Поле для мирного трактора, реактор летить через небо

На відміну від ядерних бомбардувальників, які існували тільки в проектах, і ядерних двигунах, які досягали стадії наземних випробувань, ядерні реактори були використані в космосі для енергії і летять досить масивно, більше трьох десятків летять в космос.

Як завжди, ми починаємо з теорії. Це буде чудово, якщо ядерна ланцюгова реакція виробляється електрика, яка може бути використана відразу. Але алас, результатом ядерного розпаду є те, що якось має бути перетворена в електрику. Для цього нагрів від реактора надходить на теплові машини (термоелектричні перетворювачі, перетворювачі теплової емісії, турбіни, двигуни стерлінгів і т.д.), які генерують електрику, а потім викидають в простір від радіаторів-холодильників. А реактор бере характерну форму з бадмінтону:

Р

У просторі кожна грама золотих зважень, тому дизайн теплових машин і радіаторів стає настільки важливим як конструкція реактора. І неминучі втрати при перетворенні тепла в електричну силу нам говорити про два параметри - теплову і електричну потужність. І електрична потужність кілька разів менше теплової. У наземних реакторах, які не мають обмежень на масі і розмірах, електрична потужність становить 3-4 рази менше теплових, в космічних реакторах ситуація ще значно гірше.

Для забезпечення параметрів космічних ядерних реакторів не загиблими, порівнювати їх з параметрами сонячних батарей. На сайті ВАТ Saturn є параметри сонячних батарей:

• Силіконові панелі: 140 Вт / кг при старті і 80 Вт / кг на 15 років.
• Панелі галію адреналіну: 196 Вт / кг при старті і 157 Вт / кг на 15 років.

Для того, щоб отримати 1 мегават потужності, нам потрібно 7142 кг силіконових панелей, або 5102 кг аллієвих арсенідних панелей. Але це нижня оцінка, оскільки не враховують масу ферм, будівель та інших речей. Для оцінки параметрів сонячних панелей ІСД потрібно оцінити "топ" ІСС сонячно-потужних конструкцій мають масу 15,824 кг. Кожен дизайн несе два сонячні крила, що виробляють 31 кВт на старті і 26 на 15 років. Відповідно, один дизайн дасть нам 60 кВт для маси 15 тонн, і нам буде потрібно 250 тонн, щоб виробляти мегават енергії. Звичайно, якщо ви створюєте конкретний інженерний дизайн, ви можете трохи зменшити цю суму, наприклад, збільшити довжину панелей, але в реальності, сонячна установка, яка дає нам 1 мегават енергії, буде ближче до 250 тонн, ніж 5.

ІсторіяСАП
У Сполучених Штатах, робота над реакторами космічної потужності була спочатку проведена за програмою СНАП (Системи ядерної допоміжної потужності). У 1959 році був запущений експериментальний реактор SER, який мав теплову потужність близько 50 кВт. реактор був чисто експериментальним, тепло виділяється просто в повітрі. Після двох років роботи реактор подав дорогу на наступні моделі.
Друга реактора СНАП-2, яка діяла з 1961 по 1962 рік. З тепловою потужністю 55 кВт, конструкція допускається для підключення теплової машини 3,5 кВт.
Наступним етапом було два реактори СНАП-8 потужністю 600 кВт та 1 МВт. реактор мегавата мав активну зону 24х84 см, що містять 8.2 кілограми ядерного палива, що використовується ртуті як охолоджуюча речовина і може виробляти енергію як паровий двигун (на циклі рангіна).
3 квітня 1965 р. на орбіті було запущено реактор СНАП-10А.



реактор мав наступні характеристики:

• Розміри активної зони: 39.6х22.4 см
• Вага без радіаційного захисту: 290 кг.
• Тепловіддача: 30 кВт.
• Максимальна потужність електроенергії досягла: 590 Вт.
• Тип теплової машини: Термоелектричний перетворювач.

Реактор на експериментальному супутнику повинен мати потужність електродвигуна струменя. На жаль, на 43-й день польоту, спроба повернути на двигун, привели до виходу з ладу регулятора напруги і аварійного відключення реактора. Супутник все ще летить в полярній орбіті і знизиться на Землю близько 4000 років. Ви можете подивитися відео проекту (англійською мовою).
Проект СНАП працював з радіоізотопними генераторами, але американськими ядерними реакторами більше не втирають в космос.

