Программа « Системная ядерная вспомогательная энергия» ( SNAP ) представляла собой программу экспериментальных радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов) и космических ядерных реакторов, запущенных НАСА в 1960-х годах .
SNAP с нечетными номерами: радиоизотопные термоэлектрические генераторы
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы используют тепло радиоактивного распада для производства электроэнергии. [ необходима цитата ]
SNAP-1
SNAP-1 был испытательной платформой, которая никогда не использовалась, с использованием церия-144 в цикле Ренкина с ртутью в качестве теплоносителя . Успешно проработал 2500 часов. [1]
SNAP-3
SNAP-3 был первым РИТЭГом, использованным в космическом полете (1961 г.). Запущен на борт навигационных спутников Transit 4A и 4B ВМС США . Электрическая мощность этого РИТЭГа составляла 2,5 Вт. [1]
SNAP-7
SNAP-7 был разработан для морских применений, таких как маяки и буи; [2] по крайней мере шесть единиц были развернуты в середине 1960-х годов с названиями от SNAP-7A до SNAP-7F. SNAP-7D произвел тридцать ватт электроэнергии [3], используя 225 килокюри (8,3 ПБк ) [2] (около четырех килограммов) стронция-90 в виде SrTiO 3 . Это были очень большие агрегаты, весящие от 1870 до 6000 фунтов (от 850 до 2720 кг). [1]
SNAP-9
После протокола SNAP-3 на транзите 4A / B блоки SNAP-9A обслуживали многие серии спутников Transit . В апреле 1964 года SNAP-9A не смог выйти на орбиту и рассыпался, разбросав примерно 1 килограмм (2,2 фунта) плутония-238 по всем континентам. Больше всего плутония выпало в южном полушарии. Было выпущено около 6300 ГБк или 2100 человеко-зивертов [4] [5] [6] [7], что привело к разработке НАСА технологии солнечной фотоэлектрической энергии. [8] [ нужен лучший источник ]
SNAP-11
SNAP-11 был экспериментальным RTG, предназначенным для питания зондов Surveyor в течение лунной ночи. В кюрии-242 РИТЭГ произвел бы 25 ватт электроэнергии с использованием 900 ватт тепловой энергии в течение 130 дней. Температура горячего спая составляла 925 ° F (496 ° C; 769 K), температура холодного спая составляла 350 ° F (177 ° C; 450 K). У них была система терморегулирования с жидким NaK и подвижная заслонка для отвода избыточного тепла. [9] [10] Они не использовались в миссиях Surveyor. [ необходима цитата ]
В общем, топливный блок SNAP 11 представляет собой цилиндрический блок из нескольких материалов, который занимает внутренний объем генератора. Капсула с топливом ТЗМ (молибденовый сплав), заправляемая кюрием-242 (Cm 2 O 3 в иридиевой матрице), расположена в центре топливного блока. Капсула окружена платиновой сферой, примерно 2+1 / 4 дюйма в диаметре, который обеспечивает экранирование и действует как поглотитель энергии для соображений воздействия. Этот узел заключен в узлы из графита и бериллия для обеспечения надлежащего теплового распределения и защиты от абляции. [10]
SNAP-19
SNAP-19 (B) был разработан для спутника Nimbus-B ядерным подразделением компании Martin-Marietta [11] (ныне Teledyne Energy Systems). Заправленные плутонием-238, два параллельных генератора с термопарой из теллурида свинца производили начальный максимум примерно 30 Вт электроэнергии. [12] Nimbus 3 использовал SNAP-19B с восстановленным топливом после попытки Nimbus-B1. [13]
SNAP-19 приводил в действие миссии Pioneer 10 и Pioneer 11 . [14] Они использовали термоэлектрические элементы 2N-PbTe n-типа и TAGS-85 p-типа. [15]
Модифицированные SNAP-19B использовались для спускаемых аппаратов Viking 1 и Viking 2 . [16]
SNAP-19C использовался для питания телеметрической системы в Нанда Деви в Уттаракханде для операции ЦРУ по отслеживанию запусков китайских ракет. [17]
SNAP-21 и 23
SNAP-21 [18] и SNAP-23 были разработаны для использования под водой [2] [19] и использовали стронций-90 в качестве радиоактивного источника, заключенного в капсулу либо в виде оксида стронция, либо в виде титаната стронция . Они производили около десяти ватт электроэнергии.
