Открыть главное меню

Ядерная электродвигательная установка

Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) — двигательная установка космического аппарата, включающая в себя комплекс бортовых систем космического аппарата (КА), таких как: электрический ракетный двигатель (ЭРД), система электропитания, обеспечиваемого ядерным реактором, система хранения и подачи рабочего тела (СХиП), система автоматического управления (САУ).

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[1][2] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[3].

Содержание

ИсторияПравить

Начало работ над ядерными двигателями приходится на 1960-е гг.[4][5] Ряд предприятий советской отрасли, в частности центр Келдыша, КБХА, Институт Доллежаля, принимали участие в этих работах, в результате был накоплен колоссальный опыт не только по работе с ядерными двигателями, но и по термоэмиссионным и термоэлектрическим энергоустановкам, а также по материалам и топливу[4][6][7].

В советское время c 1968 по 1988 гг. была выпущена серия спутников «Космос» с ядерными реакторами. Несколько аварий спутников этой серии вызвали большой резонанс[8][9].

Установки первого поколения от начала XXI в. отличались невысокой мощностью[7]: установки типа «Бук», производимые в 1970-е гг. НПО «Красная звезда», имели мощность 5 киловатт, в то время как установка начала XXI в. имеет по проекту мощность в 200 раз выше — 1 мегаватт[7].

Отличие от ядерного ракетного двигателя в котором реактор был нужен для разогрева рабочего тела и создания реактивной тяги[7][4], реактор ЯЭДУ установки вырабатывал тепловую энергию, которая преобразуется в электрическую и далее расходуется на работу двигателя, установка работает по замкнутому циклу без выброса радиоактивных веществ[4][7], специально для ЯЭДУ в СССР[нет в источнике] был создан стационарный плазменный двигатель СПД-290, тягой до 1500 мН[10][11].

Также для ЯЭДУ рассматривался вариант ионного двигателя (ИД) высокой мощности разработанный исследовательским центром Келдыша ИД-500[12]. Его параметры: мощность 32-35 кВт, тяга 375—750 мН, удельный импульс 70000 м/с, коэффициент полезного действия 0,75[12]. ИД-500 имеет электроды ионно-оптической системы, выполненные из титана с диаметром перфорированной отверстиями зоны 500 мм, катод газоразрядной камеры, который обеспечивает ток разряда в диапазоне 20-70 А и катод-нейтрализатор, способный обеспечить нейтрализацию ионного пучка в диапазоне токов 2-9 А[12]. На следующем этапе разработки двигатель будет оснащен электродами из углерод-углеродного композиционного материала и катодом с поджигающим электродом, выполненным из графита[12]. Однако от ИД-500 отказались из-за быстрой деградации электродов,[источник не указан 612 дней] относительно СПД.

Общее описаниеПравить

  Внешние изображения
  Перспективные космические аппараты КБ «Арсенал» с ядерной энергетической установкой

ЯЭДУ иногда путают с ядерным ракетным двигателем, что не совсем корректно, так как ядерный реактор в ЯЭДУ используется только для выработки электроэнергии[13]. Она, в свою очередь, используется для запуска и питания электрического ракетного двигателя (ЭРД), а также обеспечивает электропитание бортовых систем космического аппарата[13][14].

ЯЭДУ состоит из трех основных устройств: реакторной установки с рабочим телом и вспомогательными устройствами (теплообменник-рекуператор и турбогенератор-компрессор), электроракетной двигательной установки, холодильника-излучателя[4][12][15][16].

Достоинствами ЯЭДУ являются возможность 10-летней эксплуатации, большой межремонтный интервал и продолжительное время работы на одном включении[12] С физической точки зрения ЯЭДУ — компактный газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах.[12][13].

ЯЭДУ мегаваттного классаПравить

В 2009 году проект ЯЭДУ мегаваттного класса утвердила Комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России[17][18]. Главным предприятием конструктором считается «НИКИЭТ», во главе с директором — генеральным конструктором Юрием Драгуновым.[13] Проект направлен на то, чтобы вывести Россию на лидирующие позиции в создании энергетических комплексов космического назначения, способных решать широкий спектр задач в космосе, таких как исследование Луны и дальних планет с созданием на них автоматических баз.[19] Особенность проекта 2009—2018 заключается в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси.[7] А также то, что рабочие органы системы и защиты реакторной установки выполнены из труб, изготовленных из молибденового сплава.[20][21] На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[13], проектная документация[22], завершены испытания системы управления реактором[23], проведены испытания ТВЭЛ[12], проведены испытания корпуса реактора[24], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[25]. На выставке «Госзаказ — ЗА честные закупки 2016», которая прошла с 23 по 25 марта в Москве, АО «НИКИЭТ» представило макет реакторной установки для ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.[26]

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  2. Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  3. Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  4. 1 2 3 4 5 В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  5. Экспедиция к Марсу может отправиться на российских ядерных двигателях
  6. С атомной энергетикой дальний космос станет ближе
  7. 1 2 3 4 5 6 Мы в космосе всегда были на шаг впереди других стран — Юрий Драгунов. 10.04.2015
  8. 10 радиационных инцидентов эпохи космической гонки
  9. Синявский, 2015.
  10. https://www.mai.ru/upload/iblock/1c5/rol-i-mesto-elektroraketnykh-dvigateley-v-rossiyskoy-kosmicheskoy-programme.pdf
  11. http://galspace.spb.ru/orbita/ximdv.htm
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  13. 1 2 3 4 5 Первую часть проекта ядерного двигателя для корабля завершат в 2012 г
  14. Could we travel to Mars in 30 DAYS Nasa believes nuclear-powered rockets could make trip faster and cheaper
  15. Реактор для космического ядерного двигателя будет готов к концу 2014 г
  16. Дорога к Марсу. Российские ученые готовы к покорению Красной планеты
  17. В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки.
  18. Стенографический отчёт о заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России. Президент России (28 октября 2009). — «Предлагается уникальный прорывной проект создания транспортного энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.». Проверено 30 октября 2016. Архивировано 30 октября 2016 года.
  19. Уникальный конструкционный материал корпуса способен обеспечить работу реактора на протяжении более чем 100 тысяч часов.
  20. Уникальные трубы для космической ядерной энергоустановки созданы в РФ
  21. Российские специалисты создали не имеющие аналогов трубы для системы управления будущей космической ядерной энергодвигательной установки
  22. В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  23. Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  24. В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  25. АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля
  26. Предприятия Росатома приняли участие в форуме-выставке «Госзаказ — ЗА честные закупки 2016»

ЛитератураПравить