अंतरिक्ष यान के लिए परमाणु इंजन

रूस था और अभी भी परमाणु अंतरिक्ष ऊर्जा के क्षेत्र में नेता है परमाणु ऊर्जा स्रोत से सुसज्जित अंतरिक्ष वाहनों के डिजाइन, निर्माण, लॉन्च और संचालन का अनुभव संगठनों द्वारा प्रदान किया जाता है जैसे आरएससी एनर्जी और रोजकोस्मोस परमाणु इंजन कई वर्षों से विमान को संचालित करना संभव बनाता है, बार-बार उनकी व्यावहारिक उपयोगिता बढ़ता है

ऐतिहासिक क्रॉनिकल

अंतरिक्ष में परमाणु ऊर्जा का इस्तेमाल पिछली शताब्दी के 70 के दशक में कल्पित होना बंद हो गया है। 1 9 70-19 88 में पहला परमाणु इंजन अंतरिक्ष में शुरू किया गया था और अंतरिक्ष यान (एससी) "यूएस-ए" पर सफलतापूर्वक संचालित किया गया था। उन्होंने थर्माइलेक्ट्रिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र (एनपीपी) "बीक" 3 किलोवाट की विद्युत शक्ति के साथ एक प्रणाली का इस्तेमाल किया।

1 9 87-19 88 में, दो के साथ "प्लाज्मा-ए" उपकरण, थर्मोमिशन परमाणु ऊर्जा संयंत्र "पुखराज" के साथ 5 किलोवाट की शक्ति के साथ अंतरिक्ष उड़ान परीक्षण पारित किया, जिसके दौरान पहली शक्ति परमाणु ऊर्जा स्रोत से आपूर्ति की गई।

स्थलीय परमाणु शक्ति परीक्षणों के एक जटिल 5-केडब्ल्यू थर्मोमिशन परमाणु सुविधा "यनेसी" के साथ प्रदर्शन किया गया था। इन प्रौद्योगिकियों के आधार पर, 25-100 किलोवाट की शक्ति वाले थर्मोनिक परमाणु ऊर्जा इकाइयों की परियोजनाओं का विकास किया गया है।

एमबी "हरक्यूलिस"

आरएससी एनर्जी ने 1 9 70 के दशक में वैज्ञानिक और व्यावहारिक अनुसंधान शुरू किया, जिसका लक्ष्य अंतर-कक्षीय टग (एमबी) "हरक्यूलिस" के लिए एक शक्तिशाली परमाणु अंतरिक्ष इंजन बनाना था। काम परमाणु विद्युत प्रणोदन प्रणाली (जेएआरयूडीयू) के तहत कई वर्षों तक रिजर्व करने की अनुमति दी गई थी जिसमें थर्मोनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ कई सौ किलोवाट और विद्युत प्रणोदन इंजन की शक्ति थी और दसियों की एक इकाई शक्ति और सैकड़ों किलोवाट के साथ।

एमबी "हरक्यूलिस" के डिजाइन पैरामीटर:

• परमाणु ऊर्जा संयंत्र की उपयोगी बिजली - 550 किलोवाट;
• ईआरडीयू की विशिष्ट आवेग 30 किमी / एस है;
• ERDU का जोर 26 एन है;
• परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और विद्युत ऊर्जा संयंत्रों का संसाधन - 16 000 एच;
• ईआरडीयू के कार्यशील माध्यम क्सीनन है;
• टगबोट का द्रव्यमान (शुष्क) 14.5-15.7 टन है, जिसमें परमाणु ऊर्जा संयंत्र - 6.9 टन शामिल हैं।

नवीनतम समय

21 वीं सदी में, अंतरिक्ष के लिए एक नया परमाणु इंजन बनाने का समय है। अक्टूबर 2009 में रूसी अर्थव्यवस्था के रूसी आधिपत्य के आधुनिकीकरण और तकनीकी विकास पर राष्ट्रपति की एक बैठक में, एक नई रूसी परियोजना "आधिकारिक तौर पर मंजूरी दे दी गई थी," एक मेगावाट वर्ग के परमाणु ऊर्जा इंजन का उपयोग कर परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल का निर्माण "। मुख्य डेवलपर्स हैं:

