Очень хороший обзор по истории и перспективам использования ядерных энергетических установок в космосе

В 2010 г. «ГНЦ РФ – ФЭИ» отметил 40-летие начала наземных энергетических испытаний реактора-преобразователя «ТОПАЗ» и запуска в космос ЯЭУ «БУК», ознаменовавших начало эры космической атомной энергетики. На ФЭИ была возложена роль научного руководителя при создании и испытаниях ЯЭУ «ТОПАЗ». Спустя сорок лет идея атомного ракетного двигателя обретает второе дыхание.

История.

Первым ядерным реактором, применённым на космическом аппарате, был американский SNAP-10A (System of Nuclear Auxiliary Power) на борту аппарата Snapshot массой 440 кг, запущенный 3 апреля 1965 г. ракетой-носителем Атлас. Реактор был разработан компанией Boeing по заказу ВВС и Комиссии по атомной энергии USA. Реактор на тепловых нейтронах использовалуран-235 в качестве топлива, гидрид циркония как замедлитель и натрий-калиевый расплав в качестве теплоносителя. Тепловая мощность реактора составляла около 40 кВт. Электрическая мощность, обеспечиваемая термоэлектрическим преобразователем составляла от 500 до 650 Вт. Реактор проработал 43 дня.
Советский термоэлектрический реактор-преобразователь «Ромашка» был впервые запущен в Институте атомной энергии («Курчатовский институт») 14 августа 1964 г. Реактор на быстрых нейтронах имел тепловую мощность 40 кВт и использовал в качестве топлива карбид урана. Термоэлектрический преобразователь на кремний-германиевых полупроводниковых элементах выдавал мощность до 800 Вт. Сергей Павлович Королёв намеревался использовать «Ромашку» на космических аппаратах в сочетании с импульсными плазменными двигателями. Испытания «Ромашки» закончились в середине 1966 г. уже после смерти Королёва, но реактор так и не был использован в космосе.
Следующая ядерная энергетическая установка БЭС-5 «Бук» была использована на спутнике радиолокационной разведки «УС-А». 1-Ый аппарат этой серии был запущен 3 октября 1970 г. с Байконура («Космос-367»). Сам «Бук» разрабатывавался с 1960 г. в НПО «Красная Звезда». В состав установки входил реактор на быстрых нейтронах БР-5А с тепловой мощностью 100 кВт. В качестве топлива использовался уран, в качестве теплоносителя — калий-натриевый расплав. От установки с выходной электрической мощностью 3 кВт питался бортовой радиолокатор бокового обзора. Всего с 1970 по 1988 г. было запущено 32 КА с этой установкой.
Следующей советской космической ядерной энерго установкой стала ТЭУ-5 «Тополь» («Топаз-1»), впервые выведенная на орбиту 2 февраля 1987 г. в составе экспериментального КА «Плазма-А» («Космос-1818»). Работа над «Топазом» велась с 1960-х гг. Наземные испытания были начаты в 1970 г. Топливом в реакторе служил диоксид урана с 90% обогащением, теплоносителем калий-натриевый расплав. Реактор имел тепловую мощность 150 кВт, причём количество 235U в реакторе было снижено до 11,5 кг по сравнению с 30 кг в БЭС-5 «Бук».
В «Топазе» использовался термоэмиссионный преобразователь тепловой энергии в электрическую. Выходная электрическая мощность преобразователя составляла от 5 до 6,6 кВт. При расчётном ресурсе в один г., уже на втором КА «Плазма-А» («Космос-1867») «Топаз» проработал более 11 месяцев.
Реактор-преобразователь «Енисей» предназначался для работы в составе спутника телевизионного вещания «Экран-АМ», но этот проект был закрыт. Изделие представляло собой реактор, в активной зоне которого находились не традиционные тепловыделяющие элементы, а интегральные электрогенерирующие каналы. Они представляли собой «таблетки» диоксида урана, обогащённого до 96%, катод, анод, цезиевый канал и всю остальную «обвязку». Тепловая мощность «Енисея» была порядка 115-135 кВт, электрическая мощность 4,5-5,5 кВт. Теплоносителем являлся натрий-калиевый расплав.
В 1992 г. USA приобрели в Рф две ЯЭУ «Енисей» («Топаз-2»). Один из реакторов предполагалось использовать в 1995 г. в «Космическом эксперименте с ядерно-электрической ДУ» (Nuclear Electric Propulsion Spaceflight Test Program). Однако в 1993 г. из-за сокращения бюджета было решено ограничиться только наземными испытаниями, а в 1996 г. проект был закрыт.

