К чему размышлять о проблемах транспортировки грузов в открытом космосе, когда тут, на Земле, такая рыбалка в астрахани! Только здесь вас ждет всегда богатый улов, отличная экология и природа, достойная холста любого художника. Узнайте подробности на astrakhan-pearl.ru.

Для осуществления транспортных операций будет использоваться многоразовый межорбитальный буксир на основе электроракетной двигательной установки, питаемой от ЯЭУ термоэмиссионного типа мощностью 2-6 МВт.

В качестве источника питания ЭРДУ могут быть рассмотрены как ядерные, так и солнечные энергоустановки. В настоящее время наиболее распространенными и продвинутыми являются солнечные батареи. Однако создание СБ мегаватного уровня представляется непростой задачей ввиду больших габаритов таких СБ. Альтернативой таким СБ могут рассматриваться термоэмиссионные ЯЭУ аналогичной мощности. Особенностью этого типа ЯЭУ является высокая нижняя температура термодинамического цикла, что приводит к малой площади холодильника-излучателя и, соответственно, к малым габаритам всей установки.

Оценочная зависимость удельной массы ЯЭУ мегаваттного класса (с ресурсом 3-5 лет) на базе перспективных технологий при уровне мощности 5 — 10 МВт

Оценочная зависимость удельной массы ЯЭУ мегаваттного класса (с ресурсом от 3-5 лет) на базе перспективных технологий при уровне мощности 5-10 МВт приведена на рис. выше.

Ниже представлены результаты проектно-баллистических исследований ММБ на основе ЭРДУ, питаемой от термоэмиссионной ЯЭУ.

При проведении проектно-баллистических исследований предполагалось, что один буксир должен доставлять на низкую орбиту (НО) ИСЛ высотой 100 км полезный груз (ПГ) не менее 30 т и совершать один грузовой рейс за -180 сут. ПГ доставляется на НО ИСЗ PH грузоподъемностью порядка 60 т. Затем ПГ доставляется на радиационно-безопасную орбиту высотой 800 км с помощью разгонного блока (РБ) типа «Фрегат». Вместе с ПГ доставляются система хранения и подачи (СХП) с рабочим телом для полета на НО ИСЛ и обратно. Сам ММБ включает в свой состав ЯЭУ, ЭРДУ, силовой преобразовательный блок (СПБ), приборный отсек (ПО), ферму отодвижения и устройство стыковки (УС).

Схема функционирования ММБ может быть следующей:

Вы не гениальный ученый, а обычный человек, которому не чуждо чувство азарта? Значит, вас определенно точно заинтересует рейтинг казино, в которых действительно можно выиграть и где вас никто не будет обманывать! Ознакомиться с таким рейтингом вы сможете на сайте free-slot.ru.

При проведении проектно-баллистических исследований принимались следующие удельные массы: СБ — 4 кг/кВт, ЭРД — 1 кг/кВт, СХП — 0,15 кг/кг р.т. и СПБ — 1 кг/кВт, а масса ПО -665 кг. В качестве рабочего тела могут рассматриваться ксенон или аргон.

Суммарная продолжительность одного рейса не более 180 сут.

Характерная траектория перелета ММБ: а) к Луне; б) от Луны к Земле

Примеры траектории перелета солнечного ММБ к Луне и обратно приведены на рис. выше соответственно. Траектория Луны показана пунктирной линией, а траектория ММБ — сплошной. Видно, что траектория представляет постепенно раскручивающуюся или скручивающуюся спираль. Радиус сферы влияния Луны принимался 102000 км. Скорость входа ММБ в сферу влияния Луны составит 200-300 м/с. Аналогичный вид будут иметь траектории скрутки и раскрутки ММБ у Луны.

