Injini ya nyuklia kwa spaceships

Urusi imekuwa na bado ni kiongozi katika uwanja wa nafasi nguvu za nyuklia. Uzoefu katika kubuni, ujenzi, kuwaagiza na uendeshaji wa spacecraft vifaa na vyanzo nguvu za nyuklia ni mashirika kama vile RSC "Nishati" na "Roskosmos". injini ya nyuklia inaruhusu kufanya kazi na ndege kwa miaka mingi, kuwafanya ufaafu zaidi ya vitendo mara kwa mara.

rekodi ya kihistoria

matumizi ya nishati ya nyuklia katika nafasi tena tetesi katika 70-Mwanachama ya karne iliyopita. injini ya nyuklia ya kwanza katika 1970-1988 walikuwa ilizindua katika nafasi na mafanikio kutumika katika nafasi ya magari (SV) uchunguzi wa "US-A". Wao ni kutumika kwa mfumo wa thermoelectric nguvu za nyuklia mimea (NPP) "Buck" umeme nguvu ya 3 kW.

Katika 1987-1988 mbili ya vifaa "Plasma-A" na thermionic NPP "Topaz" 5 kW imekuwa ndege kupima nafasi, wakati ambao nguvu ya umeme propulsion (ERE) kutoka nyuklia chanzo cha umeme kwa mara ya kwanza kutekelezwa.

tata wa miili ya duniani nguvu za nyuklia kupima thermionic ufungaji nyuklia "Yenisei" nguvu ya 5 kW. Kulingana na teknolojia hizi maendeleo ya miradi thermionic nyuklia uwezo wa 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC "Nishati" katika miaka ya 70 ilianza kisayansi na vitendo utafiti, madhumuni ya ambayo ilikuwa kujenga nguvu za nyuklia nafasi injini ya Interorbital tug (MB) "Hercules". Kazi imesababisha msingi wa miaka mingi ya nyuklia propulsion umeme (YAERDU) na thermionic nyuklia uwezo wa wachache - mamia ya kilowatts na umeme propulsion vitengo uwezo wa mamia kwa mamia ya kilowatts.

Design vigezo MB "Hercules":

• muhimu umeme nguvu ya nguvu za nyuklia - 550 kW;
• maalum msukumo umeme propulsion - 30 km / s;
• Electric propulsion kutia - 26 H;
• rasilimali NPP na umeme propulsion - saa 16,000;
• kazi mwili umeme propulsion - xenon,
• uzito (kavu) tug - 14,5-15,7 t, ikiwa ni pamoja NEI - tani 6.9.

Contemporary

Katika karne ya XXI ni mara ya kujenga mpya injini za nyuklia kwa ajili ya nafasi. Mnamo Oktoba 2009, katika mkutano wa Tume ya mwezi Kirusi mradi wa "Uumbaji wa usafiri na Moduli nishati na megawati darasa ufungaji wa nishati ya nyuklia" imekuwa rasmi kupitishwa na Baraza la Rais kwa ufanisi na Maendeleo ya Teknolojia ya Uchumi wa Russia. ni watengenezaji kuongoza:

• Reactor kupanda - JSC "NIKIET".
• Nuclear nguvu kupanda na mzunguko gesi turbine nguvu uongofu, kulingana na motors umeme propulsion na ionic electrorocket YAERDU kwa ujumla - SSC "Utafiti Center. M. V. Keldysha ", ambayo ni wajibu kwa ajili ya shirika ya mpango wa maendeleo ya usafiri na nishati moduli (TEM) kwa ujumla pia.
• RSC "Nishati" kama mkuu TEM designer lazima kubuni mashine moja kwa moja na kijenzi hiki.

