Очень хороший обзор по истории и перспективам использования ядерных энергетических установок в космосе - Часть 2

Реализация проекта «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерных энергодвигательных установок мегаваттного класса» потребует, как и в советские времена, кооперации многих организаций. За «Росатомом» закреплено направление, касающееся разработки реакторной установки для транспортно-энергетического модуля. Головным разработчиком модуля является ФГУП «Исследовательский центр им. М.В. Келдыша»,  генеральным конструктором — РКК «Энергия».  Соисполнители – ОАО «НИКИЭТ». ФГУП «НИИ НПО «Луч», ФГУП «ГНЦ РФ ФЭИ», РНЦ «Курчатовский институт» и другие. Проект реализуется в рамках президентской программы по модернизации и технологическому развитию экономики Рф. Уже утверждено техническое задание на разработку реакторной установки ЯДЭУ и транспортно-энергетического модуля. Выбран тип реактора – высокотемпературный, газоохлаждаемый, на быстрых нейтронах, мощностью 3-3,5 МегаВт (тепловых). Реализация проекта обеспечит снижение стоимости выведения полезного груза на окололунную орбиту в два раза по сравнению с жидкостными ракетными двигателями.

Советские ядерные двигатели малой мощности


Идея применения ядерных двигателей на космических аппаратах не нова. Решение о разработке ядерных ракетных двигателей в С.С.С.Р в 1960-е гг. принимали еще академики Келдыш, Курчатов и Королев.

Данные разработки велись не только в Рф, но и в USA, с прицелом на создание нового вооружения. На орбитах работало немало спутников радиолокационной разведки, оснащенных подобными двигателями малой мощности, которые, в частности, следили за подводными лодками с ядерными энергоустановками на борту. Позже были достигнуты договоренности о запрете полетов спутников с такими двигателями, но для международной экспедиции к Луне и Марсу в исследовательских целях соглашения, по мнению инициаторов проекта, могут быть пересмотрены.
С.С.С.Р накопил большой опыт в этой области и в течение трех десятилетий запустил на космическую орбиту более трех десятков спутников-разведчиков.
«У идеи космического полета с силовой ядерной установкой отличные перспективы, и если Россия сможет совершить прорыв в этой области, то она станет в будущем главным участником любых международных программ по исследованию глубокого космоса», считает эксперт в области космонавтики А.Ионин. Прорыв в области ядерных силовых установок смог бы вернуть Рф в первые ряды стран, занимающихся космическими исследованиями. Это также сделало бы Рф незаменимым партнером в будущих международных космических программах. На фоне продвижения USA в области реализации программы следующего поколения космических челноков, а также запуска ракеты Ares 1-X, Россия могла бы воспользоваться плодами победы в этой области.

Американские проекты ракет на ядерном приводе

В 1958 г. американская коорпорация «General Atomics», занимавшаяся коммерческими ядерными реакторами, начала работу над проектом «Orion», нацеленным на создание ракеты на ядерном приводе для межзвездных путешествий.  В ноябре 1959 г. ученые испытали опытный образец двигателя на стометровой высоте. Несмотря на обнадеживающие результаты, NASA отказазалось от их использования. Работа над проектом «Орион» продолжалась до 1963 г., до момента подписания договора о запрещении ядерных испытаний в атмосфере.

По проекту NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application, начало в 1956 г.) предполагалось построить два пилотируемых корабля с ЯРД, которые в начале 1980-х гг. доставили бы 12 американских астронавтов на Марс и возвратили их назад на Землю. В ходе реализации проекта были опробованы модели экспериментальных ядерных реакторов Kivi, Phoebus, PEWEE и NF-1. В 1968 г. состоялись стендовые испытания прототипа ракетного мотора XE Prime мощностью 1100 МегаВт. Однако в 1972 г. программу закрыли, сочтя ее чересчур дорогой и практически ненужной.

В последней четверти XX века NASA больше не занималось разработкой ЯРД. К идее ЯРД NASA вернулось в 2003 г. Новый проект назвали «Prometheus». На первой стадии его реализации должны быть получены экспертные оценки возможности создания компактного реактора для питания электроракетных двигателей нового поколения.
Российские ядерно-энергетические установки

Россия в этом направлении продвинулась намного дальше остальных стран. Детально разработана конструкция российских межпланетных кораблей. Ядерный ракетный двигатель в С.С.С.Р был реально построен и испытан, а число спутников серии «Космос» с ядерными энергетическими установками перевалило за три десятка.