Зависимость массы ПГ, МБ, рабочего тела, СХП и удельного импульса ЭРДУ от мощности СБ при массе активного блока 60 т

Из зависимостей, приведенных на рис. выше, видно, что создание ММБ с СБ мощностью более 4 МВт является нецелесообразным (для
заданной грузоподъемности PH в 60 т) ввиду того, что дальнейшее увеличение мощности не приводит к значительному росту массы ПГ, доставляемого к Луне. Для доставки ПГ массой 30 т параметры солнечного ММБ с перспективными характеристиками СБ будут следующие:

Зависимость продолжительностей перелета и работы ЭРДУ МБ от мощности СБ при массе активного блока 60 т

На рис. выше приведены зависимости временных параметров транспортной операции между орбитами Земли и Луны от мощности солнечной энергоустановки. Анализ зависимостей показывает, что суммарная продолжительность одного рейса возрастает с ростом мощности ММБ. Также возрастает и суммарная продолжительность работы ЭРДУ. Причем, рост идет при возвращении ММБ на низкую ОИСЗ. Это связано с уменьшением тяговооруженности ММБ из-за роста удельного импульса ЭРДУ и роста массы ММБ при увеличении мощности. Еще одной причиной является наличие теней от Земли и Луны. При прохождении тени, СБ, а следовательно и ЭРДУ ММБ, не работают. Это приводит к увеличению продолжительности перелета и к росту эксцентричности конечной орбиты ММБ. При раскрутке увеличение эксцентриситета является положительным моментом, тогда как при скрутке это приводит к дополнительным затратам времени на формирование конечной квазикруговой орбиты. При расчете продолжительности рейса так же следует учитывать дополнительные ~40 сут для фазирования долготы восходящего узла относительно восходящего узла лунной орбиты. Необходимость в этом связана с тем, что из-за несферичности поля тяготения Земли происходит прецессия восходящего узла орбиты ММБ. Прецессия узлов лунной орбиты происходит под действием возмущений от Солнца со скоростью ~0,053°/сут. Скорость прецессии узлов орбиты ММБ зависит от ее текущей высоты и может достигать 5,3 градусов в сутки на низких орбитах. Поэтому дату старта необходимо рассчитывать так, чтобы за время перелета ММБ к Луне плоскость его орбиты совместилась с плоскостью орбиты Луны. Таким образом, суммарная продолжительность одного рейса ММБ мощностью ~1,89 МВт составит ~180 сут.

Возможный облик ММБ с солнечной энергоустановкой

Один из возможных обликов ММБ с солнечной энергетической установкой показан на рис. выше.

Предпочитаете думать о делах более насущных и земных, чем разбираться в работе межорбитального буксира. Так, в частности, планируете приобрести строительные материалы высокого качества и построить дом для своей семьи? Тогда вам определенно точно следует заглянуть на nikastroy.ru, где вы сможете совершить такую покупку на выгодных для себя условиях!

Солнечный ММБ включает солнечные батареи, ЭРДУ, силовой преобразовательный блок, приборный отсек и устройство стыковки. Такой ММБ, в виду больших площадей солнечных батарей, должен собираться с помощью космонавтов на специальном орбитальном сборочном комплексе.

Эффективность и размеры ММБ с СБ будут определяться КПД ФЭП и конструктивным совершенством конструкции СБ. С ростом КПД уменьшается требуемая площадь СБ (при фиксированной мощности) и, следовательно, их размеры и масса, уменьшаются затраты на выведение СБ на орбиту и на их развертывание. Снижение затрат можно будет наблюдать и при уменьшении массы конструкции, которая будет так же снижаться по мере уменьшения площади СБ и применения различных легких композиционных конструкционных материалов. Использование концентраторов позволит уменьшить стоимость СБ за счет сокращения требуемой площади ФЭП, являющихся наиболее дорогостоящим элементом СБ.

За последние два десятилетия технология создания СБ значительно продвинулась. Это связано с созданием многопереходных арсенид-га-лиевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), КПД которых в настоящее время достиг почти 41%, а в перспективе может достичь и 60% [5.46]. Недостатком таких ФЭП является их большая, относительно кремниевых ФЭП, стоимость. Однако, по мере освоения производства и наладки массового выпуска их стоимость будет снижаться. Поэтому применение многопререходных арсенид-галиевых ФЭП может быть перспективным. Применение концентраторов также позволит снизить стоимость СБ за счет уменьшения непосредственной площади ФЭП. В настоящее время созданы легкие композитные материалы и технологии их обработки и применения, что также повышает энергомассовые характеристики СБ.