Возрождение космической атомной энергетики


Сегодня, в условиях модернизации и перехода на инновационный путь развития, космическая атомная энергетика снова становится актуальной. «Роскосмос» совместно с «Росатомом» предлагают разработать проект космического корабля, оснащенного ядерным ракетным двигателем мощностью более мегаватта для полетов к Луне и Марсу.

На Международном астронавтическом конгрессе-2010 глава ФКА «Роскосмос» А.Н.Перминов заявил о том, что «попытки улучшить характеристики существующих двигательных систем бесперспективны…Сколько бы специалисты всего мира по ракетным двигателям не трудились, возможный максимальный эффект будет исчисляться долями %. Из существующих ракетных двигателей, будь это жидкостные или твердотопливные, «выжато» все, и попытки увеличения тяги, удельного импульса просто бесперспективны». Значительное увеличение этих параметров способны обеспечить только ядерные энергодвигательные установки (ЯЭДУ).

«ЯЭДУ дают увеличение в разы. На примере полета к Марсу — сейчас надо лететь 1,5-2 г. туда и обратно, а можно будет слетать за 2-4 месяца. Альтернатива таким двигательным установкам может появиться только в будущем. На сегодняшний день в науке таких альтернатив нет».

На создание и испытания транспортной космической системы с ядерным двигателем, по мнению Перминова, потребуется 17 миллиард рублей и девять лет работы. На эскизный и технический проекты ЯЭДУ с изготовлением и испытанием агрегатов и систем необходимо 3 миллиард рублей, еще 250 млн — на эскизный проект транспортно-энергетического модуля (ТЭМ). 4,5 миллиард рублей требуются на наземную отработку ЯЭДУ. Наиболее затратным этапом (9 млрд) является создание ТЭМ на основе ЯЭДУ. Сюда входят наземные и летные испытания транспортно-энергетического модуля.
Генеральный конструктор, президент ракетно-космической корпорации «Энергия» Виталий Лопота на заседании Межведомственной рабочей группы по инновационному законодательству при администрации  Президента РФ сообщил о том, что летный вариант космической платформы с ядерной энерго  установкой Россия может иметь к 2015-2018 гг.
В.Лопота представил также концепцию универсального космического аппарата военного назначения, подготовленную российскими ракетными инженерами. Это будет аппарат с ядерной энерго установкой мощностью 150-500 МегаВт. Он позволит наблюдать за территориями и воздушным пространством, обеспечивать информационное превосходство, в том числе, и в ходе вооруженных конфликтов, а также преимущество в указании целей и управлении. «Он также будет способен решать и задачи поражения». По расчетам специалистов, масса такого КА составит порядка 20 тонн, ресурс — 10-15 лет.
В 2011 г. планируется начать работу по созданию стандартизированных модулей атомных силовых установок для космических аппаратов. Первые запуски реакторов мощностью от 150 до 500 кВт надеяться осуществить в 2020 г.
Разработка ядерных энергосистем мегаваттного класса для пилотируемых космических кораблей имеет решающее значение для сохранения конкурентоспособности Рф в космической отрасли, в том числе, в исследованиях Луны и Марса. Корпорация «Энергия» работает также над концепцией атомного космического буксира, который позволит более чем в два раза сократить количество расходов на выведение грузов на орбиту.
Российские специалисты утверждают, что они готовы завершить строительство первого такого космического корабля уже в 2012 г. Таким образом, можно утверждать, что стратегический потенциал в области космической атомной энергетики в Рф сохранился.

На встрече с ведущими российскими учеными в области космонавтики в октябре 2009 г.  президент РФ Д. Д.Медведев дал зеленый свет строительству космического корабля с ядерной силовой установкой и пообещал для финансирования этих работ найти 600 млн долл. В своем распоряжении от 29.12.2009 г. Правительство РФ планировало выделить в 2010 г. 500 млн рублей на проект создания космического корабля с ядерным двигателем. Из этой суммы на «создание транспортно-энергетического модуля на основе ЯДЭУ мегаваттного класса» «»  должен получить 430 млн рублей, «Роскосмос» — 70 млн рублей.
Анатолий Коротеев, директор Центра им. Келдыша, которому поручена разработка ЯДЭУ для длительных космических полетов, сообщил, что в случае утверждения и финансирования, проект может быть реализован к 2018 г.: 2012 г. отводится на разработку технического проекта и компьютерное моделирование всей системы, в 2015 г. может быть произведена отработка ядерной двигательной установки, а в 2018 г. можно будет приступить к созданию модуля.

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.