СП-100
У 1983 році стартувала науково-дослідна програма СП-100, яка спрямована на розвиток реактора з тепловою емісією або термоелектричними перетворювачами та теплопередачі з використанням теплових труб:



У зв’язку з відсутністю інформації було закрито програму.

Сейф
На початку нулю був проект, який називається безпечним доступним двигуном Fission (SAFE). реактор SAFE-400 повинен мати теплову потужність 400 кВт, електричну 100 кВт і використовувати газову турбіну для отримання електроенергії. Ось фото реактора SAFE-30 від 2001 року.

499 р.

Джерела вказують на 2007 рік як кінцева дата проекту, що передбачає його заморожування або припинення.

Проект «Втратити аламос»
У 2012 році з'явився дуже милий відео про простий проект реактора живлення від лабораторії Los Alamos:

Запропонований реактор дуже простий в дизайні, що робить його доступним для виробництва, але він не відрізняється від параметрів запису. В якості активної зони пропонується використовувати порожнистий циліндр збагаченого урану вагою 22,5 кг. Активна зона оточена нейтронним рефлектором з діаметром 25 см. Висота активної зони 30 см. Для контролю реактора використовується одноразовий карбідний стрижень. Нагрів від реактора знімається тепловими трубами і подається в двигуни з загальною потужністю 500 Вт. Ось схема реактора:


На жаль, це лише презентація, а майбутній проект невідомий.

СРСР і РосіяПрогулянка.


Першим вітчизняним експериментальним космічним ядерним реактором був ромашка. реактор з тепловою потужністю 40 кВт і електричним 800 Вт використовуються термоелектричні перетворювачі. У 1964 р. вперше запустили реактор. Корольов С.П. захотіло використовувати ромашку разом з плазмою ERD. Але після закінчення випробувань «Комайла» влітку 1966 року, після смерті Корольова вона не летилася в космос.

Бук.
Але друга серія космічних реакторів — BES-5 Buk — втекти в космос більше трьох десятків разів. Ці реактори були використані як джерело живлення для супутників радіолокаційної розвідки США-А, відомі на заході як RORSAT:



РЛРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРР РРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРР Невисока орбіта означало, що супутник постійно впаде в тінь Землі. Комплекс сонячних батарей і батарей був занадто важким, що робить атомну електростанція тільки варіантом. реактор BES-5 мав наступні параметри:

• Теплова потужність: 100 кВт.
• Електростанція: 3 кВт.
• Маса реактора: 900 кг.
• Тип теплової машини: Термоелектричний генератор.
• Маса ядерного палива: 30 кг.
• Режим роботи: ~135 днів

На орбіті на 33 пуски були зроблені всього 35 пусків, з яких реактор був запущений на орбіту. Особливістю проекту були заходи безпеки - реактор в разі аварії або в кінці роботи було вкладено на поховання орбіти висотою 750-1000 км і термін служби ~250 років. У разі збою системи реактор загорить і згорнеться при введенні щільної атмосфери. На жаль, початкова версія системи руйнування не дуже вдало, вона повинна бути поліпшена. З 1970 до 1988 року супутники США-А успішно використовуються для радіолокаційної розвідки морських просторів, а в разі бойових дій могли випустити цільове позначення ракетних підводних човнів, що працює в складі комплексу Легенда.

Топаз.
Розвиток реакторів Бука було ТЕС-5 Топол, вони також Топаз-1:



"Топаз" поліпшили параметри:

• Теплова потужність: 150 кВт.
• Електрична потужність: 5-6 кВт
• Тип теплової машини: Терморемісійний генератор.
• Маса ядерного палива: 11 кг.
• Термін роботи: 1 рік.

Реактор втік двічі на космос на супутниках Cosmos-1818 і Cosmos-1867 і був використаний для тих же цілей - радіоприймач.

Єнісей
Для цивільних телемовних супутників запропоновано реактори типу Єнісі. Особливістю реактора стала заміна класичних елементів палива з електрогенеруючими каналами - активною зоною була поєднана з тепловою машиною. У реакторі є теплова потужність 115-135 кВт, електрична потужність 4,5-5.5 кВт та термін служби три роки. Проект був закритий на початку 90-х, в 1992 році, США купили два реактори, але вони не використовували в космосі.