• रिएक्टर इंस्टॉलेशन - जेएससी "एनआईकेआईईटीईटी"
• गैस टरबाइन पावर कनवर्जन स्कीम के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र, ईआरआईयू आयनिक इलेक्ट्रिक प्रणोदन इंजनों पर आधारित है और एक पूरे के रूप में यारेडू - एसएससी " एमवी केल्डीश ", जो एक पूरे के रूप में परिवहन-ऊर्जा मॉड्यूल (मंदिर) के विकास के लिए कार्यक्रम के लिए जिम्मेदार संगठन है।
• मंदिर के सामान्य डिजाइनर के रूप में आरएससी एनर्जी को इस मॉड्यूल के साथ एक स्वचालित डिवाइस विकसित करना चाहिए।

नई स्थापना के लक्षण

अंतरिक्ष के लिए एक नया परमाणु इंजन रूस आने वाले वर्षों में वाणिज्यिक परिचालन शुरू करने की योजना बना रहा है। गैस टरबाइन की उम्मीद की विशेषताएं YERDU इस प्रकार हैं। रिएक्टर एक गैस-कूल्ड तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर है, टरबाइन के सामने काम करने वाले तरल पदार्थ (मिश्रण हे / ज़ी) का तापमान 1500 कश्मीर है, थर्मल ऊर्जा की विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण दक्षता 35% है, रेडिएटर-एमिटर का प्रकार ड्रिप है। पावर यूनिट (रिएक्टर, विकिरण संरक्षण और रूपांतरण प्रणाली, लेकिन रेडिएटर-रेडिएटर के बिना) का वजन 6 800 किलो है।

अंतरिक्ष परमाणु इंजन (एनपीपी, एनआरपी के साथ एनआरपी) का उपयोग करने की योजना बनाई गई है:

• भविष्य के अंतरिक्ष वाहनों के हिस्से के रूप में
• ऊर्जा-संबंधी परिसरों और अंतरिक्ष यान के लिए बिजली के स्रोतों के रूप में
• भारी अंतरिक्ष यान के विद्युत-रॉकेट डिलीवरी के लिए परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल के पहले दो कार्यों को हल करने के लिए और काम कर रहे कक्षाओं के लिए वाहन और उनके उपकरणों की लंबी अवधि की बिजली आपूर्ति।

परमाणु इंजन के संचालन के सिद्धांत

यह या तो न्यूक्ली के संश्लेषण पर या परमाणु विखंडन ऊर्जा के उपयोग पर प्रतिक्रियात्मक जोर बनाने के लिए आधारित है। स्पंदित विस्फोटक और तरल प्रकार के प्रतिष्ठान हैं। विस्फोटक डिवाइस अंतरिक्ष में लघु परमाणु बम फेंकता है, जो कई मीटर की दूरी पर विस्फोट हो जाते हैं, और विस्फोट की लहर जहाज को आगे बढ़ा देती है। व्यवहार में, ऐसे उपकरणों का अभी तक प्रयोग नहीं किया जाता है।

तरल परमाणु इंजन, दूसरी ओर, लंबे समय से विकसित और परीक्षण किया गया है। 1 9 60 के दशक में, सोवियत विशेषज्ञों ने एक व्यावहारिक मॉडल RD-0410 का निर्माण किया। इसी तरह की प्रणाली को संयुक्त राज्य अमेरिका में विकसित किया गया था। उनका सिद्धांत एक परमाणु मिनी रिएक्टर के साथ तरल को गरम करने पर आधारित है, यह भाप में बदल जाता है और एक जेट स्ट्रीम बनाती है, जो अंतरिक्ष यान को धक्का देती है। यद्यपि उपकरण को तरल कहा जाता है, एक कार्यशील माध्यम के रूप में, एक नियम के रूप में, हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। परमाणु अंतरिक्ष प्रतिष्ठानों का एक अन्य नाम जहाजों और उपग्रहों के इलेक्ट्रिकल ऑन-बोर्ड नेटवर्क (वाद्ययंत्र) की बिजली आपूर्ति है।

