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).

Ядерная электродвигательная установка

Общее описание

ЯЭДУ иногда путают с ядерным ракетным двигателем, что не совсем корректно, так как ядерный реактор в ЯЭДУ используется только для выработки электроэнергии[1]. Она, в свою очередь, используется для запуска и питания электрического ракетного двигателя (ЭРД), а также обеспечивает электропитание бортовых систем космического аппарата[1][2].

ЯЭДУ состоит из трёх основных устройств: реакторной установки с рабочим телом и вспомогательными устройствами (теплообменник-рекуператор и турбогенератор-компрессор), электроракетной двигательной установки, холодильника-излучателя[3][4][5][6].

Достоинствами ЯЭДУ являются возможность 10-летней эксплуатации, большой межремонтный интервал и продолжительное время работы на одном включении[4]. С физической точки зрения ЯЭДУ — компактный газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах.[4][1].

Перспективы

По оценкам российских учёных ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[7][8] 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[9].

История

Начало работ над ядерными двигателями приходится на 1960-е годы[3][10] 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[3][11][12].

В советское время c 1968 по 1988 гг. была выпущена серия спутников «Космос» с ядерными реакторами. Несколько аварий спутников этой серии вызвали большой резонанс[13][14].

Стационарные плазменные двигатели разной мощности

Установки первого поколения до начала XXI в. отличались невысокой мощностью[12]: установки типа «Бук», производимые в 1970-е годы 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[12].

Отличие от ядерного ракетного двигателя, в котором реактор был нужен для разогрева рабочего тела и создания реактивной тяги[12][3], 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[3][12], специально для ЯЭДУ в СССР был создан стационарный плазменный двигатель СПД-290, тягой до 1500 мН[15][16][17].

Также для ЯЭДУ рассматривался[когда?] вариант ионного двигателя (ИД) высокой мощности разработанный исследовательским центром Келдыша — ИД-500[4]. Его параметры: мощность 32-35 кВт, тяга 375—750 мН, удельный импульс 70000 м/с, коэффициент полезного действия 0,75[4]; он 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[4]. На следующем этапе разработки двигатель будет оснащен электродами из углерод-углеродного композиционного материала и катодом с поджигающим электродом, выполненным из графита[4].

Современные разработки

После того как подобная программа в США (проект NERVA) была свёрнута в 1971 году, в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies, для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства[18], также с 2015 г. идут работы по проекту Kilopower.

В 2021 г. Космическое агентство Великобритании заключило соглашение с компанией Rolls-Royce, в рамках которого планируется создать ядерный силовой двигатель для космических аппаратов дальнего действия.[19]

в России
Основная статья: Ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса

В 2009 году проект ЯЭДУ мегаваттного класса для космических транспортных систем (сейчас - космический буксир «Нуклон») утвердила Комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте России[20][21]. 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[22]. Особенность проекта 2009—2018 гг. заключается в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси[12], а также то, что рабочие органы системы и защиты реакторной установки выполнены из труб, изготовленных из молибденового сплава[23][24].

С 2010 года в России начались работы над проектом. Главным предприятием конструктором считается «НИКИЭТ», во главе с директором — генеральным конструктором Юрием Драгуновым.[1] На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[1], проектная документация[25], завершены испытания системы управления реактором[26], проведены испытания ТВЭЛ[4], проведены испытания корпуса реактора[27], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[28].

На 2021 г. ведётся отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной энергоустановки; заявлена плановая дата лётных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.

См. также

Примечания
  1. Первую часть проекта ядерного двигателя для корабля завершат в 2012 г
  2. Could we travel to Mars in 30 DAYS Nasa believes nuclear-powered rockets could make trip faster and cheaper
  3. В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  4. Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России // Коммерсантъ
  5. Реактор для космического ядерного двигателя будет готов к концу 2014 г
  6. Дорога к Марсу. Российские ученые готовы к покорению Красной планеты // АиФ
  7. 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
  8. Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  9. Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  10. Экспедиция к Марсу может отправиться на российских ядерных двигателях
  11. С атомной энергетикой дальний космос станет ближе
  12. Мы в космосе всегда были на шаг впереди других стран // КП, 10.04.2015
  13. 10 радиационных инцидентов эпохи космической гонки
  14. Синявский, 2015.
  15. https://www.mai.ru/upload/iblock/1c5/rol-i-mesto-elektroraketnykh-dvigateley-v-rossiyskoy-kosmicheskoy-programme.pdf
  16. Ионные, ядерные и плазменные двигатели для России и США //galspace.spb.ru
  17. Создание стационарного плазменного двигателя повышенной мощности
  18. Космические силы США заказали разработку ядерного двигателя для лунных рейдеров // 3DNews, 1.10.2020
  19. Великобритания хочет создать дальний космический флот на атомных двигателях Rolls-Royce // 3DNews, 16.01.2021
  20. Стенографический отчёт о заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России (недоступная ссылка). Президент России (28 октября 2009). — «Предлагается уникальный прорывной проект создания транспортного энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.». Дата обращения: 30 октября 2016. Архивировано 30 октября 2016 года.
  21. В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки // Лента. Ру, июль 2014
  22. Уникальный конструкционный материал корпуса способен обеспечить работу реактора на протяжении более чем 100 тысяч часов
  23. Уникальные трубы для космической ядерной энергоустановки созданы в РФ
  24. Российские специалисты создали не имеющие аналогов трубы для системы управления будущей космической ядерной энергодвигательной установки
  25. В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  26. Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  27. В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  28. АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля // atomic-energy.ru

Литература
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.