Tabia ya ufungaji mpya

Kinuklia injini kwa ajili ya nafasi ya Urusi mpango wa kuanzisha kazi ya kibiashara katika miaka michache ijayo. Makadirio tabia ya gesi turbine YAERDU yafuatayo. Reactor kutumika gesi-kilichopozwa haraka breeder Reactor, joto la maji kufanya kazi (mchanganyiko wa Yeye / Xe) kabla turbine - 1500 K, ufanisi wa kuwabadili nishati ya joto katika nishati ya umeme - 35%, bomba-aina baridi - matone. Unit uzito (mtambo huo, ulinzi mionzi, na mfumo wa kubadilika, lakini bila majokofu emitter) - 6800 kwa kilo moja.

Nafasi injini za nyuklia (nyuklia, nishati ya nyuklia, pamoja na EPS) mpango ya kutumia:

• Kama sehemu ya magari ya baadaye ya nafasi.
• Kama vyanzo vya umeme kwa ajili ya mifumo ya nishati kubwa na spacecraft.
• Ili kutatua matatizo ya kwanza mbili katika usafiri na nishati Moduli ya kuhakikisha utoaji wa spaceships nzito electrorocket na magari ya obiti kazi na zaidi ya muda mrefu ya nishati usambazaji wa vifaa.

kanuni ya uendeshaji wa injini ya nyuklia

Kulingana ama juu ya awali ya viini au juu ya matumizi ya nishati fission wa mafuta ya nyuklia na kuunda ndege kutia. Kutofautisha aina ufungaji mapigo-kulipuka na maji. Blast kupanda hutoa katika nafasi miniature mabomu atomia kwamba detonating mita chache tu, mlipuko alisukuma meli mbele. Katika mazoezi, vifaa kama si kutumika.

Kioevu propulsion injini, kwa upande mwingine, kwa muda mrefu kuwa maendeleo na kufanyiwa majaribio. Nyuma katika 60, wataalamu wa Urusi kuwa iliyoundwa workable mfano RD-0410. Mifumo hii iliandaliwa nchini Marekani. Kanuni yao ni msingi joto la maji ya nyuklia mini-Reactor, ni waongofu katika mvuke na aina ya ndege mkondo, ambayo inasukuma spacecraft. Ingawa kifaa inaitwa maji kama maji ya kufanya kazi, kawaida hidrojeni ni kutumika. Mwingine lengo la mifumo ya nyuklia nafasi - powered umeme onboard mtandao (Vifaa) meli na satelaiti.

Heavy mawasiliano ya vifaa duniani nafasi ya mawasiliano ya

Kwa sasa, kazi ni unaendelea kwenye injini ya nyuklia kwa ajili ya nafasi ambazo zitatumika katika mawasiliano nafasi vifaa nzito. RSC "Energia" umefanywa masomo na miundo ya mfumo wa kimataifa nafasi mawasiliano ni ushindani kiuchumi na simu za bei nafuu ya simu za mkononi ambayo ilitakiwa kufikia uhamisho wa "kubadilishana simu" kutoka Dunia katika nafasi.

prerequisites kwa kuziumba ni:

• karibu kamili ya kujaza ya geostationary obiti (GEO) satelaiti uendeshaji na passiv,
• uchovu wa rasilimali frequency,
• hali bora wa uumbaji na matumizi ya kibiashara ya habari geostationary satelaiti "Yamal".

Unapofungua "Yamal" jukwaa, mpya ufumbuzi wa kiufundi kuwa 95%, ambayo kuwezeshwa vifaa kama kuwa ushindani katika soko la dunia ya huduma ya nafasi.