वैश्विक अंतरिक्ष संचार के भारी दूरसंचार तंत्र

फिलहाल अंतरिक्ष के लिए परमाणु इंजन पर काम चल रहा है, जिसे भारी अंतरिक्ष संचार उपकरणों में इस्तेमाल करने की योजना है। आरएससी एनर्जी ने सस्ते सेलुलर संचार के साथ आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी वैश्विक अंतरिक्ष संचार प्रणाली के अनुसंधान और डिजाइन के विकास को पूरा किया, जिसे पृथ्वी से स्पेस तक "टेलीफोन एक्सचेंज" स्थानांतरित करके हासिल किया जाना था।

उनकी सृजन के लिए आवश्यक शर्तें हैं:

• संचालन और निष्क्रिय उपग्रहों द्वारा भूस्तरण कक्षा (जीएसओ) के व्यावहारिक रूप से पूर्ण भरना;
• आवृत्ति संसाधन का थकावट;
• Yamal श्रृंखला के सूचना जियोस्टेशनरी उपग्रहों के निर्माण और वाणिज्यिक उपयोग में सकारात्मक अनुभव।

यमाल प्लेटफॉर्म का निर्माण करते समय, नए तकनीकी समाधानों में 9 5% के लिए जिम्मेदार था, जो इन उपकरणों को अंतरिक्ष सेवाओं के विश्व बाजार पर प्रतिस्पर्धी बनने की अनुमति देता था।

इसमें सात सात सालों के दौरान तकनीकी संचार उपकरणों के साथ मॉड्यूल को बदलने की योजना बनाई गई है। इससे जीएसओ में 3-4 भारी शुल्क वाले बहुउद्देशीय उपग्रहों के सिस्टम के निर्माण की अनुमति मिलेगी, जिससे बिजली की खपत होती है। प्रारंभ में, अंतरिक्ष यान 30-80 किलोवाट की शक्ति वाले सौर बैटरी पर आधारित थे। अगले चरण में, 400 किलोवाट परमाणु इंजन ट्रांसपोर्ट मोड में एक वर्ष तक के संसाधन (जीएसओ के लिए बुनियादी मॉड्यूल की डिलीवरी) और लंबी अवधि के ऑपरेशन मोड में 150-180 किलोवाट (10-15 साल से कम नहीं) के लिए बिजली के स्रोत के रूप में इस्तेमाल करने की योजना बनाई गई है।

पृथ्वी के एंटीमेटोरेटिक संरक्षण प्रणाली में परमाणु इंजन

1 99 0 के दशक के अंत में आरएससी एनर्जी द्वारा पूर्ण, डिजाइन अध्ययनों से पता चला है कि धरती को धूमकेतु और क्षुद्रग्रहों, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से पृथ्वी की रक्षा के लिए एक उल्लिखित उल्काविरोधी प्रणाली बनाने में उपयोग किया जा सकता है:

1. पृथ्वी की कक्षा को पार करने वाले क्षुद्रग्रहों और धूमकेतु के trajectories के लिए एक निगरानी प्रणाली का निर्माण इस प्रयोजन के लिए, खतरनाक वस्तुओं का पता लगाने के लिए ऑप्टिकल और रडार उपकरणों से सुसज्जित विशेष अंतरिक्ष यान की व्यवस्था करने का प्रस्ताव है, उनके trajectories के मापदंडों की गणना और उनकी विशेषताओं का प्रारंभिक अध्ययन। प्रणाली में, एक परमाणु अंतरिक्ष इंजन 150 kW से क्षमता वाले दोहरे मोड वालेमोनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है। इसका संसाधन कम से कम 10 साल का होना चाहिए।
2. एक सिद्ध क्षुद्रग्रह पर प्रभाव के साधनों (एक थर्मोन्यूक्लियर डिवाइस के विस्फोट) के परीक्षण एस्ट्रॉयड-पॉलीगॉन के लिए परीक्षण डिवाइस की डिलीवरी के लिए नेर्डू की शक्ति वितरित पेलोड (150-500 किलोवाट) के द्रव्यमान पर निर्भर करती है।
3. धरती पर पहुंचने वाले खतरनाक ऑब्जेक्ट के लिए नियमित रूप से कार्रवाई करने के साधन (15-50 टन के कुल द्रव्यमान के साथ इंटरसेप्टर) का वितरण। 1-10 मेगावाट की क्षमता वाला एक परमाणु जेट इंजन को खतरनाक क्षुद्रग्रह पर एक थर्मोन्यूक्लियर चार्ज देने की आवश्यकता होगी, जिसकी सतह के विस्फोट की वजह से क्षुद्रग्रह पदार्थ के एक जेट के कारण इसे खतरनाक प्रक्षेपवक्र से हटाया जा सकेगा।

