2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30
Oroszország vezető szerepet töltött be és továbbra is az atomenergia-űrenergia területén. Az olyan szervezetek, mint az RSC Energia és a Roskosmos, rendelkeznek tapasztalattal az atomenergia-forrással felszerelt űrhajók tervezésében, építésében, kilövésében és üzemeltetésében. Egy nukleáris hajtómű lehetővé teszi a repülőgépek hosszú évekig tartó üzemeltetését, sokszorosára növelve azok gyakorlati alkalmasságát.
Történelmi rekord
A nukleáris energia világűrben való felhasználása a múlt század 70-es éveiben már nem volt képzelet. Az első nukleáris hajtóműveket 1970-1988-ban indították az űrbe, és sikeresen működtek az US-A megfigyelő űrszondán. 3 kW villamos teljesítményű "Buk" termoelektromos atomerőművel (Atomerőművel) rendelkező rendszert használtak.
1987-1988-ban két Plasma-A járműben, egy 5 kW-os Topáz termikus atomerőművel repülési és űrvizsgálaton esett át, amelyek során először hajtottak nukleáris energiaforrásról elektromos rakétahajtóműveket (EP).
Elkészült egy földi nukleáris komplexumaz 5 kW teljesítményű "Jenisej" termonikus nukleáris létesítmény energiatesztjei. Ezen technológiák alapján 25-100 kW teljesítményű termikus atomerőművek projektjei kerültek kidolgozásra.
MB Hercules
Az 1970-es években az RSC Energia tudományos és gyakorlati kutatásba kezdett, amelynek célja egy nagy teljesítményű nukleáris űrmotor létrehozása volt az interorbitális vontató (MB) Hercules számára. A munka lehetővé tette, hogy a több-száz kilowatt teljesítményű termikus atomerőművel és tízes és százas egységteljesítményű elektromos rakétahajtóművekkel hosszú évekre tartalékot képezzenek egy atomelektromos meghajtórendszer (NEP) tekintetében. kilowattból.
Az MB "Hercules" tervezési paraméterei:
- atomerőmű nettó elektromos teljesítménye – 550 kW;
- az EPS specifikus impulzusa – 30 km/s;
- projektor tolóerő – 26 N;
- atomerőmű és elektromos meghajtás erőforrása - 16 000 óra;
- az EPS munkateste – xenon;
- a vontató tömege (száraz) - 14,5-15,7 tonna, beleértve az atomerőműveket is - 6,9 tonna.
Legutóbbi idők
A 21. században itt az ideje egy új nukleáris motor létrehozásának az űrben. 2009 októberében az Orosz Föderáció elnökének az orosz gazdaság modernizálásával és technológiai fejlesztésével foglalkozó bizottságának ülésén új orosz projektet fogadtak el "Szállítási és energiamodul létrehozása megawatt-osztályú atomerőmű segítségével". hivatalosan jóváhagyva. A vezető fejlesztők:
- Reaktormű – OJSC NIKIET.
- Atomerőmű gázturbinás energiaátalakítási sémával, EPSaz ionos elektromos rakétamotorok és a nukleáris meghajtó rendszerek egésze alapján - Állami Tudományos Központ „A. I.-ről elnevezett Kutatóközpont. M. V. Keldysh”, amely egyben a közlekedési és energetikai modul (TEM) egészének fejlesztési programjának felelős szervezete is.
- Az RKK Energia-nak, mint a TEM általános tervezőjének egy automata járművet kell kifejlesztenie ezzel a modullal.
Az új telepítés jellemzői
Új nukleáris hajtómű az űrbe Oroszország a következő években kereskedelmi üzembe helyezését tervezi. A NEP gázturbina várható jellemzői a következők. Reaktorként gázhűtéses gyorsneutron reaktort használnak, a turbina előtti munkaközeg (He/Xe keverék) hőmérséklete 1500 K, a hő elektromos energiává alakításának hatásfoka 35%, a típus hűtő-radiátor csepeg. Az erőmű tömege (reaktor, sugárvédelmi és átalakító rendszer, de radiátor-radiátor nélkül) 6800 kg.
Űr nukleáris hajtóművek (Atomerőmű, Atomerőmű az EPS-sel együtt) alkalmazását tervezik:
- A jövőbeli űrjárművek részeként.
- Energiaintenzív komplexumok és űrhajók áramforrásaként.
- Az első két feladat megoldása a közlekedési és energiamodulban, hogy biztosítsák a nehéz űrhajók és járművek elektromos rakéta szállítását a működő pályákra, valamint berendezéseik további hosszú távú áramellátását.
