Ядерный двигатель

[Просто Василий]

Двигатели на анимации раскрытия ТЭМ КБ Арсенал, судя по их форме - РМПД? Роторные магнитоплазменные?

Такой двигатель только в патенте.

Судя по документу на сайте закупок, уже в разработке.

Патент не могу найти, но у него разве не предполагается что вращающийся ротор совмещён с турбиной преобразователя? Кто нибудь скиньте ещё раз патент.

[Tomacco]

Патент не могу найти, но у него разве не предполагается что вращающийся ротор совмещён с турбиной преобразователя?

Кроме такого, есть ещё и вариант РМПД с маховичным накопителем энергии.

[Просто Василий]

Вот он патент роторный: http://www.freepatent.ru/patents/2591972. Но та ТЭМ будут думаю СПД. Думаю суть РМПД в том что он накапливает энергию от реактора в маховике, а затем маховик отдает на РМПД, то есть реактор может иметь меньшую мощность, и быть легче.

[Tomacco]

Вот он патент роторный: http://www.freepatent.ru/patents/2591972.

В предлагаемой ЭРДУ энергетическая установка 1 используется на пассивных участках полета для раскрутки маховика 10. Длительность пассивных участков полета КА значительно превышает длительность активных участков полета. В связи с этим требуемая мощность энергетической установки 1 существенно ниже, чем в известных ЭРДУ. Благодаря этому обеспечивается значительное снижение массы энергетической установки.

Кроме того, в предлагаемой ЭРДУ в процессе создания тяги используется энергия, запасаемая в маховике 10. Поскольку удельная мощность маховичных накопителей на несколько порядков выше удельной мощности энергетических установок, предлагаемая ЭРДУ может создавать значительно большую тягу при одинаковых ограничениях на массу ЭРДУ.

Раз такое позволит получить двигателям на активных участках полета мощность существенно больше, чем может дать реактор, то это вызовет и значительное сокращение срока ресурса реактора, поскольку ему придется работать на полную мощность также и на пассивных участках полёта, чтобы заряжать маховичный накопитель. Впрочем, если такой форсаж позволит летать быстрее, то собственно он и те же самые перелетные миссии сможет выполнить, так как будет добираться за меньшие сроки.

[Просто Василий]

Вот он патент роторный: http://www.freepatent.ru/patents/2591972.

В предлагаемой ЭРДУ энергетическая установка 1 используется на пассивных участках полета для раскрутки маховика 10. Длительность пассивных участков полета КА значительно превышает длительность активных участков полета. В связи с этим требуемая мощность энергетической установки 1 существенно ниже, чем в известных ЭРДУ. Благодаря этому обеспечивается значительное снижение массы энергетической установки.

Кроме того, в предлагаемой ЭРДУ в процессе создания тяги используется энергия, запасаемая в маховике 10. Поскольку удельная мощность маховичных накопителей на несколько порядков выше удельной мощности энергетических установок, предлагаемая ЭРДУ может создавать значительно большую тягу при одинаковых ограничениях на массу ЭРДУ.

Раз такое позволит получить двигателям на активных участках полета мощность существенно больше, чем может дать реактор, то это вызовет и значительное сокращение срока ресурса реактора, поскольку ему придется работать на полную мощность также и на пассивных участках полёта, чтобы заряжать маховичный накопитель. Впрочем, если такой форсаж позволит летать быстрее, то собственно он и те же самые перелетные миссии сможет выполнить, так как будет добираться за меньшие сроки.

Не позволит, во всяком случае не намного быстрее, ЯЭУ+ЭРД нужны больше как АМС для внешних планет, а для этого больше подходит ионные эрд, у них у.и и срок службы больше.

[Просто Василий]

Нашел вот такой прожект https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/SPEAR_Probe/ , в нем якобы планируется использовать термоэлектрический преобразовать с КПД аж 20%, на сколько это реально? Или это снова техника молодёжи?

[Tomacco]

ЯЭУ+ЭРД нужны больше как АМС для внешних планет

Зачем тратить мощный буксир на такую ненужную ерунду, с которой прекрасно справляются и обычные аппараты на ритэгах? К тому же, как указано в недавнем документе Росатома, "основное назначение ТЭМ - лунный буксир". То есть, в основном для снабжения лунной базы. Собственно для этого он и создавался. А более дальние миссии это так, заодно, но конечно не основное назначение. Специально под АМС для дальних планет никто не стал бы создавать мощный и дорогой буксир.

