מנועים גרעיניים עבור חלליות

רוסיה כבר ועדיין הוא המנהיג בתחום החשמל מרחב גרעיני. ניסיון בתכנון, הבנייה, מזמין ותפעול של חללית מצוידת מקורות אנרגיה גרעיניים הם ארגונים כגון RSC "אנרגיה" ועל "Roskosmos". מנוע גרעיני מאפשר להפעיל את המטוס במשך שנים רבות, מה שהופך אותם התאמתו מעשי יותר שוב ושוב.

שיא היסטורי

השימוש באנרגיה גרעינית בחלל כבר לא פיקציה של 70-ies של המאה שעברה. המנועים הגרעיניים הראשונים ב 1970-1988 הושקו לחלל והשתמשו בהצלחה בכלי רכב שטח (SV) תצפיות של "האמריקאי-A". הם מוחלים על מערכת תרמו-אלקטריים של תחנת כוח גרעינית (NPP) "באק" חשמל של 3 כ"ס.

בשנת 1987-1988 שני מכשירים "פלזמה-A" עם NPP תרמיונית "טופז" 5 כ"ס כבר מרחב טיסת בדיקות, שבמהלכן כוח הנעה חשמלית (אלקטרה נדל"ן) ממקור הכח הגרעיני יושמה לראשונה.

קומפלקס של כוח "יניסיי" מתקן גרעיני תרמיונית בדיקות כוח יבשתי הגרעיניות של 5 כ"ס. בהתבסס על טכנולוגיות אלה פיתחו פרויקטים תרמיונית קיבולת אנרגיה גרעינית של 25-100 כ"ס.

מגה "הרקולס"

RSC "אנרגיה" בשנות ה -70 נכתבו מחקרים מדעיים ומעשיים, שמטרתם הייתה ליצור מנוע מרחב גרעיני רב עוצמה עבור משיכה interorbital (MB) "הרקולס". עבודה הביאה להקמתה במשך שנים רבות של הנעה חשמלית גרעיני (YAERDU) עם קיבולת כוח תרמיונית הגרעין של כמה - מאות קילוואט וקיבולת יחידת ההנעה החשמלית של עשרות עד מאות קילו-ואט.

פרמטרים עיצוב מגה "הרקולס":

• חשמל שימושי של אנרגיה גרעינית - 550 כ"ס;
• הנעה חשמלית הדחף המבוקש - 30 ק"מ / s;
• דחף הנע חשמלי - 26 H;
• משאבים NPP ו הנעה חשמלית - 16,000 שעות;
• עובד הנעה חשמלית בגוף - קסנון;
• משיכת משקל (יבשה) - 14,5-15,7 t, כולל ניי - 6.9 טונות.

עכשווי

במאה XXI הגיע הזמן ליצור מנוע גרעיני חדש עבור החלל. בחודש אוקטובר 2009, בפגישה של "יצירה של תחבורה מודול אנרגיה עם התקנה מגוואט ברמה של מעצמה גרעינית" הפרויקט הרוסי החדש של ועדת אושרה רשמית על ידי המועצה הנשיאותית עבור המודרניזציה והפיתוח הטכנולוגי של כלכלת רוסיה. הם מפתחים מובילים:

• צמח Reactor - JSC "NIKIET".
• תחנת כוח גרעינית עם מעגל מרת חשמל טורבינות גז, המבוססת על מנועים הנעים החשמליים YAERDU electrorocket היוני בכלל - SSC "מרכז מחקר. מ V. Keldysha", שהוא גם אחראי על ארגון של תוכנית הפיתוח של התחבורה מודול אנרגיה (TEM) בכללותה.
• RSC "אנרגיה" כמעצב TEM כללי חייב לפתח מכונה אוטומטית עם מודול זה.

מאפייני ההתקנה החדשה

מנוע חדש גרעיני עבור רוסיה החלל מתכנן להתחיל הפעלה מסחרית בשנים הקרובות. מאפייני תחזית מאלה YAERDU טורבינת גז. כור המגדל מהר בשימוש הכור מקורר גז, הטמפרטורה של נוזל העבודה (תערובת של הוא / Xe) לפני הטורבינה - 1500 K, את היעילות של המרת אנרגית תרמית לאנרגיה חשמלית - 35%, קריר רדיאטור-סוג - בטפטוף. יחידת משקל (כור, הגנה מפני קרינה, ומערכת מרה, אך ללא פולט קירור) - 6800 קילו.

שטח מנועים גרעיניים (כוח גרעיניות, אנרגיה גרעינית, יחד עם EPS) תכנית להשתמש:

• כחלק רכב שטח עתידי.
• כמקורות חשמל למערכות עתירות אנרגיה לחללית.
• כדי לפתור את שתי הבעיות הראשונות במודול תחבורה ואנרגיה כדי להבטיח את אספקת חלליות electrorocket וכלי רכב כבדים על מסלולו עובדים ואספקת אנרגיה לטווח ארוך יותר של ציוד.