В результате совместных работ РКК «Энергия» и ФТИ им. А.Ф. Иоффе в начале 2000-х г. была предложена концепция усовершенствованной панели СБ. Изготовленная по предложенной концепция СБ будет иметь следующие преимущества по сравнению с существующими:

—    улучшенные массо-габаритные и энергетические характеристики;

—    повышенную радиационную стойкость и меньшую степень деградации.

Предложенная концепция базируется на технологии высокоэффективных арсенид-галлиевых ФЭП и солнечных концентраторов на основе линзы Френеля.

Отдельная ячейка СБ представляет собой многопереходный ар- сенид-галлиевый фотоэлектрический преобразователь квадратной формы с размерами 3,5×3,5 мм, и смонтированный над ним концентратор квадратной формы на основе линзы Френеля с поперечным размером 25×25 мм. Фокусное расстояние концентратора составляет ~30 мм, что и определяет толщину панели батареи. Электрический КПД многопереходного преобразователя в перспективе может составить -40% и более.

Основа панели солнечной батареи — силовой каркас из углепластика, обеспечивающий позиционирование линз Френеля относительно преобразователей, их фиксацию и восприятие механических нагрузок. Силовой каркас образован набором квадратных ячеек, причем каждые две ячейки, соединенные по ребру двугранного угла, образуют парный элемент, из которого может быть собрана панель произвольного размера. Каждая пара ячеек каркаса поддерживает блок из 16 линз Френеля. Такой блок имеет 9 опорных точек, по которым осуществляется крепление блока линз к силовому каркасу. Отдельные элементы преобразователя, размещенные в фокусе линз Френеля, смонтированы на поверхности радиатора. Радиатор представляет собой алюминиевый лист толщиной 0,1 мм, на обе стороны которого нанесено покрытие, обеспечивающее заданные излучательные характеристики. Электрическая коммутация отдельных преобразователей осуществляется медными фольговыми шинами, изолированными полиамидной пленкой.

Совершенно не поняли о чем эта статья? Так это от недосыпу! А это значит, что вам просто жизненно необходимо купить мягкий матрас, на котором вы уснете в считанные минуты. Ну а на следующий день вы сможете повторно прочесть эту статью и разобраться во всех особенностях развертывания транспортного комплекса на основе ММБ с ЯЭРДУ!

Особенностью использования ЯЭРДУ является необходимость первого запуска ЯЭУ на так называемой радиационно-безопасной орбите (РБО), где время существования достаточно для спада накопившейся радиоактивности реактора. Это время зависит от характеристик ММБ, типа и срока работы ЯЭУ. Считается, что высота РБО должна быть не менее 800 км.

РН «Ангара-5»

Анализ возможных схем развертывания ММБ мощностью 1-1,5 МВт показал, что для решения транспортных задач на участке «орбита Земли — орбита Луны» при использовании существующих и разрабатываемых PH грузоподъемностью класса «Протон» («Ангара-5», «Русь-М») и выше необходимо использовать двухпусковую схему выведения ММБ, при которой модуль с ЯЭУ («энергомодуль») выводится отдельно от блока полезной нагрузки. Это позволяет во многом унифицировать систему доставки модулей на сборочную орбиту использованием единой PH для многократного выведения полезного
груза. Для ММБ большой мощности (4-6 МВт) возможно реализовать однопусковую схему выведения ПГ массой порядка 30 т при создании PH грузоподъемностью 60-100 т.

При двухпусковой (и более) схеме развертывания транспортного комплекса актуальной является проблема преодоления квантованности, возникающей вследствие размещения систем в двух исходно разделенных блоках. Одним из путей преодоления этого эффекта может быть разделение ЭРДУ (вместе с запасом рабочего тела) на две подсистемы, размещаемые в обоих стыкуемых блоках. При этом конструкция стыковочного узла должна предусматривать как механическую, так и электрическую стыковку соответствующих блоков. Следует лишь отметить, что операции стыковки в космосе освоены (в РКК «Энергия» проведено более 200 стыковок) и являются штатной операцией развертывания и поддержания функционирования космических комплексов.

