Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[Бертикъ]

Тот Топаз не мог расплавиться, он же заглушен был

А он об этом знал?

4 июля 2008 года, согласно данным NASA, произошла фрагментация спутника «Космос-1818» на орбите. Предположительно, отделившиеся фрагменты сферической формы в количестве около 30 являются каплями металлического теплоносителя (эвтектического натрий-калиевого сплава с температурой плавления −13 °C) из разрушившегося по какой-то причине контура охлаждения реактора. Они двигались относительно спутника со скоростью не более 15 м/с, поэтому взрывное разрушение маловероятно. Орбиты отделившихся фрагментов лежат на высоте от 760 до 860 км.

Был заглушен 24 июня 1987 г., а разрушился только 4 июля 2008 г.
Вот ведь зараза!

[opinion]

Не учите дедушку кашлять. Вы просто всё проспали.

Electro-Luminescent Cooling: Light Emitting Diodes Above Unity Efficiency

И правда, пишут, что можно. Работает как тепловой насос. Так как при преобразовании электрической энергии в некогерентный свет энтропия возрастает, можно немного уменьшить энтропию газа фононов, не нарушая второй закон термодинамики. По крайней мере, так в статье объясняется.

[Alex_II]

Тот Топаз не мог расплавиться, он же заглушен был

А он об этом знал?

4 июля 2008 года, согласно данным NASA, произошла фрагментация спутника «Космос-1818» на орбите. Предположительно, отделившиеся фрагменты сферической формы в количестве около 30 являются каплями металлического теплоносителя (эвтектического натрий-калиевого сплава с температурой плавления −13 °C) из разрушившегося по какой-то причине контура охлаждения реактора. Они двигались относительно спутника со скоростью не более 15 м/с, поэтому взрывное разрушение маловероятно. Орбиты отделившихся фрагментов лежат на высоте от 760 до 860 км.

Был заглушен 24 июня 1987 г., а разрушился только 4 июля 2008 г.
Вот ведь зараза!

Ну да, конечно, заглушен... При этом сплав теплоносителя все еще оставался жидким... Ему правда немного надо для этого...

[Верный Союзник с Окинавы]

Не учите дедушку кашлять. Вы просто всё проспали.
Electro-Luminescent Cooling: Light Emitting Diodes Above Unity Efficiency

И правда, пишут, что можно. Работает как тепловой насос. Так как при преобразовании электрической энергии в некогерентный свет энтропия возрастает, можно немного уменьшить энтропию газа фононов, не нарушая второй закон термодинамики. По крайней мере, так в статье объясняется.

[Бертикъ]

Тот Топаз не мог расплавиться, он же заглушен был

А он об этом знал?

4 июля 2008 года, согласно данным NASA, произошла фрагментация спутника «Космос-1818» на орбите. Предположительно, отделившиеся фрагменты сферической формы в количестве около 30 являются каплями металлического теплоносителя (эвтектического натрий-калиевого сплава с температурой плавления −13 °C) из разрушившегося по какой-то причине контура охлаждения реактора. Они двигались относительно спутника со скоростью не более 15 м/с, поэтому взрывное разрушение маловероятно. Орбиты отделившихся фрагментов лежат на высоте от 760 до 860 км.

Был заглушен 24 июня 1987 г., а разрушился только 4 июля 2008 г.
Вот ведь зараза!

Ну да, конечно, заглушен... При этом сплав теплоносителя все еще оставался жидким... Ему правда немного надо для этого...

Да, эвтектика Na-K твердеет аж при минус 12. Потому и была жидкой спустя 21 год.

[Ивгениуш]

Вопрос в другом - куда нам девать 5,5 мегаватт лишнего тепла? Вакуум прекрасный теплоизолятор... Расплавится наш реактор как тот Топаз (космос-1818) на орбите...

Излучить в космос! При таких высоких температура охлаждение излучением просто великолепно идёт.

В одном НФ-романе от избытка тепла избавлялись путем излучения его в виде лазерного луча.)
Осталось придумать технологию.

Скорее всего это невозможно у лазерных установок очень низкий КПД.

[SONY]

Только вот на этих ста градусах и турбомашина выдаст не меньший кпд.

Во-первых, при таких малых перепадах он может не заработать вообще.