SNAP-27
Пять блоков SNAP-27 обеспечивали электроэнергией экспериментальные комплексы Apollo Lunar Surface Experiment (ALSEP), оставленные на Луне Apollo 12 , 14 , 15 , 16 и 17 . Блок питания SNAP-27 весил около 20 кг, имел длину 46 см и диаметр 40,6 см. Он состоял из центральной топливной капсулы, окруженной концентрическими кольцами термопар. Снаружи термопар находился набор ребер для отвода тепла от холодной стороны термопары. Каждое из устройств SNAP вырабатывало приблизительно 75 Вт электроэнергии при 30 В постоянного тока. Источником энергии для каждого устройства был стержень из плутония-238, обеспечивающий тепловую мощность примерно 1250 Вт. [20] Эта топливная капсула, содержащая 3,8 кг (8,4 фунта) плутония-238 в оксидной форме (44 500 Ки или 1,65 ПБк ). , был доставлен на Луну в отдельной емкости с горючим, прикрепленной сбоку от лунного модуля . Контейнер с топливом обеспечивал теплоизоляцию и дополнительную конструктивную поддержку капсуле с горючим. На Луне пилот лунного модуля вынул из бочки топливную капсулу и вставил ее в РИТЭГ.
Эти станции передавали информацию о лунотрясениях и ударах метеоров, лунном магнитном и гравитационном полях, внутренней температуре Луны и атмосфере Луны в течение нескольких лет после миссий. Спустя десять лет SNAP-27 по-прежнему вырабатывал более 90% своей первоначальной мощности в 70 Вт.
Контейнер с горючим из блока SNAP-27, перевозимый миссией Аполлон-13, в настоящее время находится на глубине 20 000 футов (6 100 м) на дне желоба Тонга в Тихом океане . Этой миссии не удалось приземлиться на Луне, и лунный модуль, несущий его генератор, сгорел во время входа в атмосферу Земли, при этом траектория была организована таким образом, чтобы контейнер приземлился в траншее. Контейнер выдержал повторный вход, поскольку он был предназначен для этого [21], и выброса плутония обнаружено не было. Ожидается, что коррозионно-стойкие материалы капсулы сохранят ее в течение 10 периодов полураспада (870 лет). [22]
Четные SNAP: компактные ядерные реакторы
Серия компактных ядерных реакторов, предназначенных для использования в космосе, SNAP с четными номерами была разработана для правительства США подразделением North American Aviation Atomics International . [ необходима цитата ]
Экспериментальный реактор SNAP (SER)
Экспериментальный реактор (SER) SNAP был первым реактором, построенным в соответствии со спецификациями, установленными для приложений космических спутников. В SER использовался гидрид урана-циркония в качестве топлива и эвтектический натрий-калиевый сплав ( NaK ) в качестве хладагента и работал на тепловой мощности примерно 50 кВт. В системе не было преобразователя мощности, но использовалась система вторичного нагнетания воздуха для отвода тепла в атмосферу. В SER использовалось такое же устройство замедлителя-рефлектора реактора, как у SNAP-10A, но только с одним рефлектором. Критичность была достигнута в сентябре 1959 года, а окончательная остановка была завершена в декабре 1961 года. Проект был признан успешным. Это вселило уверенность в развитие программы SNAP, а также привело к углубленным исследованиям и разработке компонентов. [ необходима цитата ]
SNAP-2
Реактор разработки SNAP-2 был вторым построенным реактором SNAP. Это устройство используется уран-цирконий гидрида топлива и имели конструкцию реактора мощностью 55 кВт т . Это была первая модель, в которой использовался блок управления полетом, и она проходила испытания с апреля 1961 по декабрь 1962 года. Основная идея заключалась в том, что ядерная энергия будет долгосрочным источником энергии для пилотируемых космических капсул. Однако капсула экипажа должна была быть защищена от смертельной радиации, исходящей от ядерного реактора. Об окружении реактора радиационной защитой не могло быть и речи. Было бы слишком тяжело запускать ракеты, имеющиеся в то время. Для защиты «экипажа» и «полезной нагрузки» в системе SNAP-2 использовался «теневой щит». Экран представлял собой усеченный конус, содержащий гидрид лития . Реактор находился на малом конце, а капсула / полезная нагрузка экипажа находилась в тени большого конца. [ необходима цитата ]