[Просто Василий]

ЯЭУ+ЭРД нужны больше как АМС для внешних планет

Зачем тратить мощный буксир на такую ненужную ерунду, с которой прекрасно справляются и обычные аппараты на ритэгах? К тому же, как указано в недавнем документе Росатома, "основное назначение ТЭМ - лунный буксир". То есть, в основном для снабжения лунной базы. Собственно для этого он и создавался. А более дальние миссии это так, заодно, но конечно не основное назначение. Специально под АМС для дальних планет никто не стал бы создавать мощный и дорогой буксир.

В НАСА с вами не согласны, реактор нужен для питания мощных исследовательских инструментов.

[Alexandr_A]

в нем якобы планируется использовать термоэлектрический преобразовать с КПД аж 20%, на сколько это реально? Или это снова техника молодёжи?

Annular Thermoelectric Generator (ATEG). 
Для примера, один из вариантов ATEG - тонкопленочный, солнечный.

Спойлер

[свернуть]

Спойлер

[свернуть]

Спойлер

[свернуть]

[Serge3leo]

Вот он патент роторный: http://www.freepatent.ru/patents/2591972. Но та ТЭМ будут думаю СПД. Думаю суть РМПД в том что он накапливает энергию от реактора в маховике, а затем маховик отдает на РМПД, то есть реактор может иметь меньшую мощность, и быть легче.

Маховик, это так, основная суть и преимущество: "На торцевой части вала 9 через изолирующую проставку 11 закреплены катод 3 и сопло-анод 4 электроракетного двигателя."

[Tomacco]

Также договором предусмотрена обязанность Курчатовского института сформулировать технические требования к стенду для обеспечения работ по плазменному двигателю мощностью 1 мегаватт.

https://www.militarynews.ru/story.asp?rid=1&nid=517237&lang=RU

[Alexandr_A]

Также договором предусмотрена обязанность Курчатовского института сформулировать технические требования к стенду для обеспечения работ по плазменному двигателю мощностью 1 мегаватт.

ВНИИНМ
Во ВНИИНМ к 2024 году сделают макет магнитной системы БПРД. «Ракетный двигатель должен быть достаточно легким и энергоэффективным — использование магнитов из высокотемпературных сверхпроводников для этих целей предпочтительно», — говорит Павел Лукьянов. Магнитная система будет состоять из 20 катушек из сверхпроводящих лент толщиной порядка 100 мк и шириной около 4 мм.

[АниКей]

Турбулентность. Ядерно-струйный экзерцис Павельева http://engine.aviaport.ru/issues/128/pics/pg14.pdf

до кучи

[Space books]

https://building-tech.org/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8/noviy-dvygatel-s-yadernim-toplyvom-pozvolyt-dobratsya-do-marsa-za-try-mesyatsa

Новый двигатель с ядерным топливом позволит добраться до Марса за три месяца
29 января 2021


 
По словам доктора Майкла Идса, главного инженера USNC-Tech, новый концептуальный двигатель более надежен, чем предыдущие разработки NTP, и может производить удельный импульс вдвое больше, чем лучшие химические ракеты, которые используются сегодня в космонавтике.
В качестве топлива в двигателе USNC-Tech используется низкообогащенный уран, который получен из переработанного ядерного топлива и обогащен на 5-20%. После обогащения он инкапсулируется в частицы, покрытые карбидом циркония (ZrC). Они и служат топливом.

Компания утверждает, что полученное таким образом топливо намного устойчивее обычного ядерного топлива и может работать при высоких температурах.

Это обеспечивает более безопасную конструкцию реактора, высокую тягу и удельный импульс, которые ранее можно было получить только с высокообогащенным ураном. Кроме того, такое топливо можно производить с помощью существующих цепочек поставок и заводов-производителей.

В компании USNC-Tech полагают, что новая концепция ядерного двигателя резко сократит время полетов в дальний космос, в частности, снизит до трех месяцев сроки перелета между Землей и Марсом, что, в свою очередь, вдвое уменьшит степень облучения экипажа жестким космическим излучением.

Сайт компании USNC-Tech
https://usnc.com/space

[Chilik]

Я тащусь от этой картинки.
Прикольное многодырочное сопло.
Странно, почему они к соплу не пририсовали ещё крылышки в стиле X-wing и какого-нибудь дроида?
Такой примерно цвет пламени получали с пацанами 50+ лет назад, когда засовывали в пламя газовой горелки палочку, обвалянную в поваренной соли. А тут ребятишки палочку зафотошопить забыли. "... и так - три раза".

[Верный Союзник с Окинавы]

[Space books]

https://naked-science.ru/article/cosmonautics/nasa-prizvalo-agressivno-razrabatyvat-kosmicheskie-yadernye-reaktory-dlya-puteshestviya-k-marsu

NASA призвало «агрессивно» разрабатывать космические ядерные реакторы для путешествия к Марсу
 
За фееричными обещаниями Илона Маска освоить Красную планету как-то померкли более основательные планы NASA по пилотируемым марсианским миссиям. Но американское космическое агентство последовательно развивает соответствующие проекты. Из последнего: ведомство заказало у своих дочерних структур, а также сторонних организаций анализ существующих и перспективных разработок в области космической ядерной энергетики.
 

