sólo 100-300 toneladas / año.

la eficiencia económica

Como criterio de la eficiencia económica del sistema de transporte inter-órbita, es aconsejable utilizar el valor del coste unitario de transporte por unidad de masa de la carga útil (GEI) de la superficie de la tierra en la órbita de destino. RSC "Energia" modelo económico y matemática, que tiene en cuenta los principales componentes del costo en el sistema de transporte se ha desarrollado:

• la creación y eliminación de unidades órbita remolcadores;
• para la compra de explotación de una instalación nuclear;
• los costos de operación, así como para la I + D y los posibles costes de los gastos de capital.

parámetros de los costos dependen de los parámetros óptimos de MB. Utilizando este modelo se investigó comparativo eficiencia económica de las reutilizable basada tirón poder YAERDU de aproximadamente 1 mW y tira desechable sobre la base de líquido avanzado motor de cohete en el programa para garantizar la entrega a la altura de una órbita de la luna de la Tierra de 100 km de carga útil masa total de 100 toneladas / año. Cuando se utiliza el mismo booster la capacidad de carga igual deber "Proton-M" y dvuhpuskovoy construcción de circuito del sistema de transporte costes específicos de envío por unidad de masa de la carga útil utilizando tirón en la base de motor nuclear será tres veces más bajos que cuando se utiliza el desechable basado en remolcadores con motores de cohete de propulsante líquido del tipo MM-3.

conclusión

propulsión nuclear efectiva para el espacio contribuye a la solución de los problemas ambientales de la tierra, el vuelo del hombre a Marte, la creación de un sistema de transmisión inalámbrica de energía en el espacio, la puesta en práctica del entierro de seguridad mejorada en el espacio altamente peligroso planta de residuos radiactivos de la energía nuclear, la creación de una base lunar tripulada y el desarrollo comercial de la Luna, para asegurar proteger la Tierra de peligro de los asteroides y cometas.