Атомная электрическая ракета (более правильно ядерная электрическая силовая установка ) представляет собой тип космического аппарата двигательной системы , в которой тепловая энергия из ядерного реактора , преобразуется в электрическую энергию , которая используется для приведения в действие ионный двигатель или другого электрического космического аппарата двигательной технологии. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Терминология ядерно-электрических ракет несколько противоречива, поскольку технически " ракетная " часть двигательной установки полностью неядерная и также может быть движимсолнечные панели . Это контрастирует с ядерной тепловой ракетой , которая напрямую использует тепло реактора для добавления энергии к рабочему телу , которое затем выбрасывается из сопла ракеты.
Концептуальный обзор
Ключевыми элементами нэпа являются:
- Компактная активная зона реактора
- Электрический генератор
- Компактная система отвода отработанного тепла, например тепловые трубы
- Система кондиционирования и распределения электроэнергии
- Электроэнергетическая двигательная установка космического корабля
История
НАСА
В 2001 г. находился в стадии разработки безопасный доступный двигатель деления с испытанным ядерным источником тепла мощностью 30 кВт, предназначенным для разработки теплового реактора мощностью 400 кВт с газовыми турбинами с циклом Брайтона для производства электроэнергии. Отвод отработанного тепла должен был осуществляться с использованием технологии тепловых труб с малой массой . Безопасность должна была обеспечиваться прочной конструкцией. [ необходима цитата ]
Проект «Прометей» - это исследование НАСА начала 2000-х годов, посвященное ядерному электрическому космическому кораблю. [ необходима цитата ]
Kilopower - это последняя программа разработки реакторов НАСА, но она предназначена только для наземного использования. [ необходима цитата ]
Россия
см. ТЕА (ядерная силовая установка) Проект ТЕА начался в 2009 году с целью привести в действие двигатель Марса.
Март 2016 - Получена первая партия ядерного топлива [ необходима цитата ]
Концепции
Реактор с галечным слоем в сочетании с газовой турбиной
Реактора галька слоя с использованием высокого массового расходом газообразного азотом охлаждающей жидкости вблизи нормальных атмосферных давлений является возможным источником тепла. Производство электроэнергии может осуществляться с помощью хорошо развитой газотурбинной технологии. Ядерным топливом будет высокообогащенный уран, заключенный в графитовые шары с низким содержанием бора, вероятно, диаметром 5–10 см. Графит также замедлит нейтроны ядерной реакции. [ необходима цитата ]
Этот тип реактора может быть изначально безопасным. При нагревании графит расширяется, разделяя топливо и снижая критичность реактора. Это свойство может упростить управление работой до одного клапана, дросселирующего турбину. В закрытом состоянии реактор нагревается, но вырабатывает меньшую мощность. В открытом состоянии реактор охлаждается, но становится более критичным и производит больше энергии. [ необходима цитата ]
Инкапсуляция графита упрощает заправку топливом и обращение с отходами. Графит механически прочен и устойчив к высоким температурам. Это снижает риск незапланированного выброса радиоактивных элементов, в том числе продуктов деления . Поскольку этот тип реактора обеспечивает высокую мощность без тяжелых отливок для удержания высокого давления, он хорошо подходит для питания космических кораблей. [ необходима цитата ]
Новые концепции электрических силовых установок
Для использования с мощными ядерными системами выработки электроэнергии было предложено множество технологий электрического движения, включая VASIMR , DS4G и импульсный индуктивный двигатель малой тяги (PIT). PIT и VASIMR уникальны своей способностью выбирать между потребляемой мощностью, удельным импульсом (показатель эффективности, см. Удельный импульс ) и тягой в полете. У PIT есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что не требуется кондиционированная мощность. [ необходима цитата ]
Электроэнергетика
Было предложено несколько схем преобразования тепла в электроэнергию. В ближайшее время, цикл Ренкина , цикл Брайтона и цикл Стирлинга генераторы проходят через промежуточную механическую фазу, с сопутствующими потерями энергии. Были также предложены более экзотические технологии: термоэлектрический (включая графно основанное преобразование тепловой энергии [9] [10] [11] ), пироэлектрический , Термофотоэлектрический , термоэмиссионные и магнитогидродинамический тип термоэлектрических материалов .
Другие типы концепций ядерной энергетики в космосе
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы , блоки радиоизотопных нагревателей , радиоизотопные пьезоэлектрические генераторы и радиоизотопная ракета - все они используют тепло от статического радиоактивного источника (обычно плутония-238 ) для низкого уровня электрической мощности или мощности прямого движения. Другие концепции включают ядерную тепловую ракету , ракету с осколками деления, ядерную импульсную двигательную установку и возможность создания термоядерной ракеты , предполагая, что технология ядерного синтеза будет разработана в какой-то момент в ближайшем будущем. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Электроэнергетическая двигательная установка космического корабля
- Ионный двигатель
- Магнитный парус
- Ядерный импульсный двигатель
- Ядерная тепловая ракета
- Ядерного реактора
- Polywell
- Радиоизотопный термоэлектрический генератор
- Движение космического корабля
Рекомендации
- ^ Дэвид Буден (2011), Космические ядерные Делительные Электроэнергетические системы: Книга 3: Space Nuclear Propulsion и власть
- ↑ Джозеф А. Анджело и Дэвид Буден (1985), космическая ядерная энергия
- ^ НАСА / Лаборатория реактивного движения / MSFC / 12-й ежегодный семинар по усовершенствованному космическому движению (2001 г.), серия испытаний безопасного доступного двигателя деления (БЕЗОПАСНОСТЬ) )
- ↑ НАСА (2010), Заключительный отчет по технико-экономическому обоснованию энергосистемы деления малой мощности
- ^ Патрик МакКлюр и Дэвид Постон (2013), Проектирование и испытание малых ядерных реакторов для оборонных и космических приложений
- ^ Мохамед С. Эль-Генк и Жан-Мишель П. Турнье (2011), Использование жидкометаллических и водяных тепловых труб в энергетических системах космических реакторов
- ^ Комиссия по атомной энергии США (1969), Ядерные космические реакторы SNAP
- ^ Space.com (17 мая 2013), Как электрический космический аппарат Fly НАСА на Марс
- ^ Обзор технологий, 5 марта 2012 г .: Графеновая батарея превращает окружающее тепло в электрический ток
- ^ Научные отчеты, 22 августа 2012 г .: фотоэлектрические элементы на основе графена для преобразования тепловой энергии в ближнем поле.
- ↑ MIT News, 7 октября 2011 г .: Графен показывает необычный термоэлектрический отклик на свет