Художественное представление космического корабля для длительных путешествий с ядерной силовой установкой / ©NASA, Marshall
Соответствующий объемный отчет опубликован на портале Национальных академий наук, инженерии и медицины (NASEM). Печатная копия стоит 45 долларов (около 3300 рублей), а бесплатный PDF-файл можно скачать после регистрации. В публикации ведущие эксперты ракетно-космической отрасли приводят свое авторитетное мнение по двум ключевым вопросам: тепловые ядерные ракетные двигатели (NTP, ЯРД) и ядерные силовые установки для электроракетных двигателей (NEP).

Оба этих направления деятельности в той или иной стадии прорабатывались и даже воплощались «в металле», но для марсианских миссий этого недостаточно. Напомним, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) планирует высадить людей на Красной планете около 2039 года. Этому будет предшествовать пилотируемый облет Марса или его спутника Фобоса в 2033 году. Вроде бы, времени предостаточно, однако эксперты считают, что если не принять меры, лететь придется на химических ракетах и сильно ограничивать программу миссий. Весь отчет пронизан одной мыслью: без увеличения финансирования и «агрессивного» темпа разработок ядерные реакторы колонизаторам Марса не помогут никак.
Каких только космических проектов не породила атомная эра — по некоторым из них даже предполагалось подрывать позади корабля небольшие ядерные заряды. На иллюстрации как раз показан один из таких, «Орион». Он даже был достаточно детально проработан и считается реалистичным / ©Joe Bergeron
Можно подумать, что NASA и сопутствующие американские ведомства просто в очередной раз пытаются убедительно выпросить у политиков и общественности расширение финансирования. В какой-то степени это так, но, с другой стороны, все запросы вполне обоснованы. Если абстрагироваться от точки зрения «им просто денег больше надо», в отчете есть много полезных и разумных рассуждений. Особенно интересно почитать мнение зарубежных специалистов ракетно-космической отрасли на фоне многолетней эпопеи с разработкой ядерного космического буксира в России. Итак, в отчете выделяются сразу несколько фундаментальных трудностей в разработке каждого из направлений.

Тепловые ядерные ракетные двигатели (ЯРД)

С точки зрения простоты конструкции, NTP — безусловный лидер в сфере космических ядерных технологий. По сути, это обычный тепловой ракетный двигатель, в котором рабочее тело (обычно — водород) нагревается не химической реакцией с окислителем, а протекая через активную зону атомного реактора. Схема всей установки обманчиво примитивна: газ из бака попадает на тепловыделяющие сборки, нагревается и расширяется, а затем с огромной скоростью истекает из сопла. Подобные установки даже проходили тестирование в прошлом веке, а некоторые были готовы к вводу в эксплуатацию. Но не срослось.

Устройство термического ядерного ракетного двигателя (NTP, ЯРД) кажется невероятно простым / ©Wikimedia
Для создания мощных, безопасных и долговечных ЯРД нужно решить, всего-то, одну проблему. А точнее — придумать такие материалы, которые выдержат необходимые температуры в активной зоне. Как правило, эффективность подобных двигателей максимальна при нагреве водорода до 2700 градусов Кельвина. В зависимости от конструкции это значение колеблется между 2,5 и 3 тысячами градусов. И в данном направлении материаловедения пока что глухо: либо единичные экспериментальные разработки, либо провалы на испытаниях.
Дополнительной головной боли добавляет вопрос тестов таких двигателей — на дворе уже далеко не экзальтированные космической гонкой 1960-е, выбросы тысяч кубометров радиоактивных газов в атмосферу нынче граждане не потерпят нигде. Так что и со стендами придется что-то придумывать, либо проводить испытания сразу в космосе. Наконец, остается проблема хранения водорода на протяжении всего путешествия к Марсу и обратно. Этот газ в жидком состоянии диффундирует во многие материалы и будет покидать бак через микропоры в материале стенок, да и довольно быстро испаряется.