बाह्य उपकरणों के लिए अनुसंधान उपकरण का वितरण

स्पेस ऑब्जेक्ट्स (दूर-दूर ग्रहों, आवधिक धूमकेतु, क्षुद्रग्रह) के वैज्ञानिक उपकरणों की डिलीवरी एलपीईई पर आधारित अंतरिक्ष-आधारित चरणों का उपयोग कर सकते हैं। अंतरिक्ष वाहनों के लिए परमाणु इंजनों के प्रयोग को सलाह दी जाती है जब यह काम खगोलीय वस्तु के उपग्रह के कक्षा में प्रवेश करना है, आकाशीय शरीर, नमूनाकरण पदार्थों और अन्य अध्ययनों के साथ सीधे संपर्क, जिसमें लैंडिंग और ले-ऑफ चरणों सहित अनुसंधान परिसर के द्रव्यमान को बढ़ाने की आवश्यकता होती है।

इंजन पैरामीटर

अनुसंधान परिसर के अंतरिक्ष यान के लिए परमाणु इंजन "लांच विंडो" (काम कर रहे तरल पदार्थ के प्रवाह के नियंत्रित दर के कारण) का विस्तार करेगा, जो कि योजना की सरलता और परियोजना की कीमत कम कर देता है। आरएससी एनर्जी द्वारा किए गए शोध से पता चला है कि 150 किलोवाट याआरआरडीयू तीन साल तक के जीवन के साथ क्षुद्रग्रह बेल्ट में अंतरिक्ष मॉड्यूल देने का एक शानदार साधन है ।

इसी समय, सौर तंत्र के दूर ग्रहों के कक्षाओं के लिए अनुसंधान उपकरण के वितरण के लिए 5-7 वर्षों तक इस तरह की परमाणु स्थापना के जीवन में वृद्धि की आवश्यकता होती है। यह साबित हुआ है कि एक अनुसंधान उपग्रह के भाग के रूप में 1 मेगावाट की परमाणु ऊर्जा क्षमता वाले परिसर में सबसे दूरस्थ ग्रहों के कृत्रिम उपग्रहों, ग्रहों के प्राकृतिक उपग्रहों की सतह के लिए कक्षाएं, और धूमकेतु, क्षुद्रग्रह, बुध और मिट्टी से मिट्टी की धरती पर पहुंचने के लिए 5-7 साल के लिए त्वरित प्रसव की अनुमति होगी। बृहस्पति और शनि के उपग्रह

पुन: प्रयोज्य टग (एमबी)

अंतरिक्ष में परिवहन परिचालन की दक्षता में सुधार करने के सबसे महत्वपूर्ण तरीकों में से एक है परिवहन प्रणाली के तत्वों का एक से अधिक उपयोग। कम से कम 500 केडब्ल्यू की क्षमता वाली अंतरिक्ष यान के लिए एक परमाणु इंजन एक पुन: प्रयोज्य टग के निर्माण की अनुमति देता है और जिससे मल्टी-लिंक स्पेस ट्रांसपोर्ट सिस्टम की दक्षता बढ़ जाती है। बड़े वार्षिक कार्गो प्रवाह को सुनिश्चित करने के लिए कार्यक्रम में विशेष रूप से उपयोगी है। एक उदाहरण एक सतत विकासशील निवास और प्रायोगिक तकनीकी और उत्पादन परिसरों के निर्माण और रखरखाव के साथ चंद्रमा को विकसित करने के लिए एक कार्यक्रम हो सकता है।