Система хранения и подачи может быть комбинированного типа: криогенная — для работы двигателей в режиме транспортирования полезного груза, обеспечивающая минимальные габариты и массу сухой СХП, и газобаллонная — для работы двигателей в режиме обеспечения ориентации и коррекции орбиты в течение срока активного существования КА (при необходимости) или только криогенная.

Размерность тягового модуля. Для околоземных ММБ мощностью 500-1500 кВт подсистему тяговых модулей целесообразно построить на базе единого модуля ЭРД электрической мощностью 25-50 кВт. В РКК «Энергия» ЭРД такой мощности были созданы и испытаны. Мощность тягового модуля в 25-50 кВт позволяет
уже в настоящее время на существующих отечественных базах производить наземную отработку ЭРД и модулей в целом.

Однако применительно к ЯЭРДУ мегаваттного класса потребуется увеличение мощности единичного ЭРД по крайней мере до 100 кВт. Такие проработки были выполнены и принципиально создание ЭРД такой мощности не вызывает сомнений. Проектные параметры ЭРД типа ДАС электрической мощностью 100 кВт следующие:

Может оказаться эффективным использование магнитоплазменных сильноточных двигателей на литии, преимуществом которых является возможность создания двигателя большой единичной мощности (500-1000 кВт и возможно более). Такой двигатель мощностью до 500 кВт был создан в РКК «Энергия» и прошел ресурсные испытания в течение 400 час (рис. ниже). Большим преимуществом такого двигателя, кроме большой единичной мощности, является также низкое рабочее напряжение (до 100 В), что позволяет непосредственное (без системы преобразования тока и повышения напряжения) подсоединение к термоэмиссионному реактору-преобразователю, рабочее напряжение которого 100-125 В. Для больших мощностей это существенное снижение массы ЯЭРДУ. При использовании сильноточных двигателей на литии единичная мощность двигателя должна составить 500-1000 кВт.

Прошедший ресурсные испытания сильноточный стационарный плазменный двигатель электрической мощностью 500 кВт:
1 — изоляторы; 2 — соединительные узлы; 3 — нагреватель; 4 — катод-испаритель; 5 — нейтральный экран; 6 — анод; 7 — соленоид

Хранение лития целесообразно внутри холодильника-излучателя ЯЭУ. При неработающей ЯЭУ он будет в твердом состоянии, а при работающей — в жидком (разогретом за счет тепла от холодильника-излучателя). Такая схема существенно упрощает систему хранения и подачи, и, кроме того, баки с литием являются прекрасной нейтронной защитой полезного груза, что при соответствующей компоновке баков может заметно уменьшить массу радиационной защиты, входящей в состав ЯЭУ.

Гораздо больше, чем электроракетная двигательная установка, подходящие для осуществления миссий на Луну, вас интересует вся доступная инофрмация по теме – bank offshore to open bank account without personal visit to the bank. В таком случае вам определенно точно следует заглянуть на сайт www.dubai-international-bank.com. Здесь вы узнаете обо всех преимуществах оффшорных счетов в международном банке Дубай.

Маршевая ЭРДУ большой мощности с электропитанием от ЯЭУ является средством увеличения массы ПГ, доставляемого на рабочую орбиту, за счет высокого удельного импульса ЭРД.

Концепция ЭРДУ, с учетом большой подводимой мощности, при использовании холловских или ионных электрореактивных двигателей должна быть выбрана многодвигательной.

В состав ЭРДУ входят тяговые модули; система хранения и подачи рабочего тела; система электропитания и управления. Тяговые модули должны обеспечивать создание тяги в течение заданного цикла работы ЯЭРДУ, а в некоторых случаях — длительного поддержания орбиты и ориентации транспортного средства. Система хранения и подачи предназначена для хранения рабочего тела и подачи его под заданным давлением к тяговым модулям. Система электропитания и управления предназначена для коммутации электрических цепей тяговых модулей
и системы хранения и подачи и обеспечения поддержания номинальной тяги ЭРДУ. Для создания управляющих моментов маршевые тяговые модули могут быть установлены на поворотных кронштейнах, либо в состав ЭРДУ могут быть введены еще несколько таких модулей.