Работы по созданию КАЭС для мощных радиотехнических спутников — космических радиолокационных станций и телетрансляторов — продолжались до начала перестройки. С 1970 по 1988 г. в космос было запущено около 30 радиолокационных спутников с ядерно-энергетическими установками „Бук“ с полупроводниковыми реакторами-преобразователями и два — с термоэмиссионными установками „Топаз“. „Бук“ — это  быстрый реактор мощностью до 100 кВт. Полная загрузка высокообогащённого урана составляла около 30 кг. Тепло из активной зоны передавалось жидким металлом — эвтектическим сплавом натрия с калием полупроводниковым батареям. Электрическая мощность достигала 5 кВт. Временной ресурс — 1–3 месяца.

Установку „Бук“ под научным руководством ФЭИ разрабатывали специалисты ОКБ-670, а затем — НПО „Красная звезда“. Ракету-носитель для вывода спутника на орбиту разрабатывал КБ „Южмаш“.

В термоэмиссионной ядерно-энерго установке „Топаз“ использовался тепловой реактор мощностью до 150 кВт. Полная загрузка урана составляла около 12 кг. Основой реактора были тепловыделяющие элементы —цепочки термоэлементов: катод — „напёрсток“ из вольфрама или молибдена, заполненный окисью урана, анод — тонкостенная трубка из ниобия, охлаждаемая жидким натрий-калием. Электрическая мощность установки доходила до 10 кВт.

1-Ый лётный образец — спутник „Космос-1818“ с установкой „Топаз“ вышел на орбиту 2 февраля 1987 г. и безотказно проработал полгода. 2-Ой спутник — „Космос-1876“ был запущен через г.. Он отработал на орбите в два раза дольше.
«Буки» и «Топазы» использовались при создании всепогодной системы наблюдения за надводными целями на всей акватории мирового океана и выдачи целеуказания с передачей на носители оружия или командные пункты — система морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ) «Легенда» (1978 г.). МКРЦ “Легенда” включала два типа космических аппаратов: спутник с бортовой радиолокационной станцией и ядерной энерго установкой «УС-А», а также спутник с космической станцией радиотехнической разведки «УС-П», оснащенный солнечной энерго установкой.
ЯЭУ «Бук» использовалась для питания бортовой радиолокационного комплекса, обеспечивавший обнаружение и сопровождение морских целей в любую погоду и время суток, входящего в состав КА «УС-А». Последний пуск космического аппарата типа «УС-А» состоялся в 1988 г. Из-за запрета использования КА с ЯЭУ на низких орбитах производство КА типа «УС-А» было прекращено.

В конце 1980-х гг. ПО «Арсенал» разработало и провело летно-конструкторские испытания экспериментального КА «Плазма-А» с новой ядерной энергоустановкой «Топаз». Высокий К.П.Д. и другие уникальные свойства этой ЯЭУ позволяют удовлетворить самые высокие требования к будущим космическим системам. Достигну­тый в орбитальных космических полетах годовой ресурс бортовых ЯЭУ стал мировым рекордом, долгое время принадлежавшим нашей стране.
Сообщение о разра­ботке советской ядерной энерго ус­тановки «Топаз» (рис. 1) на симпози­уме по космической энергетике в USA и Международной конференции по атомной энергии в Женеве в 1971 г. стало для американских специалистов полной неожиданностью. Создание подобной энерго установки открыло важную страницу в использовании атомной энергии для длительных межпланетных полетов.
Рис.    1.    Энергетический   модуль бортовой ЯЭУ:1 — реактор с блоками гидридциркониевого замедлителя
2, 6блок радиационной за­щиты
3, 9, 12 — силовая рама несущей кон­струкции
4 – распределительный механизм исполнительных  органов  СУЗ5 – газовая емкость (бак для гелия)7, 8 — приводы орга­нов автоматического управления реактором и
регулирующих стержней системы ядерной безопасности
10 — компенсационный   бак
11 — электромагнитный   насос   жидкометаллического контура системы охлаждения

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2019 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.