Inadhaniwa badala ya modules na vifaa mawasiliano ya teknolojia takriban kila baada ya miaka saba. Itakuwa kuunda mfumo wa mbalimbali 3-4 satelaiti nzito katika obiti geostationary na kuongezeka kwa nguvu ya umeme zinazotumiwa na wao. Awali, spacecraft zimeundwa kwa misingi ya nguvu ya jua 30-80 kW. hatua ya pili itakuwa kutumia injini ya nyuklia 400 kW na mwaka hadi moja katika usafirishaji mode (kwa utoaji wa moduli ya msingi GSO) na 150-180 kW katika hali ya kupanuliwa ya kazi (angalau 10-15 miaka) kama chanzo nguvu.

injini ya nyuklia katika antimeteoritnoy kulinda System Dunia

Kukamilika RKK "Nishati" katika kubuni utafiti marehemu 90 unaonyesha kuwa katika uumbaji wa antimeteoritnoy mfumo Dunia ulinzi kutoka viini ya comets na asteroids nguvu za nyuklia mimea na YAERDU inaweza kutumika kwa:

1. Kujenga mfumo kwa ajili ya kufuatilia trajectories ya asteroids na comets iliyo nje ya obiti dunia. Kwa hiyo ilipendekeza kupanga spacecraft maalum vifaa na macho na rada vifaa kwa ajili ya kuchunguza vitu hatari, kuhesabu vigezo ya trajectories yao na utafiti msingi wa sifa zao. mfumo wa nyuklia nafasi ya injini pamoja na dual-mode thermionic NPI uwezo wa 150 kW anaweza kushiriki. maisha yake lazima angalau miaka 10.
2. Uchunguzi wa athari (thermonuclear mlipuko kifaa) kwa taka asteroid salama. YAERDU nguvu ya utoaji wa mtihani vifaa kwa asteroid-poligoni inategemea wingi wa payload mikononi (150-500 kW).
3. Utoaji wa kiwango yatokanayo maana (interceptor jumla wingi wa tani 15-50) kwa ajili ya inakaribia kwa hatari kitu duniani. Zinahitaji nyuklia ndege injini uwezo wa 1-10 MW kwa ajili ya utoaji wa hatari asteroid malipo nyukliajoto, uso wa ambayo mlipuko kutokana na ndege asteroid nyenzo na uwezo wa kuikataa kutoka njia ya hatari.

Utoaji wa vifaa utafiti katika nafasi ya kina

Utoaji wa vifaa kisayansi vitu nafasi (sayari ya mbali, mara kwa mara Comets, asteroids) inaweza kufanyika kwa matumizi ya hatua ya nafasi makao LRE. Matumizi injini za nyuklia kwa magari nafasi afadhali, wakati kuweka kwa kazi pato obiti vitu vya angani ya setilaiti, kuwasiliana moja kwa moja na vitu vya angani, uteuzi wa sampuli vifaa na utafiti mwingine wanaohitaji habari ongezeko utafiti tata, ushirikishwaji wa kutua na hatua kuchukua-off.

vigezo injini

Nuclear injini ya spacecraft utafiti tata kupanua "dirisha kuanza" (kutokana na kutokwa kudhibitiwa wa kasi ya kazi ya mwili), ambayo simplifies mipango na kupunguza gharama za mradi. Tafiti zilizofanywa na RSC "Energia", ilionyesha kuwa YAERDU 150 kW kwa muda wa miaka mitatu ni njia ya matumaini ya kutoa modules katika nafasi ukanda asteroid.

Wakati huo huo utoaji wa kitengo utafiti katika obiti ya sayari za mbali ya mfumo wa jua inahitaji kuongezeka kwa rasilimali, nyuklia ufungaji hadi miaka 5-7. Ni imeonekana kuwa YAERDU tata na uwezo wa juu ya 1 MW kama sehemu ya utafiti itaruhusu spacecraft kasi ya utoaji kwa miaka 5-7 obiti satellite bandia zaidi sayari ya mbali, kilichomshambulia sayari juu ya uso wa satelaiti ya asili ya sayari hii, na utoaji juu ya ardhi ya dunia na Comets, asteroids, Mercury na satelaiti ya Jupiter na Saturn.