Электроракетный двигатель. Для решения рассматриваемых задач доставки полезного груза с орбиты Земли на орбиту Луны наиболее подходят холловские электроракетные двигатели типа СПД (стационарный плазменный двигатель) или ДАС (двигатель с анодным слоем), а также ионные двигатели. В нашей стране наибольший практический опыт использования ЭРД накоплен в области СПД, которые могут эффективно использоваться в диапазоне требуемого I_уд от 15 до 30 км/с. При необходимости перехода к более высоким I_уд предпочтительнее для использования в составе ЯЭРДУ для решения задач как в околоземном, так и в дальнем космосе становится ЭРД типа ДАС, который имеет меньшие габариты по сравнению с СПД и ионными двигателями и из-за отсутствия изоляции в разрядной камере устойчиво работает при повышенных напряжениях (1 кВ и более). Ввиду применения в ДАС проводящих материалов для стенок разрядной камеры расширяется выбор материалов с малым коэффициентом ионного распыления, что в перспективе позволяет значительно повысить ресурс ДАС по сравнению с СПД.

В 1960-х-1970-х г. широко исследовались СПД и двухступенчатые ДАС. Значительный объем работ по таким двигателям был выполнен в РКК «Энергия», ЦНИИмаш. Двигатели продемонстрировали
возможность получения удельного импульса в диапазоне 20-80 км/с. Испытания проводились, в том числе, на ксеноне, цезии и висмуте. В конце 1960-х был испытан двухступенчатый ДАС, который при работе на висмуте с потребляемой мощностью более 100 кВт показал удельный импульс 80 км/с и КПД около 80%. Ресурс составил несколько тысяч часов. Двигатель также был испытан на ксеноне и цезии.

Практическое применение СПД началось с 1972 г. За это время в составе КА на орбите отработали более 100 СПД разработки ОКБ «Факел», а около полусотни продолжают эксплуатироваться. Суммарная наработка в космосе составляет более 100 тысяч часов.

В классе повышенной мощности ОКБ «Факел» совместно с НИИП-МЭ МАИ создали двигатели СПД-140, СПД-160 и СПД-180, в Центре Келдыша разработан двигатель типа СПД Т-160. В ЦНИИмаш на базе ускорителей с анодным слоем разработаны двигатели Д-100-1 (одноступенчатая) и Д-100-2 (двухступенчатая схема). Ведутся проработки ЭРД мощностью до 50 кВт в единичном модуле.

Конструкция двигателя с анодным слоем электрической мощностью 30 кВт: 1 — диск-радиатор внешний; 2 — диск-радиатор внутренний; 3 — втулка; 4 — магнит постоянный; 5 — катод-нейтрализатор; 6 — тепловая труба; 7 — внутренний полюс магнитной системы; 8 — внешний полюс магнитной системы; 9 — катод II ступени; 10 — катод I ступени; 11 —анод-газораспределитель; 12 — магнитопровод; 13 — пружина

На рис. выше приведена конструкция одного из вариантов ДАС. Такой двигатель имеет подтвержденные тяговые характеристики, значительный задел экспериментальных и конструкторских работ, позволяющий быстро перейти к ОКР.

Ближайшим прототипом предлагаемого единичного модуля ЭРД в настоящее время является двухступенчатый ДАС ТМ-50 разработки ЦНИИМаш, прошедший экспериментальную проверку на стенде в Glenn Research Center (США) со следующими характеристиками:

Ни для кого не секрет, что российская космическая отрасль переживает настоящий кризис, причиной которого является непродуманная организация всего рабочего процесса и, конечно же, низкое финансирование. Второе целиком и полностью ложится на плечи государства, ну а с первым вполне справится организация проведения специальной оценки условий труда, проведенная сторонними специалистами, на роль которых идеально подойдут сотрудники компании «Технологии труда».

Принципиальная схема космической ЯЭУ с газотурбинной схемой преобразованияэнергии и капельнымхолодильником-излучателей приведена на рис. ниже, а ее оцениваемые характеристики — в табл. ниже.

