Les moteurs nucléaires pour vaisseaux spatiaux

La Russie a été et est toujours le leader dans le domaine de l'énergie nucléaire espace. L'expérience dans la conception, la construction, la mise en service et exploitation des engins spatiaux équipés de sources d'énergie nucléaires sont des organisations telles que la SRC « énergie » et « Roskosmos ». moteur nucléaire permet de faire fonctionner l'appareil pendant de nombreuses années, ce qui les rend plus pratique à plusieurs reprises la pertinence.

archives historiques

L'utilisation de l' énergie nucléaire dans l' espace n'est plus une fiction dans les années 70-s du siècle dernier. Les premiers moteurs nucléaires en 1970-1988 ont été lancés dans l'espace et utilisés avec succès dans les véhicules spatiaux observations (SV) de « US-A ». Ils sont appliqués au système thermoélectrique d'une centrale nucléaire (APM) « Buck » de puissance électrique de 3 kW.

En 1987-1988 deux dispositifs « Plasma-A » avec thermionic centrale nucléaire « Topaz » 5 kW a été l'espace d'essais en vol, au cours de laquelle la puissance de propulsion électrique (ERE) de la source d'énergie nucléaire a été mis en œuvre.

Un complexe d'essais de l'énergie nucléaire terrestre thermionic installation nucléaire puissance « Ienisseï » de 5 kW. Sur la base de ces technologies mis au point des projets capacité nucléaire thermionic de 25-100 kW.

MB "Hercules"

RSC « énergie » dans les années 70 a commencé les recherches scientifiques et pratiques, dont le but était de créer un moteur spatial nucléaire puissant pour remorqueur interorbitaire (MB) « Hercules ». Ces travaux ont mené à la fondation depuis de nombreuses années de la propulsion électrique nucléaire (YAERDU) avec une capacité d'énergie nucléaire thermionic de quelques centaines de kilowatts – et propulsion électrique capacité unitaire de dizaines à des centaines de kilowatts.

Paramètres de conception MB "Hercules":

• puissance électrique utile de l'énergie nucléaire – 550 kW;
• propulsion électrique spécifique impulsion – 30 km / s;
• poussée de propulsion électrique – 26 H;
• des ressources centrales nucléaires et la propulsion électrique – 16.000 heures;
• de travail des organes de propulsion électrique – xénon;
• poids (sec) remorqueur – 14,5-15,7 t, y compris IEN – 6,9 tonnes.

contemporain

Au XXI siècle, il est temps de créer un nouveau moteur nucléaire pour l'espace. En Octobre 2009, lors d'une réunion du nouveau projet russe « Création du transport et de module d'énergie avec une installation de classe mégawatt d'une puissance nucléaire » a été officiellement approuvé par le Conseil présidentiel pour la modernisation et le développement technologique de l'économie russe de la Commission. sont des développeurs principaux:

• usine de réacteur – JSC "NIKIET".
• Centrale nucléaire avec un circuit de conversion de puissance de la turbine à gaz, sur la base des moteurs de propulsion électrique et YAERDU de electrorocket ionique en général – SSC « Centre de recherche. M. V. Keldysha », qui est également responsable de l'organisation du programme de développement des transports et du module d'énergie (MET) dans son ensemble.
• RSC « énergie » en tant que concepteur général TEM doit développer une machine automatique avec ce module.

Caractéristiques de la nouvelle installation

Nouveau moteur nucléaire pour l'espace Russie prévoit de commencer l'exploitation commerciale au cours des prochaines années. caractéristiques prévues de la turbine à gaz YAERDU suivante. Le réacteur utilisé réacteur surrégénérateur rapide refroidi par gaz, la température du fluide de travail (un mélange de He / Xe) avant la turbine – 1500 K, l'efficacité de conversion d'énergie thermique en énergie électrique – 35%, le refroidisseur du type radiateur – goutte à goutte. Poids de l'unité (réacteur, protection contre les rayonnements, et un système de conversion, mais sans émetteur de réfrigération) – 6800 kg.

Espace moteurs nucléaires (énergie nucléaire, l'énergie nucléaire, ainsi que des EPS) plan d'utilisation:

• Dans le cadre des véhicules spatiaux futurs.
• Comme sources d'électricité pour les systèmes à forte intensité énergétique et d'engins spatiaux.
• Pour résoudre les deux premiers problèmes dans le module de transport et de l'énergie pour assurer la livraison des vaisseaux spatiaux lourds electrorocket et des véhicules sur l'orbite de travail et plus l'approvisionnement en énergie à long terme de l'équipement.