עיקרון הפעולה של מנוע גרעיני

בהתבסס גם על הסינתזה של גרעינים או על שימוש ביקוע אנרגיה של דלק גרעיני כדי ליצור דחף סילוני. הבחנת התקנה דופקת-נפץ וסוגי נוזלים. צמח פיצוץ פולט לפצצות אטומות מיניאטורי מרחב כי פיצוץ כמה מטרים משם, הפיצוץ דחף את הספינה קדימה. בפועל, מכשירים כאלה אינם בשימוש.

מנועים הנעים נוזליים, ומצד שני, כבר מזמן שפותחו ונבדקו. בשנות ה -60, מומחים המועצות עיצבו-0410 RD מודל עביד. מערכות אלו פותחו בארצות הברית. העיקרון שלהם מבוסס על החימום של מיני-כור גרעיני נוזלי, שהוא מומר קיטור ויוצר זרם סילון, אשר דוחף את החללית. למרות שהמכשיר נקרא נוזל כמו הנוזל עובד, בדרך כלל מימן משמש. תכלית נוספת של מערכות גרעיניות בחלל - חשמלי מופעל משולב רשת (ציוד) אוניות ולווינים.

התקני תקשורת כבדים תקשורת החלל העולמית

כרגע, עבודה מתנהלת על מנועים גרעיניים על שטח זה ישמש תקשורת בחלל מנגנון כבד. RSC "Energia" בוצע מחקרים ועיצובים של מערכת תקשורת החלל העולמית הוא תחרותי כלכלי עם טלפון סלולארי זול שהיה אמור להשיג את ההעברה "מִרכֶּזֶת" מכדור הארץ לחלל.

התנאים המוקדמים יצירתם הם:

• מילוי מלא כמעט של למסלול גאוסטציונרי (GEO) לוויני הפעלה ופסיבית;
• מיצוי המשאב תדר;
• חוויה חיובית של יצירה וניצול מסחרי של לוויינים גאוסטציונריים מידע "ימאל".

בעת יצירת פלטפורמה "ימאל", פתרונות טכניים חדשים היו 95%, מה שאפשר מכשירים כאלה להיות תחרותיים בשוק העולמי של שירותי חלל.

ההנחה היא החלפת מודולים עם ציוד תקשורת טכנולוגי כ כל שבע שנים. זה היה ליצור מערכת של רב-3-4 לווינים כבדים לתוך למסלול גאוסטציונרי עם עליית החשמל נצרך על ידם. בתחילה, החללית עוצבה על בסיס כ"ס הכח סולרי 30-80. השלב הבא יהיה להשתמש במנועים גרעיניים 400 כ"ס עם עד שנה במצב התחבורה (עבור המשלוח של מודול בסיסי GSO) ו 150-180 כ"ס ב מצב מורחב של פעולה (לפחות 10-15 שנים) כמקור כוח.

מנועים גרעיניים antimeteoritnoy להגן על מערכת כדור הארץ

הושלם RKK "אנרגיה" במחקר העיצוב של 90 המאוחרות הוכיחה כי ביצירת antimeteoritnoy מערכת הגנת כדור הארץ מן הגרעינים של שביטים ואסטרואידים גרעיני תחנת כוח ואת YAERDU יכול לשמש:

1. יצירת מערכת לניטור מסלולי אסטרואידים ושביטים החוצים את מסלולו של כדור הארץ. לשם כך הציע לארגן חללית מיוחדת המצויד בציוד אופטי ומכ"ם לאיתור חפצים מסוכנים, חישוב הפרמטרים של המסלולים שלהם והלימוד יסודי של המאפיינים שלהם. מנוע שטח המערכת הגרעיני עם קיבולת NPI תרמיונית מצב הכפול של 150 כ"ס עשוי להיות מעורב. החייה הייתה אמורה להיות 10 שנים לפחות.
2. בדיקות של השפעת (מכשיר פיצוץ תרמו-גרעינית) כדי האסטרואיד הטמנה בטוח. משלוח כוח YAERDU של מנגנון הבדיקה כדי מצולע-אסטרואיד תלוי במסה של מטען שנשא (150-500 כ"ס).
3. משלוח של חשיפה הרגילה פירושו (מסה הכוללת יירוט של 15-50 טון) עבור מתקרבים לעולם חפץ המסוכן. דרושים גרעינית מנוע סילון קיבולת של 1-10 מגה ואט למסירת מטען תֶרמוֹגַרעִינִי אסטרואיד מסוכן, פני השטח של אשר פיצוץ עקב חומר אסטרואיד סילון מסוגל לדחות אותו מנתיב מסוכן.

משלוח של ציוד מחקר בחלל עמוק

משלוח של ציוד מדעי לאובייקטים במרחב (פלנטות רחוקות, שביטים תקופתיים, אסטרואידים) יכול להתבצע עם השימוש בשלבי LRE מבוסס מקום. שימוש במנועים גרעיניים לכלי רכב שטח רצוי, כאשר לשים את התפוקה משים להקיף גוף שמימי של הלווין, מגע ישיר עם גוף שמימי, הבחירה של דגימות חומר ומחקר אחרים הדורשים מורכבי מחקר עלייה המונית, מהכללת נחיתת המראה בשלבים.