Az atomenergia működési elvemotor
Az atommagok fúzióján, vagy a nukleáris üzemanyag hasadási energiájának sugárhajtású tolóerő létrehozására való felhasználásán alapul. Léteznek impulzus-robbanó és folyékony típusú berendezések. A robbanószerelvény miniatűr atombombákat dob az űrbe, amelyek több méter távolságra robbanva robbanóhullámmal lökdösik előre a hajót. A gyakorlatban ilyen eszközöket még nem használnak.
A folyékony tüzelésű nukleáris motorokat viszont régóta fejlesztik és tesztelik. A 60-as években a szovjet szakemberek egy működőképes RD-0410 modellt terveztek. Hasonló rendszereket fejlesztettek ki az Egyesült Államokban. Elvük azon alapul, hogy egy nukleáris minireaktorral hevítik a folyadékot, amely gőzzé alakul, és sugársugarat képez, amely löki az űrhajót. Bár az eszközt folyékonynak nevezik, munkafolyadékként általában hidrogént használnak. A nukleáris űrberendezések másik célja a hajók és műholdak elektromos fedélzeti hálózatának (műszereinek) táplálása.
Nehéz távközlési járművek a globális űrkommunikációhoz
Jelenleg egy űrre szánt nukleáris motoron dolgoznak, amelyet nehéz űrkommunikációs járművekben terveznek használni. Az RSC Energia egy gazdaságosan versenyképes globális űrkommunikációs rendszer kutatását és tervezését végzett olcsó cellás kommunikációval, amelyet a „telefonállomás” Földről az űrbe való áthelyezésével kellett volna elérni.
Létrehozásuknak előfeltételei:
- a geostacionárius pálya (GSO) majdnem teljes kitöltése működő éspasszív társak;
- frekvenciakimerülés;
- pozitív tapasztalat a Yamal sorozat információs geostacionárius műholdjainak létrehozásában és kereskedelmi felhasználásában.
A Yamal platform létrehozásakor az új műszaki megoldások 95%-át tették ki, ami lehetővé tette, hogy az ilyen járművek versenyképesek legyenek a globális űrszolgáltatási piacon.
Körülbelül hétévente várhatóan a modulokat technológiai kommunikációs berendezésekre cserélik. Ez lehetővé tenné 3-4 nehéz multifunkcionális GEO műholdból álló rendszerek létrehozását az általuk fogyasztott villamos energia növelésével. Kezdetben az űrjárműveket 30-80 kW teljesítményű napelemek alapján tervezték. A következő szakaszban a tervek szerint 400 kW-os nukleáris hajtóműveket használnak, amelyek erőforrása legfeljebb egy év szállítási módban (az alapmodul GSO-hoz szállításához), és 150-180 kW-os hosszú távú üzemmódban. (legalább 10-15 év), mint áramforrás.
Atommotorok a Föld meteoritellenes védelmi rendszerében
Az RSC Energia által a 90-es évek végén végzett tervezési tanulmányok kimutatták, hogy a Földet az üstökösök és aszteroidák magjaitól megvédõ meteoritellenes rendszer létrehozása során nukleáris-elektromos létesítmények és nukleáris meghajtó rendszerek használhatók. felhasználva:
- Rendszer létrehozása a Föld pályáját keresztező aszteroidák és üstökösök röppályáinak megfigyelésére. Ehhez speciális optikai és radarberendezéssel felszerelt űrjárműveket javasolnak a veszélyes objektumok észlelésére,pályájuk paramétereinek kiszámítása és jellemzőik elsődleges tanulmányozása. A rendszerben 150 kW vagy annál nagyobb teljesítményű, kettős üzemmódú termikus atomerőművel ellátott nukleáris űrmotor használható. Az erőforrásnak legalább 10 évesnek kell lennie.
- Befolyásolási eszközök tesztelése (termonukleáris eszköz robbanása) egy poligon biztonságos aszteroidán. A NEP teljesítménye, amellyel a teszteszközt az aszteroidateszt helyszínére szállítja, a szállított hasznos teher tömegétől függ (150-500 kW).
- Rendszeres befolyási eszközök (15-50 tonna össztömegű elfogó) eljuttatása a Földhöz közeledő veszélyes objektumhoz. Egy 1-10 MW teljesítményű nukleáris sugárhajtóműre lesz szükség a termonukleáris töltet eljuttatásához egy veszélyes aszteroidához, amelynek felszíni robbanása az aszteroida anyagának sugáráramának köszönhetően eltérítheti azt egy veszélyes pályáról.
Kutatási berendezések kiszállítása a mélyűrbe
Tudományos berendezések szállítása űrobjektumokhoz (távoli bolygók, periodikus üstökösök, aszteroidák) az LRE-n alapuló űrlépcsők segítségével is megvalósítható. Az űrrepülőgépek nukleáris hajtóművét akkor célszerű használni, amikor az égitest műholdjának pályájára lépés, égitesttel való közvetlen érintkezés, anyagok mintavétele és egyéb, a kutatókomplexum tömegének növelését igénylő vizsgálat, a a leszállási és felszállási szakaszok beépítése.