Во-вторых, при этом турбины - это подвижные элементы, от которых в космической технике стараются насколько это возможно избавляться. Ведь сначала турбине нужно будет выдержать очень сильные вибрации при выводе на орбиту (а турбины такое не любят), а затем ещё работать без обслуживания (с этим у турбин тоже некоторые проблемы).

[SONY]

Реактор "Топаза" имел тепловую мощность 150 кВт, электрическая мощность 6,6 кВт. 
(6,6/150)x100= 4,4% КПД

Ибо работал на перепаде с 873 до 773 К. КПД цикла Карно при таком перепаде - 11,5%. Топаз-1 дал 38% от КПД цикла Карно.

Берём перепад с 1500 до 1150 К, где КПД цикла Карно 23,3%, и термоэмиссионный преобразователь даст 9% КПД.

[OldChukchi]

Да, эвтектика Na-K твердеет аж при минус 12. Потому и была жидкой спустя 21 год.

думаю, он - теплоноситель -  и на солнце вполне мог прогреваться до перехода в жидкую фазу. Далее разрушение охлаждающего контура по любой причине - и есть утечка.

[SONY]

Топаза его невысокий КПД достигался при Tэ ~ 1700K. А чтобы получить КПД ~0,1 нужно поднять Tэ до 1900-2000K, а такие температуры влекут за собой определенные проблемы. 

Синявский В.В в своей публикации "Научно-технический задел по ядер-ному электроракетному межорбитальному буксиру «Геркулес»" (Космическая техника и технологии № 3/2013) заявляет:

Для проектов ЯЭУ мегаваттной мощности прошли реакторные испытания ЭГК с w  =  10...14  Вт/см2
 при КПД до 14%. При максимальных значениях Тэ 1 680 °С и 1 790 °С получены w  =  7,75 и 9,0 Вт/см2 при КПД 9,5 и 11,5% соответственно. Это достаточно высокие значения мощности при допустимых для обеспечения длительного ресурса температурах.

Так что, похоже, даже более 2000 К и, соответственно, более КПД 0,1 - не было проблемой уже к началу 90-х.

[Nicky]

Синявский В.В в своей публикации "Научно-технический задел по ядер-ному электроракетному межорбитальному буксиру «Геркулес»" (Космическая техника и технологии № 3/2013) заявляет:

Есть основания доверять этим заявлениям?

[Nicky]

Ибо работал на перепаде с 873 до 773 К.

Вы не путаете эффект термоэлектронной эмиссии с эффектом Зеебека? Разность температур это как раз про эффект Зеебека и она никаким боком к эмиссии. 

КПД цикла Карно при таком перепаде

Цикл Карно? А он тут каким боком? Карно это про термодинамику, а термоэлектронная эмиссия это про квантовую физику.

[KBOB]

Только вот на этих ста градусах и турбомашина выдаст не меньший кпд.

Во-первых, при таких малых перепадах он может не заработать вообще.

Во-вторых, при этом турбины - это подвижные элементы, от которых в космической технике стараются насколько это возможно избавляться. Ведь сначала турбине нужно будет выдержать очень сильные вибрации при выводе на орбиту (а турбины такое не любят), а затем ещё работать без обслуживания (с этим у турбин тоже некоторые проблемы).

Stirling Convertor Sets 14-Year Continuous Operation Milestone

9 марта 2020 г силовой преобразователь Стирлинга со свободным поршнем проработал 14 лет без обслуживания в исследовательской лаборатории Стирлинга в Исследовательском центре Гленна НАСА. Эта технология доказывает нашу способность приводить в действие космические корабли в долгосрочных космических полетах.

Рекордный преобразователь мощности, получивший название Technology Demonstration Convertor (TDC) # 13, является самым старым из нескольких преобразователей, проработавших от 10 до 14 лет в ходе испытаний, которые не показали никаких признаков ухудшения характеристик. Эта установка была введена в эксплуатацию в Гленне в 2002 году после того, как была поставлена компанией Stirling Technology Company.

Турбина не нужна. Я себе такой на дачу хочу - поставил на печку и получай электричество.

[Inti]

Турбина не нужна. Я себе такой на дачу хочу - поставил на печку и получай электричество.

https://www.aliexpress.com/i/4000014152146.html

[cross-track]

КПД цикла Карно при таком перепаде

Цикл Карно? А он тут каким боком? Карно это про термодинамику, а термоэлектронная эмиссия это про квантовую физику.