Принципиальная схема ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии АЗ — активная зона; БВД — бак высокого давления; БНД — бак низкого давления; БО — блок отражателя; БТ — бак теплоносителя; К — корпус реактора;

М — газоциркулятор; Н — насос; Р1 ,Р2 — рекуператор; РЗ — радиационная защита; СБ — стержни безопасности; СОТР — система обеспечения теплового режима; ТГ1 ,ТГ2 — турбогенератор; ТК1 ,ТК2 — турбокомпрессор; ТO1 ,ТO2 — промежуточный теплообменник; ХИ — холодильник-излучатель

Таблица. Основные характеристики реакторов ЯЭУ канального типа для работы в контурах газотурбинных установок

С апреля 2010 г. в рамках Президентской программы модернизации экономики России в нашей стране приоритетным направлением работ по созданию ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) с уровнем электрической мощности порядка 1 МВт выбрана газотурбинная схема преобразования энергии с газоохлаждаемым реактором на быстрых нейтронах с требованием по обеспечению ресурса ЯЭУ до 10 лет и реализацией в 2010-2018 годах.

Такое изделие как труба полиэтиленовая используется даже в ракетостроении, поэтому целесообразность ее бытового применения на Земле более чем оправдана. Полиэтиленовые трубы идеально подойдут для обустройства систем водоснабжения, канализации и даже газификации вашего дома.

Основные характеристики наиболее компактной 19-модульной ЯЭУ с жестким холодильником-излучателем следующие:

Одновременно выполнялись проектные работы по такой ЯЭУ меньшей и большей мощности.

Рассматриваемые ЯЭУ являются низковольтными (100-120В) источниками электроэнергии, поэтому в состав ЯЭРДУ должна входить система преобразования постоянного тока в переменный и трансформатор для последующего повышения напряжения.

Газо- и паротурбинные схемы ЯЭУ обладают преимуществом перед термоэмиссионной из-за возможности получения относительно
высокого требуемого для питания ЭРДУ напряжения (сотни и тысячи вольт), в результате чего не требуется система преобразования постоянного тока в переменный и последующего повышения напряжения. Преимуществом является также возможность использования задела наземной энергетики.

Проектные разработки ЯЭУ с преобразователями динамического типа по циклам Брайтона, Ренкина, а также Стирлинга выполнялись как в США, так и в нашей стране. Рассматривались различные варианты источника тепла — как ядерные, так и солнечные.

В США в 60-е годы 20-го века были разработаны и созданы преобразователь энергии по циклу Брайтона, работающий от солнечного или радиоизотопного нагревателя мощностью 25 и 2 кВт. Четыре прототипа проработали на испытаниях в общей сложности более 40 000 часов. Для проектов исследования ледяных лун Юпитера рассматривался динамический преобразователь энергии на основе цикла Брайтона с ресурсом до 5-10 лет при мощности от 100 до 250 кВт и удельной массе менее 40 кг/кВт.

В нашей стране было разработано несколько концептуальных проектов газотурбинных ЯЭУ. В НПО «Энергомаш» в кооперации был разработан концептуальный проект вариантов ядерных замкнутых газотурбинных ЭУ (ЗГТЭУ) и энергодвигательных установок (ЗГТЭДУ) электрической мощностью 46 кВт для вывода на ГСО и последующего энергопитания информационного КА. Был выбран вариант с газоохлаждаемым ядерным реактором. Были проработаны три варианта газотурбинных установок мощностью 46 кВт: с ядерным реактором на основе технологии высокотемпературных газовых реакторов; с магнитоплазмодинамическим электроракетным двигателем, с ядерным реактором на основе технологии ЯРД. КА выводятся с промежуточной орбиты 800 км на ГСО или быстро с помощью ядерной ЗГТЭДУ, или медленно с помощью ионных ЭРД, электропитание которых обеспечивается ядерной ЗГТЭУ.

НИКИЭТ им. Доллежаля в кооперации разработал концепцию ЯЭУ электрической мощностью 100 и 500 кВт на основе газоохлаждаемого реактора с газотурбинным преобразованием энергии по циклу Брайтона. В системе теплоотвода неиспользованного тепла цикла в качестве холодильника-излучателя (ХИ) рассмотрены твердотельные (трубчато-панельные и на основе тепловых труб) и капельные ХИ.