Reusable kuinua (MB)

Njia moja muhimu ya kuboresha ufanisi wa shughuli za usafiri katika nafasi ya mambo ya reusable ya mfumo wa usafiri. Nuclear injini ya spacecraft nguvu ya angalau 500 kW inaruhusu kujenga reusable tow na hivyo kwa kiasi kikubwa kuboresha ufanisi wa mbalimbali tier nafasi usafiri. muhimu hasa kwa mfumo huo katika mpango kutoa kubwa ya kila mwaka mizigo trafiki. mfano itakuwa mpango wa utafutaji wa mwandamo na kuundwa na matengenezo ya msingi manned inazidi kuongezeka na majaribio ya kiteknolojia na viwanda complexes.

hesabu ya mauzo

Kwa mujibu wa mpango masomo RSC "Energia", ujenzi wa msingi juu ya mwezi lazima mikononi modules uzito tani 10, obiti ya Moon -. 30 m Jumla mizigo kutoka Dunia katika ujenzi wa manned mwandamo msingi na alitembelea mwandamo orbital kituo inakadiriwa kuwa tani 700-800 na kila mwaka mizigo trafiki kwa ajili ya uendeshaji na maendeleo ya msingi - 400-500 m.

Hata hivyo, kanuni ya injini ya nyuklia hairuhusu freighter kugawa haraka. Kutokana na muda mrefu ya usafiri na kwa hiyo, muda mwingi kutafuta payload mikanda mionzi si wote mizigo inaweza kutolewa kwa kutumia tugboats na injini ya nyuklia. Kwa hiyo, mizigo ambayo inaweza kuwa zilizotolewa kulingana na YAERDU inakadiriwa tani 100-300 tu / kwa mwaka.

ufanisi wa kiuchumi

Kama kigezo cha ufanisi wa kiuchumi baina ya obiti mfumo wa usafiri ni vyema kutumia thamani ya kitengo gharama za usafiri kwa kitengo wingi wa payload (GHG) kutoka uso wa dunia katika lengo obiti. RSC "Energia" kiuchumi na hisabati mfano, ambayo inachukua katika akaunti ya sehemu kuu ya gharama katika mfumo wa usafiri imekuwa maendeleo:

• uumbaji na kuondoa vipande obiti tug;
• ajili ya ununuzi wa uendeshaji kituo nyuklia;
• gharama za uendeshaji, na pia kwa ajili ya R & D na uwezekano gharama ya matumizi ya mji mkuu.

vigezo Gharama hutegemea vigezo mojawapo ya MB. Na matumizi ya mtindo huu umechunguzwa kulinganisha gharama ufanisi wa matumizi ya reusable tug misingi YAERDU uwezo kutokana na 1 MW na tug moja kwa misingi ya juu ya kioevu injini ya roketi katika mpango wa kuhakikisha utoaji kutoka duniani na Moon ya obiti urefu wa 100 km jumla payload uzito wa tani 100 / mwaka. Wakati wa kutumia nyongeza hiyo uwezo wa kubeba sawa wajibu "Proton-M" na dvuhpuskovoy ujenzi mzunguko wa mfumo wa usafiri maalum gharama za usafirishaji kwa kitengo wingi wa payload kutumia tug kwa misingi ya injini ya nyuklia itakuwa mara tatu ya chini kuliko wakati wa kutumia ziada kulingana na tugboats na injini maji roketi ya aina MM-3.

hitimisho

Ufanisi propulsion nyuklia kwa ajili ya nafasi inachangia ufumbuzi wa matatizo ya mazingira ya dunia, ndege ya mtu kwa Mars, kujenga mfumo wa maambukizi wireless ya nishati katika nafasi, utekelezaji wa usalama kuimarishwa mazishi katika nafasi hatari sana taka mionzi ya ardhi ya nishati nyuklia, kuundwa kwa manned mwandamo msingi na maendeleo ya kibiashara ya Mwezi, ili kuhakikisha kulinda Dunia kutoka hatari asteroid na Comet.