Le principe de fonctionnement d'un moteur nucléaire

Sur la base soit sur la synthèse de noyaux ou sur l'utilisation de la fission de l' énergie du combustible nucléaire pour former une poussée de jet. Distinguer types d'impulsions explosifs installation et fluides. usine Blast émet des bombes atomiques miniatures spatiales qui détoner à quelques mètres, l'explosion a poussé le navire vers l'avant. Dans la pratique, ces appareils ne sont pas utilisés.

Les moteurs de propulsion liquide, d'autre part, a été développé et testé longtemps. Retour dans les années 60, les spécialistes soviétiques ont conçu une RD-0410 modèle viable. Ces systèmes ont été développés aux États-Unis. Leur principe repose sur le chauffage d'un liquide nucléaire mini-réacteur, il est transformé en vapeur et forme un jet, qui pousse l'engin spatial. Bien que le dispositif est appelé un liquide comme fluide de travail, typiquement de l'hydrogène est utilisé. Un autre objectif des systèmes nucléaires spatiaux – réseau électrique alimenté à bord (équipement) des navires et des satellites.

dispositifs de télécommunication lourds communication spatiale mondiale

À l'heure actuelle, le travail est en cours sur les moteurs nucléaires pour l'espace qui seront utilisés dans les communications spatiales de l'appareil lourd. RSC « Energia » ont été réalisées des études et des conceptions du système mondial de communication spatiale est économiquement compétitive avec pas cher téléphone cellulaire qui était censé réaliser le transfert d ' « échange téléphonique » de la Terre dans l'espace.

Les conditions préalables à leur création sont:

• remplissage presque complet des satellites orbite géostationnaire (GEO) à conduire et passive;
• l'épuisement des ressources en fréquence;
• expérience positive de la création et de l'exploitation commerciale de l'information des satellites géostationnaires « Yamal ».

Lorsque vous créez une plate-forme « Yamal », de nouvelles solutions techniques ont été de 95%, ce qui a permis de tels dispositifs pour devenir compétitifs sur le marché mondial des services spatiaux.

On suppose le remplacement des modules avec des équipements de communication technologique environ tous les sept ans. Il créerait un système de satellites lourds multi-3-4 en orbite géostationnaire avec une augmentation de la puissance électrique consommée par eux. Dans un premier temps, l'engin spatial a été conçu sur la base de l'énergie solaire 30-80 kW. L'étape suivante va utiliser des moteurs nucléaires 400 kW avec un an au maximum dans le mode de transport (pour la livraison du module de base GSO) et 150 à 180 kW dans un mode de fonctionnement prolongée (au moins 10-15 ans) en tant que source d'alimentation.

Les moteurs nucléaires en antimeteoritnoy protègent le système de la Terre

REMPLI RKK « énergie » dans la recherche sur la conception de la fin des années 90 a montré que dans la création de antimeteoritnoy système de défense de la Terre à partir des noyaux des comètes et des astéroïdes la centrale nucléaire et YAERDU peuvent être utilisés pour:

1. Création d'un système de suivi des trajectoires des astéroïdes et des comètes qui traversent l'orbite de la Terre. Pour ce projet d'organiser engin spatial spécial équipé d'équipements optiques et radar pour détecter des objets dangereux, le calcul des paramètres de leurs trajectoires et étude primaire de leurs caractéristiques. Le moteur spatial nucléaire du système avec une capacité thermionic NPI bimode de 150 kW peut être impliqué. Sa vie doit être d'au moins 10 ans.
2. Tests d'impact (dispositif d'explosion thermonucléaire) à l'astéroïde sécurité des sites d'enfouissement. YAERDU livraison de puissance de l'appareil de test à un polygone en forme d'étoile dépend de la masse de la charge utile fournie (150-500 kW).
3. signifie la livraison d'exposition standard (intercepteur masse totale de 15-50 tonnes) pour l'approche au monde des objets dangereux. Exiger nucléaire réacteur capacité de 1 à 10 MW pour la livraison à une charge thermonucléaire astéroïde dangereux, la surface de laquelle une explosion due à un matériau en forme d'étoile à jet en mesure de le rejeter à partir du trajet dangereux.