Художественный эскиз космического аппарата «Транспортно-энергетический модуль» / ©«Роскосмос»

Реакторы для электрических ракетных двигателей

Фактически, NEP (Nuclear electric propulsion) — это именно то направление, которым идут подрядчики отечественного «Роскосмоса». Ядерный реактор, как и на Земле, просто вырабатывает энергию, а ее уже расходуют невероятно эффективные электрические ракетные двигатели (ЭРД). Да, в этом варианте тяга будет смехотворной, зато ее можно поддерживать хоть всю дорогу — рабочего тела расходуется очень мало. А удельный импульс, главная мера эффективности реактивных двигателей, у ЭРД просто запредельно высокий по сравнению с химическими «коллегами».
С ядерными реакторами в космосе все еще сложнее. У NASA и российских инженеров есть опыт разработки и эксплуатации таких энергетических установок на орбите. Но для межпланетного путешествия их мощность потребуется поднять на пару порядков — с единиц или десятков киловатт на мегаватты. А это совершенно новые сложности с системами охлаждения, обеспечения безопасности и преобразования тепловой энергии в электричество.

Самый распространенный тип космической энергетической установки на основе делящихся материалов — радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ, RTG). В них используется плутоний-238, тепло от распада которого преобразуется в электричество. Их эффективность сравнительно низка, но зато окупается высокой безопасностью и технологичностью. РИТЭГи используются во всех миссиях к дальним рубежам Солнечной системы, почти на всех на аппаратах к планетам-гигантам и для мощных марсоходов. На фото — РИТЭГ SNAP-27, который установил на Луне экипаж миссии «Аполлон-14» для питания набора долговременного научного оборудования / ©NASA, Alan Shepard
Немного особняком в отчете стоит вопрос «поверхностных» реакторов, то есть тех, что будут питать базы на Луне или Марсе, если солнечных панелей недостаточно. Ну, или для необходимой мощности фотоэлектрические преобразователи просто невозможно подвезти из-за слишком больших габаритов. Данное направление направление признано приоритетным по трем причинам. Во-первых, уже есть доказавший свою работоспособность проект Kilopower, который можно масштабировать. Это компактный ядерный реактор с двигателями Стирлинга электрической мощностью до 10 киловатт. Во-вторых, такие установки нужны для лунной программы Артемида, которая развернется раньше. Ну, и, в-третьих, работы по «поверхностным» реакторам косвенно продвинут и NEP, поскольку во многом могут быть унифицированы.

Сдерживающие факторы

Да, по мнению американских специалистов, ядерные энергетические установки — если не необходимый, то крайне желательный элемент пилотируемых марсианских миссий. И аргументы в пользу этой точки зрения весьма сильны. Как минимум, астронавтам не придется подвергаться повышенным дозам космического излучения по полгода: атомный космический буксир способен добраться до Марса за 1,5-2 месяца. А это сокращает время всего полета туда-обратно более чем вшестеро. Или дает больше времени для работы на поверхности Красной планеты.

Уменьшенный макет ядерного реактора «Топаз-1», использовавшегося в аппарате «Космос-1818» / ©Wikimedia
Но есть и весьма неприятные нюансы, обусловленные опытом. Лидером по использованию ядерных реакторов в космосе по праву можно считать Советский Союз. И он же является абсолютным рекордсменом по количеству опасных инцидентов со спутниками, имевшими немалые количества радиоактивных материалов на борту. В результате неполадок с такими аппаратами, СССР, пусть и ненароком, но все-таки забросал кусками высокообогащенного урана-235 северо-запад Канады и остров Вознесения. А некоторые околоземные орбиты на высотах между 760 и 860 километрами еще несколько сотен лет будут нежелательны для размещения там любых спутников: на них находятся металлические капельки теплоносителя из реактора аппарата «Космос-1818» диаметром до 30 миллиметров.
Легко понять, почему все разработки в этой области идут так медленно — к ним предъявляются еще более строгие требования по безопасности конструкции, чем обычно в ракетно-космической отрасли. И даже если все теоретические и экспериментальные данные покажут надежность ядерных реакторов для дальних полетов, не факт, что их будут массово использовать. В современном обществе крайне сильны антиатомные настроения, так что мысль поместить подобную энергетическую установку на ракету мало кому понравится.

[Просто Василий]

Призвали к ускорению, значит увидели прогресс у РФ и КНР в этом деле. А то не которые кудахчут.

[Alex_II]

Призвали к ускорению, значит увидели прогресс у РФ и КНР в этом деле.

С чего бы им чего-то "увидеть"? Сами думать не умеют что ли? Это скорее для наших характерно - делать "как американцы"... Что-то не припомню чтоб американцы делали "как у русских" или "как у китайцев"...

[Просто Василий]

Призвали к ускорению, значит увидели прогресс у РФ и КНР в этом деле.

С чего бы им чего-то "увидеть"? Сами думать не умеют что ли? Это скорее для наших характерно - делать "как американцы"... Что-то не припомню чтоб американцы делали "как у русских" или "как у китайцев"...

Мериканцы хоть и делают дел в космосе больше всех, иногда им нужен конкурент, чтобы делать больше.