Рассматриваемая ЯЭУ полезной электрической мощностью 100 или 500 кВт состоит из следующих основных систем:

• ядерного реактора, являющегося источником тепловой энергии;
  
• системы преобразования тепловой энергии в электрическую;
  
• системы отвода в окружающее пространство тепловой энергии, не использованной в процессе преобразования;
  
• силовой и информационной кабельных сетей;
  
• системы автоматического управления, размещаемой в приборном отсеке (ПО) модуля служебных систем.
  

Ваш ребенок просто обожает космос и все, что с ним связано, поэтому вы планируете подарить ему развивающую игрушку, которая позволит ему колонизировать Луну, не выходя из дома? Тогда вам определенно точно пригодится детский мир промокод. С ним вы сможете купить такую игрушку гораздо дешевле!

Работы в области атомной энергетики для применения в космическом пространстве были начаты почти одновременно в СССР и США в конце 1950-х — начале 1960-х г. еще на начальном этапе исследования и освоения космического пространства. В СССР разработка космических ЯЭУ была обусловлена необходимостью обеспечить КА систем разведки с радиолокационными станциями на борту достаточно мощным (несколько киловатт) источником электроэнергии. Энергоемкость и компактность реакторных источников энергии выгодно отличали их от распространенных тогда солнечных батарей. Такие преимущества, как лучшие массогабаритные характеристики, отсутствие зависимости генерируемой мощности от положения КА относительно Солнца и принципиальная возможность работы на форсированных режимах сыграли определяющую роль при выборе ЯЭУ в качестве источника электроэнергии разрабатываемых радиолокационных КА морской разведки.

На начальной стадии разработки космических ЯЭУ рассматривались различные схемы преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую: динамические (паро- и газотурбинные) и безмашинные (термоэлектрические и термоэмиссионные). К разрабатываемым ЯЭУ предъявлялись жесткие требования по массе и габаритам, надежности, ядерной и радиационной безопасности и т.п. В результате предпочтение было отдано ЯЭУ с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую, работы по которым с начала 1960-х г. велись практически параллельно.

Первой была создана космическая ЯЭУ «Бук» с термоэлектрическим генератором электрической мощностью 3 кВт. В соответствии с Постановлением Правительства полномасштабные работы по такой ЯЭУ для конкретного К А были начаты в 1962 г.

ЯЭУ «Бук» была создана НПО «Красная Звезда», в которое вошли ряд предприятий атомной и авиационной промышленности. ЯЭУ «Бук» представляла собой двухконтурную установку с реактором на быстрых нейтронах. В качестве теплоносителя первого и второго контуров использовалась эвтектика натрий-калий, в качестве конструкционного материала — нержавеющая стать. Термоэлектрический генератор был двухкаскадным на основе средне- и высокотемпературных (кремний-германий) термоэлектрических материалов. Холодильник-излучатель — трубчато-ребристого типа, перекачка жидкометаллического теплоносителя обеих контуров осуществлялась кондукционными электромагнитными насосами.

КА «УС-А» с ЯЭУ «Бук» с 1970 г. запускались с площадки 95 космодрома Байконур PH «Циклон» на орбиты, близкие к круговым, с наклонением 65° и высотой 250-370 км. По завершению активного функционирования радиационно-опасные части ЯЭУ выводились на орбиту «высвечивания» высотой более 800 км. С 1975 г. ЯЭУ «Бук» была принята в эксплуатацию (на вооружение). Всего с 1970 по 1988 г. за период испытаний и эксплуатации было запущено 32 КА с ЯЭУ «Бук» (рис. ниже).

Космический аппарат УС-А с ЯЭУ «Бук»

Запуски низкоорбитальных КА серии «УС» системы радиолокационной морской космической разведки и целеуказания с ЯЭУ «Бук» решили чрезвычайно важную в то время стратегическую задачу — обеспечили контроль за авианесущими соединениями США и НАТО в акватории мирового океана.

