Ядерная электрическая ракета - Nuclear electric rocket - Wikipedia

А ядерная электрическая ракета (точнее ядерная электрическая силовая установка) является разновидностью космический корабль двигательная установка, где тепловая энергия из ядерный реактор конвертируется в электроэнергия, который используется для управления ионный двигатель или другие электрические двигательная установка космического корабля технологии.[1][2][3][4][5][6][7][8] Терминология ядерной электрической ракеты немного противоречива, поскольку технически "ракета "часть двигательной установки полностью неядерная и может также приводиться в движение солнечные панели. Это контрастирует с ядерная тепловая ракета, который напрямую использует тепло реактора для добавления энергии в рабочая жидкость, который затем выбрасывается из сопла ракеты.

Концептуальный обзор

Ключевыми элементами нэпа являются:

  1. Компактная активная зона реактора
  2. Электрический генератор
  3. Компактная система отвода отработанного тепла, например тепловые трубы
  4. Система кондиционирования и распределения электроэнергии
  5. Движитель космического корабля с электрическим приводом

История

НАСА

В 2001 г. Безопасный доступный двигатель деления находился в стадии разработки, с испытанным ядерным источником тепла мощностью 30 кВт, предназначенным для разработки теплового реактора мощностью 400 кВт с Цикл Брайтона газовые турбины для выработки электроэнергии. Отвод отработанного тепла должен был осуществляться с использованием маломассивных тепловая труба технологии. Безопасность должна была обеспечиваться за счет прочной конструкции.[нужна цитата ]

Проект Прометей было начало 2000-х НАСА исследование на ядерном электрическом космическом корабле.[нужна цитата ]

Килопауэр это последняя программа разработки реакторов НАСА, но она предназначена только для наземного использования.[нужна цитата ]

Россия

видеть ТЭМ (ядерная двигательная установка) Проект ТЕА начался в 2009 году с целью привести в действие двигатель Марса.

Март 2016 - Получена первая партия ядерного топлива.[нужна цитата ]

Октябрь 2018 - Успешные начальные испытания системы водяного радиатора[9]

Концепции

Реактор с галечным слоем в сочетании с газовой турбиной

А реактор с галечным слоем с использованием газообразного азот Возможным источником тепла может быть теплоноситель, близкий к нормальному атмосферному давлению. Производство электроэнергии может быть выполнено с газовая турбина технология, которая хорошо развита. Ядерное топливо был бы сильно обогащен уран заключен в низко-бор графит шары диаметром, вероятно, 5–10 см. Графит также смягчил бы нейтроны ядерной реакции.[нужна цитата ]

Этот тип реактора может быть изначально безопасным. По мере нагрева 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.[нужна цитата ]

Графитовая оболочка 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 продукты деления. Поскольку этот тип реактора обеспечивает высокую мощность без тяжелых отливок для удержания высокого давления, он хорошо подходит для питания космических кораблей.[нужна цитата ]

Новые концепции электрических силовых установок

Для использования с мощными ядерными системами выработки электроэнергии было предложено множество технологий электрического движения, в том числе: ВАСИМР, DS4G, и импульсный индуктивный двигатель малой тяги (ЯМА). PIT и VASIMR уникальны своей способностью выбирать между использованием мощности и удельным импульсом (показатель эффективности, см. удельный импульс ) и тяги в полете. У PIT есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что не требуется кондиционированная мощность.[нужна цитата ]

Электроэнергетика

Было предложено несколько схем преобразования тепла в электроэнергию. В ближайшее время Цикл Ренкина, Цикл Брайтона, и Цикл Стирлинга генераторы проходят промежуточную механическую фазу с сопутствующими потерями энергии. Предлагались и более экзотические технологии: термоэлектрический (включая графен преобразование тепловой энергии на основе[10][11][12]), пироэлектрический, термофотовольтаический, термоэлектронный и магнитогидродинамический тип термоэлектрические материалы.

Другие типы концепций ядерной энергетики в космосе

Основные статьи: Ядерная энергия в космосе, Ядерная двигательная установка, и Ядерный импульсный двигатель

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы, радиоизотопные нагреватели, радиоизотопные пьезоэлектрические генераторы, а радиоизотопная ракета все используют тепло от статического радиоактивного источника (обычно Плутоний-238 ) для низкого уровня мощности электрической или прямой тяги. Другие концепции включают ядерная тепловая ракета, ракета-осколок, ядерная импульсная тяга, и возможность термоядерная ракета, при условии, что термоядерная реакция технология будет разработана в какой-то момент в ближайшем будущем.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дэвид Буден (2011), Энергетические системы с расщеплением космических ядер: Книга 3: Двигательные и энергетические установки космических ядер
  2. ^ Джозеф А. Анджело и Дэвид Буден (1985), Космическая ядерная энергетика
  3. ^ НАСА / Лаборатория реактивного движения / MSFC / 12-й ежегодный семинар по усовершенствованным космическим двигателям (2001 г.), Серия испытаний безопасного доступного двигателя деления (SAFE) )
  4. ^ НАСА (2010), Заключительный отчет о технико-экономическом обосновании системы малой мощности ядерного деления
  5. ^ Патрик МакКлюр и Дэвид Постон (2013), Проектирование и испытания малых ядерных реакторов для оборонного и космического применения
  6. ^ Мохамед С. Эль-Генк и Жан-Мишель П. Турнье (2011 г.), Использование жидкометаллических и водяных тепловых труб в энергосистемах с космическими реакторами
  7. ^ Комиссия по атомной энергии США (1969), Ядерные космические реакторы SNAP
  8. ^ Space.com (17 мая 2013 г.), Как электрический космический корабль может доставить НАСА к Марсу
  9. ^ RT. «Россия 'испытывает' ключевой элемент ядерного космического двигателя, чтобы произвести революцию в полетах на большие расстояния». rt.com. Получено 15 ноября 2018.
  10. ^ Обзор технологий, 5 марта 2012 г .: Графеновая батарея превращает окружающее тепло в электрический ток
  11. ^ Научные отчеты, 22 августа 2012 г .: Фотоэлектрические элементы на основе графена для преобразования тепловой энергии в ближней зоне
  12. ^ MIT News, 7 октября 2011 г .: Графен показывает необычный термоэлектрический отклик на свет