Транспортно-енергетичний модуль RSC Energia
З 2010 року активно розвивається транспортно-енергетичний модуль з використанням ядерних реакторів та електро струменевих двигунів. Таке ядерне плече може перевозити вантажі на земно-морському шосе, а після розробки основного ресурсу, летіти разом з зондом в інші планети Сонячної системи. Проект був представлений на MAKS-2013, з’являються новини про прогрес роботи. Найсвіжіша новина полягає в тому, що перший паливний елемент був зібраний. Характеристики електростанції і модуля в цілому також досить ефектні:



Потужність реактора 1МВт, поєднаного з ЕРД з специфічним імпульсом 7000 секунд і тяги 18 Н (2 кг), є технологічним проривом.

Повідомляючи про ядерну енергію, не можна згадати про відомі радіаційні аварії та заходи для боротьби з ними.
У 1964 році в атмосферу американського радіоізотопного генератора СНАП-9А через нещасний випадок запуску транспортного засобу на місці виведення. Оскільки RITEGs використовують висококонцентрований флютоніум, який розширився в атмосферу, є значним збільшенням фонового випромінювання по всьому світу. Урочив урок, дизайн був змінений, а коли супутник Nimbus-B збився з RITEG SNAP-19B2 в 1968 році, ядерні матеріали не розсіюють в атмосферу, але впав в океан і згодом піднялися з океану підлога без забруднюючи територію. У 1970 р. в океані впав модуль місячної місячної ланки Аполлона 13, а на глибину 6000 метрів без знищення або забруднюючи місцевості. У 1973 році радянський супутник з реактором Бука впав на Тихий океан. Немає доказів забруднення. У 1978 році в Канаді з'явилася ставка супутника Cosmos-954. У зв’язку з дефектами в аварійній системі ядро реактора не було достатньо зруйнованого, і було незначне забруднення ділянки. Водночас зламався страшний скандал, СРСР довелося сплатити компенсацію до Канади за витрати, які несуть на пошук грошових коштів і деконтамінувати територію. Після цього вдосконалено систему безпеки, встановлено газогенератор, гарантовано знищити ядро при вході в атмосферу. Опад супутника Cosmos-1402 в Південній Атлантиці був більш успішним, і тільки незначне збільшення природного фонового випромінювання було записано. У 1996 році падіння АМС "Марс-96", його РИТЕГ не згорнулися і посунули безпечно.

Загальні умови безпеки

• Ядерний реактор є безпечним, ніж RITEG, оскільки він містить більш радіоактивні матеріали.
• RITEGs розміщується в капсулі, яка витримує надзвичайний вплив в атмосферу, захист від радіоактивного забруднення.
• А ядерний реактор можна розмістити в капсулі або розсіювати в атмосфері в аварійному падінні.
• А ядерний реактор має мінімальний ризик, поки він не вимкнено. реактор повинен бути запущений на орбіті.
• За кілька сотень років на території поховання може бути проведений ядерний реактор. У цьому випадку матеріали з коротким періодом зникнуть, а матеріали з тривалим періодом життя не небезпечні.

Якщо ви знову подивитеся на креслення транспортно-енергетичного модуля, ви помітите, по-перше, відсутність класичної схеми, такі як «волоські», а по-друге, певний «викопний генератор» в середині основної ферми. Є два види радіаторних холодильників, які конкурують. Класичні твердотільні радіатори прості, але важкі. В якості альтернативи пропонуються крапельні холодильники. Як відомо з фізики, чим більше поверхні тіла, тим краще він бере участь в теплообміні. Саме тому нагрівальні батареї в будинках є ребристими. У просторі можна створити потік крапель, які при мінімальній масі будуть дуже ефективні для розсіювання тепла:



Холодильний холодильник обіцяє зменшити вагу радіатора в рази:

р.

У просторі (в станціях "Мір" і ІСС) випробувані моделі крапельних холодильників:



Головний інтриг тепер лежить в швидкості розвитку – будуть крапельні холодильники зроблені на 2020 рік, коли транспортно-енергетичний модуль повинен літати?

У космосі використання ядерних реакторів дасть нам неуважний рівень сонячної енергії. А поєднання реактора атомної енергії з електродвигунами струменевого струменя обіцяє новий рівень можливостей для розвідки космосу.

На додаток до Вікіпедії були використані наступні джерела та додаткові матеріали:

• «Проекти електростанцій космічних апаратів», навчально-методичний комплекс
• «Роботи на крапельному холодильнику-дитера», сайт дослідницького центру Келдиш.
• «Історія вітчизняних ракетних установок», сайт «З нами».
• Матеріали на крапельних холодильниках: один, два.

Джерело: habrahabr.ru/post/229625/