Исследования проводились на реакторе, отдельных компонентах и системе поддержки. Atomics International, подразделение North American Aviation, выполняло работы по разработке и тестированию. Подразделение SNAP-2 Shield Development отвечало за разработку радиационной защиты. Создание щита означало плавление гидрида лития и отливку его в нужную форму. Форма представляла собой большой усеченный конус. Расплавленный гидрид лития нужно было заливать в литейную форму понемногу, иначе он потрескался бы при охлаждении и затвердевании. Трещины в материале щита будут фатальными для любого космического экипажа или полезной нагрузки, в зависимости от этого, потому что это позволит излучению проникнуть в отсек экипажа / полезной нагрузки. По мере того, как материал охлаждается, он образует нечто вроде полого вихря посередине. Инженеры-разработчики должны были создать способы заполнить вихрь, сохранив при этом целостность щита. И при этом они должны были иметь в виду, что работали с материалом, который может быть взрывоопасным во влажной, богатой кислородом среде. Анализ также показал, что под действием тепловых и радиационных градиентов гидрид лития может диссоциировать, а ионы водорода могут мигрировать через экран. Это привело бы к изменению эффективности экранирования и могло бы подвергнуть полезные нагрузки интенсивному излучению. Были предприняты попытки смягчить эти эффекты. [ необходима цитата ]
В SNAP 2DR использовалось такое же устройство замедлителя-рефлектора реактора, что и в SNAP-10A, но с двумя подвижными и внутренними неподвижными отражателями. Система была спроектирована таким образом, чтобы реактор мог быть объединен с ртутным циклом Ренкина для выработки 3,5 кВт электроэнергии. [ необходима цитата ]
SNAP-8
Реакторы SNAP-8 были спроектированы, построены и эксплуатируются Atomics International по контракту с Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства . Были изготовлены два реактора SNAP-8: экспериментальный реактор SNAP 8 и развивающий реактор SNAP 8. В обоих реакторах SNAP 8 использовалось то же топливо из высокообогащенного урана-циркония на основе гидрида, что и в реакторах SNAP 2 и SNAP 10A. Конструкция SNAP 8 включала первичный и вторичный контуры NaK для передачи тепла в систему преобразования энергии ртути . Электрогенерирующую систему для реакторов SNAP 8 поставила компания Aerojet General . [23]
SNAP 8 экспериментальный реактор был 600 кВт т реактор , который был испытан с 1963 по 1965 г. [ править ]
Реактор разработки SNAP 8 имел активную зону реактора размером 9,5 на 33 дюйма (24 на 84 см), содержал в общей сложности 18 фунтов (8,2 кг) топлива, имел номинальную мощность 1 МВт т . Реактор был испытан в 1969 году в полевой лаборатории Санта-Сусаны . [24]
SNAP-10A
SNAP-10A представлял собой космическую энергетическую систему с ядерным реактором, запущенную в космос в 1965 году по программе SNAPSHOT . [25] [26] Он был построен как исследовательский проект для ВВС, чтобы продемонстрировать способность генерировать более высокую мощность, чем РИТЭГи. В реакторе использовались два подвижных бериллиевых отражателя для управления, и в начале срока эксплуатации он генерировал 35 кВт т . [ необходима цитата ] Система вырабатывала электричество за счет циркуляции NaK вокруг свинцовых термопар с теллуром. Чтобы уменьшить опасность запуска, реактор не запускался, пока он не достиг безопасной орбиты. [ необходима цитата ]
SNAP-10A был запущен на околоземную орбиту в апреле 1965 года и использовался для питания исследовательского спутника Agena-D , построенного Lockheed / Martin. Система произвела 500 Вт электроэнергии во время сокращенных 43-дневных летных испытаний. Реактор был преждевременно остановлен из-за неисправного приемника команд. По прогнозам, он будет оставаться на орбите в течение 4000 лет. [24]
Смотрите также
- Список ядерно-энергетических систем в космосе
- Ядерная энергия в космосе
Цитаты
- ^ a b c Обзор электростанций для космического применения
- ^ a b c «Антропогенная радиоактивность: основные источники выбросов - РАДНЕТ: Раздел 11» . www.davistownmuseum.org . Проверено 31 марта 2018 года .
- ^ Янг, CN (15 марта 1963 г.). «Snap 7d - источник энергии для термоэлектрического генератора, работающий на стронции-90. Плавучая метеостанция ВМФ США мощностью 30 Вт. Заключительный отчет». ОСТИ 4713816 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Ловас, Резсе Г. (2003). Справочник по ядерной химии: Приборы, методы разделения окружающей среды . Springer Science & Business Media. п. 308. ISBN 978-1-4020-1317-1.
- ^ Gieré, R .; Стилле, Питер (31 марта 2018 г.). Энергия, отходы и окружающая среда: геохимическая перспектива . Геологическое общество Лондона. п. 145. ISBN 978-1-86239-167-3.