Макет ЯЭУ «Топаз»

Одновременно в качестве дублирующей ЯЭУ «Бук» выполнялась разработка термоэмиссионной ЯЭУ «Топаз», но с более высоким уровнем мощности (5-6 кВт). Термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) является аналогом радиолампы — вакуумного диода, работающего однако не в режиме усиления мощности, а в режиме ее генерации. Принцип действия ТЭП и возможные схемы его конструкционной реализации представляют исключительно благоприятные возможности для энергетического сопряжения с реактором, в том числе с расположением преобразователя непосредственно в активной зоне реактора. Совокупность ядерного реактора и встроенного в активную зону ТЭП называют термоэмиссионным реактором-преобразователем (ТРП). Объединение в одном агрегате — ТРП — источника тепла и его преобразования в электроэнергию позволяет с минимальными потерями температурного потенциала реализовать высокую температуру термодинамического цикла преобразования энергии. В тоже время зона высокой температуры ограничена элементарной ячейкой ТРП — механически не нагруженным электрогенерирующим элементом, оболочка которого изготовлена из вольфрама, а все нагруженные элементы работают при нижней температуре термодинамического цикла. Это существенно облегчает создание всех компонентов ЯЭУ, а свойственная циклу термоэмиссионного преобразования достаточно высокая нижняя температура цикла в условиях космического пространства, где интенсивность отвода тепла пропорциональна температуре в четвертой степени, позволяет свести к минимуму габаритные размеры системы охлаждения и создать компактную ЯЭУ, габариты которой примерно на порядок меньше размеров ЯЭУ с любыми типами преобразователей, расположенных вне активной зоны реактора.

На рассматриваемом втором этапе функционирования лунной транспортной космической системы может оказаться целесообразной предлагаемая РКК «Энергия» следующая схема транспортировки людей (рис. ниже).

Схема транспортировки людей на втором этапе функционирования многоразовой транспортной системы

Ракета-носитель тяжелого класса выводит на опорную околоземную орбиту контейнер с водородом (полезный груз ММБ) и контейнер с рабочим телом для собственно буксира на полный цикл полета с околоземной на окололунную орбиту и обратно. Далее эти два контейнера с помощью малого разгонного блока переводятся на орбиту базирования ММБ и стыкуются с ним. Затем к контейнеру с водородом стыкуется многоразовый лунный пилотируемый корабль и заправляется водородом на полный цикл полета по маршруту околоземная орбита — окололунная орбита — околоземная орбита. Заправка корабля в составе буксира может оказаться целесообразной потому, что при заправке водородом холодильные машины будут потреблять большое количество электроэнергии, которую обеспечит энергоустановка буксира мегаваттной мощности.

После заправки и отделения корабля буксир совершает перелет с околоземной на окололунную орбиту, где стыкуется с лунной орбитальной станцией и перекачивает оставшийся водород в ее баки. Во время полета буксира многоразовый грузовой взлетно-посадочный комплекс с грузом кислорода, произведенного на Луне, совершает один или несколько рейсов к лунной орбитальной станции с целью заправки «лунным» кислородом ее баков.

После стыковки буксира со станцией ракета-носитель среднего класса (с массой полезного груза на опорной орбите 12-14 т) выводит на опорную орбиту транспортный пилотируемый корабль с экипажем, который стыкуется с многоразовым ЛПК, и экипаж переходит в лунный корабль. Весь период времени с момента заправки многоразового корабля водородом до момента его перехода на орбиту стыковки с транспортным пилотируемым кораблем, многоразовый корабль может находиться в составе околоземной орбитальной станции. За счет электроэнергии, вырабатываемой системой энергоснабжения станции, может происходить энергопитание холодильных машин, обеспечивающих хранение криогенных компонентов топлива в баках корабля.

После перехода экипажа на борт многоразового ЛПК, многоразовый ЛПК отделяется от транспортного пилотируемого корабля и совершает полет на окололунную орбиту, где стыкуется с лунной орбитальной станцией, а транспортный пилотируемый корабль остается на околоземной орбите. В составе лунной орбитальной станции происходит заправка многоразового корабля кислородом на полный цикл полета окололунная орбита — околоземная орбита — окололунная орбита. В составе лунной орбитальной станции также находится и многоразовый пилотируемый ВПК, заправленный водородом из баков станции на полный цикл полета по маршруту окололунная орбита — Луна — окололунная орбита и кислородом на полет с окололунной орбиты на Луну. После заправки многоразового корабля экипаж переходит в ВПК и совершает посадку на Луну.