Motorparaméterek
Atommotor űrhajókhozA kutatókomplexum kibővíti a "kezdőablak"-t (a munkafolyadék szabályozott kiáramlási sebessége miatt), ami leegyszerűsíti a tervezést és csökkenti a projekt költségeit. Az RSC Energia kutatása kimutatta, hogy egy 150 kW-os nukleáris meghajtó rendszer, amelynek élettartama akár három év, ígéretes eszköz az űrmodulok aszteroidaövbe juttatására.
Ugyanakkor egy kutatóberendezés eljuttatása a Naprendszer távoli bolygóinak pályáira egy ilyen nukleáris létesítmény erőforrásának akár 5-7 évre történő növelését igényli. Bebizonyosodott, hogy egy körülbelül 1 MW teljesítményű nukleáris meghajtó rendszerrel rendelkező komplexum egy kutatóűrhajó részeként lehetővé teszi a legtávolabbi bolygók mesterséges műholdjainak, bolygójárók felgyorsítását e bolygók természetes műholdjainak felszínére. és talajszállítás üstökösökről, aszteroidákról, Merkúrról, valamint a Jupiter és a Szaturnusz holdjairól.
Újrafelhasználható vontató (MB)
Az űrben végzett szállítási műveletek hatékonyságának növelésének egyik legfontosabb módja a közlekedési rendszer elemeinek újrafelhasználható használata. Az űrhajók legalább 500 kW teljesítményű nukleáris motorja lehetővé teszi újrafelhasználható vontatók létrehozását, és ezáltal a többkapcsolatos űrszállítási rendszer hatékonyságának jelentős növelését. Egy ilyen rendszer különösen hasznos a nagy éves rakományáramlást biztosító programokban. Példa erre a Hold-kutatási program egy folyamatosan növekvő lakható bázis létrehozásával és fenntartásával, valamint kísérleti technológiai és termelési komplexumokkal.
Rakományforgalom számítása
Az RKK tervezési tanulmányai szerint"Energia" a bázis építése során kb 10 tonnás modulokat kell a Hold felszínére, maximum 30 tonnát a Hold pályájára szállítani. hogy biztosítsák a bázis működését és fejlődését - 400-500 t.
A nukleáris hajtómű működési elve azonban nem teszi lehetővé a transzporter elég gyors szétszóródását. A hosszú szállítási idő és ennek megfelelően a hasznos teher által a Föld sugárzónáiban eltöltött jelentős idő miatt nem minden rakomány szállítható nukleáris meghajtású vontatóhajókkal. Ezért a NEP alapján biztosítható rakományáramlást csak 100-300 tonna/évre becsülik.
Költséghatékonyság
Az interorbitális szállítórendszer gazdasági hatékonyságának kritériumaként célszerű az egységnyi hasznos teher (PG) Földfelszínről a célpályára szállításának egységköltsége értékét használni. Az RSC Energia kifejlesztett egy gazdasági és matematikai modellt, amely figyelembe veszi a közlekedési rendszer fő költségkomponenseit:
- vontatómodulok létrehozása és pályára állítása;
- működő nukleáris létesítmény vásárlására;
- működési költségek, valamint K+F költségek és esetleges tőkeköltségek.
A költségmutatók az MB optimális paramétereitől függenek. Ezt a modellt használva egy összehasonlítóa 100 t/év össztömegű hasznos teher Földről a Hold körüli pályára szállítására szolgáló programban a kb. 1 MW teljesítményű, NEP alapú újrafelhasználható vontató és a fejlett folyékony rakétahajtóműveken alapuló eldobható vontató használatának gazdasági hatékonysága 100 km magassággal. Ha ugyanazt a hordozórakétát használjuk, amelynek teherbíró képessége megegyezik a Proton-M hordozórakéta teherbíró képességével, és két kilövéses sémával a szállítórendszer felépítésére, az egységnyi tömegű hasznos teher szállításának fajlagos költsége nukleáris meghajtású vontatóval. háromszor alacsonyabb lesz, mint a DM-3 típusú folyékony hajtóművekkel szerelt rakétákon alapuló eldobható vontatók használatakor.
Következtetés
Az űrbe szánt hatékony atommotor hozzájárul a Föld környezeti problémáinak megoldásához, emberes repülés a Marsra, vezeték nélküli energiaátviteli rendszer létrehozása az űrben, fokozott biztonsággal valósítja meg a különösen veszélyes földi radioaktív hulladékok ártalmatlanítását nukleáris energia az űrben, lakható holdbázis létrehozása és a Hold ipari kutatásának megkezdése, biztosítva a Föld védelmét az aszteroida-üstökös veszélyétől.