- ^ Аварийная готовность для спутников с ядерной установкой . Стокгольм: Организация экономического сотрудничества и развития. 1990. стр. 21. ISBN 9264133526.
- ^ Харди, EP; Крей, П. У. и Волчок, Х. Л. (1972). Глобальная инвентаризация и распределение Pu-238 из SNAP-9A (PDF) . Комиссия по атомной энергии США. п. 6.
- ^ Гроссман, Карл. "Ядерное оружие в космосе после трагедии в Колумбии" . Иеронимус и Компания . Проверено 27 августа 2012 года .
- ^ Программа сюрвейера SNAP-11, Третий квартальный отчет
- ^ a b Программа сюрвейера SNAP-11, тринадцатый квартальный отчет
- ^ Fihelly, Arthur W .; Бакстер, Чарльз Ф. (16 апреля 1970 г.). "Эксперимент с радиоизотопным термоэлектрическим генератором SNAP-19". Труды Международного симпозиума IEEE 1970 г. по геонаучной электронике .
- ^ «Техническое руководство SNAP-19 RPS» .
- ^ «Дом» . Радиоизотопные энергетические системы НАСА . Архивировано из оригинального 7 -го августа 2012 года . Проверено 31 марта 2018 года .
- ^ "SNAP-19: Pioneer F&G, Final Report], Teledyne Isotopes, 1973 [DEAD URL" . Проверено 31 марта 2018 года .
- ^ «ОТЧЕТ О СВОЙСТВАХ И РАБОТЕ ТЭГОВ» .
- ^ «Устаревшие энергосистемы | Энергетические и тепловые системы» . Радиоизотопные энергетические системы НАСА . Проверено 12 февраля 2021 .
- ^ Десаи, Шайль (2017-05-07). «Шпионская миссия Нанды Деви 1965 года, фильм» . мята . Проверено 12 февраля 2021 .
- ^ ПРОГРАММА SNAP-21, ФАЗА II. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ГЛУБОКОМОРСКИХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ НА РАДИОИЗОТОПНОМ ТОПЛИВЕ. Ежеквартальный отчет № 9, 1 июля 1968 г. - 30 сентября 1968 г. 30 декабря 1968 г. ". 1 января 1968 г. ОСТИ 4816023 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Мандельберг, М. (1971). «Конференция IEEE 1971 года по инженерии в области окружающей среды океана: океанографический акустический маяк и система телеметрии с питанием от радиотопного термоэлектрического генератора SNAP-21»: 220–223. DOI : 10.1109 / OCEANS.1971.1161004 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ https://atomicinsights.com/nuclear-batteries-tools-for-space-science/
- ^ Apollo 12 ALSEP вхолостую транскрипт , содержащий комментарий о повторном входе живучести топлива бочонка
- ^ Space FAQ 10/13 - Спорные вопросы , faq.org
- ^ Aerojet General Corporation (ноябрь 1971 г.). SNAP-8 Программа развития электроэнергетической системы . Исследовательский центр НАСА Льюиса, Кливленд, Огайо. НАСА CR-1907.
- ^ а б Восс, Сьюзен (август 1984). Обзор реактора SNAP (PDF) . База ВВС Киртланд, Нью-Мексико: Лаборатория вооружений ВВС США. AFWL-TN-84-14.
- ^ СНАПШОТ , научноисследовательский центр NASA Glenn, 20 марта 2007. Проверено 3 апреля 2019.
- ↑ Снимок , Космическая страница Гюнтера. Дата обращения 3 апреля 2019.
Общие источники
- ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В КОСМОСЕ Министерство энергетики США, Управление ядерной энергии, науки и технологий
Внешние ссылки
- Программа развития электроэнергетической системы SNAP-8, Заключительный отчет
- SNAP-19, этап 3. Ежеквартальный отчет о проделанной работе, 1 января - 31 марта 1966 г.
- SNAP 19, фаза 3. Ежеквартальный отчет о ходе работы, 1 апреля - 30 июня 1966 г.
- Анализ потребности в системах уничтожения команд Agena и / или выброса генератора в миссии Nimbus B / SNAP-19
- Опыт интеграции SNAP-19 / Nimbus B
- SNAP-27, том 1. Ежеквартальный отчет, 1 июля - 30 сентября 1966 г.
- SNAP-27, том 2. Ежеквартальный отчет, 1 января - 31 марта 1966 г.
- "Космическая ядерная энергетика: открывая последний рубеж" Г.Л. Беннета (2006)
- «КОСМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ» (Плохо отформатированные таблицы)