कारोबार की गणना

आरएससी एनर्जी के डिजाइन अध्ययनों के अनुसार, जब चंद्रमा की सतह पर आधार बनाते हैं, तो लगभग 10 टन के द्रव्यमान वाले मॉड्यूल वितरित किए जाते हैं, या चंद्रमा की कक्षा के 30 टन तक पहुंचते हैं। बसे हुए चंद्र बेस के निर्माण के दौरान धरती से कुल कार्गो यातायात और चंद्रमा कक्षीय कक्ष का दौरा 700-800 टन , और आधार के संचालन और विकास के लिए वार्षिक माल प्रवाह 400-500 टन है।

हालांकि, एक परमाणु इंजन के संचालन के सिद्धांत ने परिवहन वाहन को तेजी से प्रेषण करने की अनुमति नहीं दी है। लंबे समय तक परिवहन के कारण और, तदनुसार, पृथ्वी के विकिरण बेल्ट में पेलोड को खोजने का काफी समय नहीं, परमाणु इंजन के साथ सभी कार्गो टगों का उपयोग नहीं किया जा सकता। इसलिए, कार्गो प्रवाह, जो YERDA के आधार पर प्रदान किया जा सकता है, का अनुमान है प्रति वर्ष केवल 100-300 टन।

आर्थिक दक्षता

इंटरऑर्बिटल ट्रांसपोर्ट सिस्टम की आर्थिक दक्षता के एक कसौटी के रूप में, लक्ष्य की कक्षा में पृथ्वी की सतह से पेलोड वजन (जीएचजी) की इकाई के परिवहन की इकाई लागत के मूल्य का उपयोग करने के लिए उपयुक्त है। आरएससी एनर्जी ने एक आर्थिक-गणितीय मॉडल विकसित किया है जो परिवहन प्रणाली में लागतों के मुख्य घटकों को ध्यान में रखता है:

• टग मॉड्यूल बनाने और शुरू करने के लिए;
• कार्यरत परमाणु स्थापना की खरीद के लिए;
• संचालन लागत, साथ ही अनुसंधान एवं विकास तथा संभावित पूंजीगत लागतों के लिए लागत

लागत संकेतक इष्टतम एमबी पैरामीटर पर निर्भर करते हैं। इस मॉडल का इस्तेमाल करते हुए 1 मेगावाट की क्षमता के साथ यारोड के आधार पर एक पुन: प्रयोज्य टगबोट के उपयोग पर उन्नत तरल-ईंधन रॉकेट इंजनों के आधार पर एक डिस्पोजेबल टग के उपयोग के बारे में अध्ययन किया गया ताकि पृथ्वी से चंद्रमा की कक्षा तक पहुंचने के लिए 100 टन पेलोड की ऊंचाई के साथ 100 टन / वर्ष का कुल द्रव्यमान सुनिश्चित किया जा सके। प्रोटॉन-एम एलवी के बराबर लोड-लेसिंग क्षमता और ट्रांसपोर्ट सिस्टम के निर्माण के लिए एक दो-स्कीम योजना के साथ एक ही वाहक रॉकेट का उपयोग करते समय, एक परमाणु इंजन के आधार पर टग बोट द्वारा पेलोड इकाई देने की विशिष्ट लागत तीन गुना कम होगी, डीएम-3 जैसे तरल इंजनों के साथ मिसाइलों पर आधारित टग

निष्कर्ष

अंतरिक्ष के लिए एक कुशल परमाणु इंजन पृथ्वी की पर्यावरणीय समस्याओं के समाधान, मंगल ग्रह पर मनुष्यों की उड़ान, अंतरिक्ष में एक वायरलेस ऊर्जा संचरण प्रणाली का निर्माण, बाहरी अंतरिक्ष में स्थलीय परमाणु ऊर्जा से अत्यधिक खतरनाक रेडियोधर्मी कचरे के अत्यधिक खतरनाक निपटान, एक बंजर चंद्र चंद्र के निर्माण और चंद्रमा के औद्योगिक विकास की शुरूआत में योगदान देता है। एक क्षुद्रग्रह-धूमकेतु खतरा से पृथ्वी का संरक्षण