מנועי פרמטרים

מנוע גרעיני עבור קומפלקס מחקר החללית ירחיב את "תחילת החלון" (בשל פריקה מבוקרת של מהירות העבודה של הגוף), אשר מפשטת תכנון ומפחית את עלות הפרויקט. מחקרים שבוצעו על ידי RSC "Energia", הראה כי YAERDU 150 כ"ס עם עד שלוש שנים היא אמצעי מבטיח לספק מודולים בחלל בחגורת האסטרואידים.

במקביל מסירת יחידת המחקר של מסלולו של כוכבי לכת רחוקים של מערכת השמש דורש גידול במשאבים, מעלה התקנה גרעינית 5-7 שנים. הוא הוכיח כי מורכבות YAERDU בהספק של כ 1 MW כחלק המחקר תאפשרנה לחללית מואצת עבור 5-7 שנים להקיף לגרורה מלאכותית ביותר פלנטות רחוקות, רוברס פלנטרית על פני השטח של הלוויינים הטבעיים של כוכבי לכת אלה, משלוח על קרקע כדור הארץ עם כוכבי שביט, אסטרואידים, מרקורי ו הלוויינים של צדק ושבתאי.

המעלית לשימוש חוזר (MB)

אחת הדרכים החשובות ביותר כדי לשפר את היעילות של פעולות הובלה בחלל הוא אלמנטים לשימוש חוזרים של מערכת התחבורה. מנוע גרעיני עבור כוח החללית של כ"ס 500 לפחות מאפשר לך ליצור גרירה לשימוש חוזר ובכך לשפר באופן משמעותי את היעילות של מערכת התחבורה במרחב רב-שכבתית. שימושי במיוחד עבור מערכת כזו בתכנית לספק תעבורת מטענים שנתית גדולה. דוגמה לכך תהיה תכנית של חקר ירח עם היצירה והתחזוקה של בסיס מאויש היא בהתמדה ומכלולים טכנולוגיים ותעשייתיים הניסיונות.

חישוב המחזור

לדברי RSC לימודי עיצוב "Energia", הקמת הבסיס על הירח צריכה להיות מועברת מודולים במשקל של כ 10 טונות, מסלולו של הירח -. 30 מ 'מטען סה"כ מכדור הארץ בבניית בסיס ירחי מאויש ובקרה בתחנת מסלולית הירח נאמד 700-800 טון וכן תעבורת מטענים שנתית עבור התפעול והפיתוח של בסיס - 400-500 מ '.

עם זאת, העיקרון של המנוע הגרעיני אינו מאפשר המשא לפזר במהירות. בשל הזמן של תחבורה הארוך ולכן, זמן ניכר במציאת חגורות קרינת מטען לא כל המטען יכול להיות מועברים באמצעות גוררות עם מנוע גרעיני. לכן, המטען שעשוי להינתן על בסיס YAERDU מוערך רק 100-300 טון / שנה.

יעילות כלכלית

כקריטריון של מערכת תחבורה כלכלית יעילות בין-למסלול מומלץ להשתמש בערך של העלות ליחידת תחבורה לכל מסה היחידה של המטען (GHG) מפני השטח של כדור הארץ למסלול היעד. RSC "Energia" מודל כלכלי מתמטי, אשר לוקח בחשבון את המרכיבים העיקריים של העלות במערכת התחבורה פותח:

• יצירת החיסול של יחידות משיכה למסלול;
• לרכישה והפעלה של מתקן גרעיני;
• עלויות הפעלה, כמו גם עבור מו"פ והוצאות הוצאת הון אפשריות.

פרמטרי עלות תלויים בפרמטרים האופטימליים של מגה. באמצעות מודל זה נחקר יעילות כלכלי השוואתי של כוח לשימוש חוזר משיכה מבוססת YAERDU של כ 1 mW ו משיכה חד פעמית על הבסיס נוזלי מתקדם מנוע רקטי בתכנית כדי להבטיח אספקה לגובה במסלול הירח לכדור הארץ של 100 מסה הכוללת מטען קילומטר של 100 טון / שנה. בעת שימוש באותו המאיץ כושר נשיאה התורן שווים "Proton-M" ו dvuhpuskovoy בנייה מעגל של עלויות המשלוח הספציפי מערכת תחבורה לכל מסה יחידה של מטען באמצעות משיכה על בסיס מנוע גרעיני יהיה שלוש פעמים נמוך יותר מאשר בעת שימוש חד פעמי מבוסס על גוררות עם מנועים רקטיים נוזלי מסוג MM-3.

מסקנה

הנעה גרעינית אפקטיבית עבור החלל תורמת לפתרון בעיות הסביבתיות של כדור הארץ, הטיסה של אדם למאדים, יצירת מערכת של תמסורת האלחוטית של אנרגיה בחלל, יישום הקבורה מאובטחת ב קרקע השטח מסוכנת מאוד פסולת רדיואקטיבית של אנרגיה גרעינית, יצירת בסיס ירחי מאויש והפיתוח המסחרי של הירח, כדי להבטיח להגן על כדור הארץ מפני סכנה האסטרואידים שביט.