La livraison des équipements de recherche dans l'espace lointain

La livraison des équipements scientifiques aux objets spatiaux (planètes lointaines, les comètes périodiques, astéroïdes) peut être réalisée avec l'utilisation d'étapes de LRE spatiales. Utilisez les moteurs nucléaires pour véhicules spatiaux est opportun, une fois mis à la sortie de la tâche en orbite d'un corps céleste du satellite, un contact direct avec un corps céleste, la sélection des échantillons de matériaux et d'autres recherches nécessitant des complexes de recherche en augmentation de la masse, l'inclusion de l'atterrissage et les étapes de décollage.

moteurs paramètres

moteur nucléaire complexe de recherche de l'engin spatial étendra le « début de la fenêtre » (en raison d'une décharge contrôlée de la vitesse de travail du corps), ce qui simplifie la planification et réduit le coût du projet. Des études menées par RSC « Energia », a montré que YAERDU 150 kW avec jusqu'à trois ans est un moyen prometteur de fournir des modules dans l' espace ceinture d'astéroïdes.

En même temps, la livraison d'une unité de recherche sur l'orbite des planètes lointaines du système solaire nécessite une augmentation des ressources, une installation nucléaire jusqu'à 5-7 ans. Il est prouvé que complexe YAERDU d'une capacité d'environ 1 MW dans le cadre de la recherche permettra à l'engin spatial a accéléré la livraison de 5-7 ans en orbite d'une planète satellite artificiel le plus éloigné, rovers planétaires sur la surface des satellites naturels de ces planètes, et la livraison sur le sol de la Terre avec les comètes, les astéroïdes, Mercure et les satellites de Jupiter et Saturne.

ascenseur réutilisable (MB)

L'un des moyens les plus importants pour améliorer l'efficacité des opérations de transport dans l'espace est des éléments réutilisables du système de transport. moteur nucléaire pour la puissance de l'engin spatial d'au moins 500 kW vous permet de créer le remorquage réutilisable et ainsi améliorer considérablement l'efficacité du système de transport spatial à plusieurs niveaux. Particulièrement utile pour un tel système dans le programme fournissent un grand trafic de fret annuel. Un exemple serait un programme d'exploration lunaire avec la création et le maintien d'une base habitée est en constante augmentation et des complexes technologiques et industriels expérimentaux.

calcul du chiffre d'affaires

Selon les études de conception RSC « Energia », la construction de la base sur la Lune devrait être modules livrés pesant environ 10 tonnes, l'orbite de la Lune -. 30 m cargaison totale de la Terre dans la construction d'une base lunaire habitée et a visité la station orbitale lunaire est estimé à 700-800 tonnes et un trafic de fret annuel pour l'exploitation et le développement de la base – 400-500 m.

Cependant, le principe du moteur nucléaire ne permet pas de se disperser rapidement cargo. En raison de la longue période de transport et, par conséquent, beaucoup de temps à trouver les ceintures de radiation de charge utile non toutes les marchandises peut être administré avec avec le moteur nucléaire remorqueurs. Par conséquent, la cargaison qui peuvent être fournies sur la base YAERDU estimé que 100-300 tonnes / an.

l'efficacité économique

En tant que critère de système de l'efficacité économique de transport inter-orbite, il est conseillé d'utiliser la valeur du coût unitaire du transport par unité de masse des émissions de charge utile (GES) à partir de la surface de la terre dans l'orbite visée. RSC « Energia » modèle économique et mathématique qui tient compte des principales composantes du coût du système de transport a été mis au point:

• la création et la suppression des unités de remorquage de l'orbite;
• pour l'achat de l'exploitation d'une installation nucléaire;
• les coûts d'exploitation, ainsi que pour la R & D et les coûts éventuels de dépenses en immobilisations.

Les paramètres de coût dépendent des paramètres optimaux de MB. L' utilisation de ce modèle a été étudié l' efficacité économique comparative du pouvoir de YAERDU à base de remorqueur réutilisable d'environ 1 mW et un remorqueur à usage unique sur la base de liquide avancé moteur de fusée dans le programme pour assurer la livraison à l'altitude de l' orbite terrestre Lune de la charge utile de 100 km masse totale de 100 tonnes / an. Lorsque vous utilisez la même construction booster la capacité de charge droit égal « Proton-M » et dvuhpuskovoy circuit du système de transport frais d'expédition spécifiques par unité de masse de la charge utile en utilisant remorqueur sur la base du moteur nucléaire sera trois fois plus faible que lors de l'utilisation du jetable sur la base de remorqueurs équipés d'un moteur à propergol liquide du type MM-3.

conclusion

propulsion nucléaire efficace pour l'espace contribue à la solution des problèmes environnementaux de la terre, le vol de l'homme sur Mars, la création d'un système de transmission sans fil d'énergie dans l'espace, la mise en œuvre d'enfouissement à sécurité renforcée dans l'espace sol des déchets radioactifs extrêmement dangereux de l'énergie nucléaire, la création d'une base lunaire habitée et le développement commercial de la Lune, afin d'assurer protéger la Terre contre les risques d'astéroïdes et comètes.