Термодинамика - это феноменологическая теория, основанная на самых общих физических законах, например, на законе сохранения энергии. Так что для термоэлектронной эмиссии термодинамика применима. Есть, кстати, и квантовая термодинамика, но ее применяют гораздо реже, чем классическую теорию.

[opinion]

КПД цикла Карно при таком перепаде

Цикл Карно? А он тут каким боком? Карно это про термодинамику, а термоэлектронная эмиссия это про квантовую физику.

Цикл Карно ограничивает КПД любого устройства, преобразующего тепло в работу. Иначе был бы возможен вечный двигатель.

[cross-track]

КПД цикла Карно при таком перепаде

Цикл Карно? А он тут каким боком? Карно это про термодинамику, а термоэлектронная эмиссия это про квантовую физику.

Цикл Карно ограничивает КПД любого устройства, преобразующего тепло в работу. Иначе был бы возможен вечный двигатель.

Когда говорим "тепло", думаем про "энергию"). Здесь еще важна "температура", а вот "температуру" не всегда можно корректно определить. Например, для фотоэлектрических преобразователей солнечного света с определенной спектральной чувствительностью это довольно тонкий момент.

[SONY]

Есть основания доверять этим заявлениям?

А каким же ещё доверять, если не этим?..

Вы не путаете эффект термоэлектронной эмиссии с эффектом Зеебека? Разность температур это как раз про эффект Зеебека и она никаким боком к эмиссии.

Кхм... Вы типа хотите сказать, что термоэмиссионный преобразователь будет работать БЕЗ перепада температур?..

Термоэмиссионный преобразователь - это просто одна из множества тепловых машин. Она, как и любая другая, требует для работы перепада температур, и работает тем эффективнее, чем этот перепад выше.

Цикл Карно? А он тут каким боком? Карно это про термодинамику, а термоэлектронная эмиссия это про квантовую физику.

При том, что цикл Карно даёт верхнее ограничение на КПД любой тепловой машины, и КПД идеального термоэмиссионного преобразователя равен КПД цикла Карно.

Разумеется, реальный преобразователь имеет КПД в 2-3 раза ниже цикла Карно. В идеальном преобразователе тепло должно переноситься от катода к аноду исключительно только электронами, но в реальности есть теплопроводность (катод не может "висеть в воздухе", он как-то да закреплён) и инфракрасное излучение. Да и другие источники потерь КПД всегда находятся. Как, впрочем, и в любых других тепловых машинах.

[SONY]

Stirling Convertor Sets 14-Year Continuous Operation Milestone

Двигатель Стирлинга - это действительно очень хорошая штука. НО:

1. его даже не рассматривали в рамках проекта ТЭМ, а мы тут, вроде, именно его обсуждаем, так что Стирлинг уже "за бортом";
2. он плохо справляется с очень высокими температурами. А чтобы уменьшить площадь радиаторов нам таки нужны высокие температуры... Т.е. Стирлинг мог бы, например, дать нам аж 40% КПД при перепаде температур с 1000 К до 400 К. Только вот это означало бы необходимость сбрасывать 720 кВт тепла при температуре 400 К... Для этого потребуется радиатор площадью 520 квадратных метров! Проще сделать преобразователь с КПД всего 8% (в пять раз ниже!), но работающий на перепаде с 1500 К до 1100 К. Да, сбрасывать нужно будет уже 5520 кВт, но при температуре 1100 К для этого потребуется радиатор площадью всего 70 квадратных метров...

[Quetzalcoatl]

Есть основания доверять этим заявлениям?

Конечно. Все эти зависимости КПД термоэмиссионных преобразователей от температуры были известны на практике еще в 60-е годы. 

Early United States developments aimed for solar energy and radioisotopes as thermal sources, and the Jet Propulsion Laboratory Solar Energy Technology program developed thermionic convertors that operated at ~1,900 K and ~150 W with 7–11% efficiency for up to ~11,000 h.

Можно еще выше задрать температуру и получить просто фантастические показатели плотности мощности. 


Только это все очень плохо масштабируется. Особенно с увеличением мощности за десятки киловатт и с требованием рабочего ресурса более 10 дней.  Хотя верить в чудодейственный прорыв в этом направлении не запрещается.