Радиоизотопный термогенератор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Радиоизотопный термогенератор
Cтраница 1
Радиоизотопные термогенераторы надежны в работе, обладают большим сроком службы, компактны и успешно используются в качестве автономных источников энергии для различных установок космического и наземного назначений. [1]
Радиоизотопный термогенератор очень удобен для использования в космических аппаратах прежде всего из-за чрезвычайной простоты, надежности и стабильности его работы. На характеристики этой системы не влияют такие факторы, как глубокий вакуум, невесомость, столкновения с микрометеоритами, радиационные пояса, солнечные вспышки, перегрузки, характерные для ракетных систем, вращение и потеря устойчивости космического аппарата. Поскольку изотопный термогенератор может работать при высоких значениях теплового потока и температуры, он почти нечувствителен к поглощению и отражению солнечных лучей, к изменениям температуры в соответствии с временем суток на орбите, а также к локальным изменениям температуры космического аппарата.
Разработка первых радиоизотопных термогенераторов ( Бета, СНАП-3 и др.) показала, что эти установки настолько надежны в эксплуатации и имеют такие большие возможности улучшения рабочих характеристик, что вряд ли они могут быть вытеснены в ближайшем будущем какими-либо другими устройствами. [3]
К радиоизотопным термогенераторам проявляют интерес различные отрасли науки и техники. Их предполагается использовать в виде источника энергии искусственного сердца человека, а также для стимулирования работы различных органов в живых организмах. Особенно пригодными оказались радиоизотопные термогенераторы при освоении космического пространства, где необходимы источники энергии, способные длительно и надежно работать в неблагоприятных условиях воздействия ионизирующих излучений, в радиационных поясах, на поверхности других планет и их спутников. [4]
К радиоизотопным термогенераторам проявляют интерес самые различные отрасли науки и техники.
Особенно пригодными оказались радиоизотопные термогенераторы при освоении космического пространства, где необходимы источники энергии, способные длительно и надежно работать в неблагоприятных условиях воздействия ионизирующих излучений, в радиационных поясах, на поверхности других планет и их спутников. [6]
Облицовки часто применяются в космической технике в конструкции
К радиоизотопным термогенераторам проявляют интерес различные отрасли науки и техники.
Их предполагается использовать в виде источника энергии искусственного сердца человека, а также для стимулирования работы различных органов в живых организмах. Особенно пригодными оказались
Естественный радиоактивный распад ядер сопровождается выделением кинетической энергии частиц и уквантов. Эта энергия поглощается средой, окружающей радиоактивный изотоп, и превращается в тепло, которое можно использовать для получения электрической энергии термоэлектрическим способом. Установки, преобразующие энергию естественного радиоактивного распада в электрическую энергию с помощью термоэлементов, называются
Радиоизотопные термогенераторы весьма надежны в работе, обладают большим сроком службы, компактны и могут успешно использоваться в качестве автономных источников энергии для различных установок космического и наземного назначений.
[9]
Естественный радиоактивный распад ядер сопровождается выделением кинетической энергии частиц и уквантов. Эта энергия поглощается средой, окружающей радиоактивный изотоп, и превращается в тепло, которое можно использовать для получения электрической энергии термоэлектрическим способом. Установки, преобразующие энергию естественного радиоактивного распада в электрическую энергию с помощью термоэлементов, называются радиоизотопными термогенераторами.
Страницы: 1
NASA отправила марсоход Curiosity к Марсу
Американское космическое агентство NASA 26 ноября запустила ракету-носитель Atlas 5 с автоматической межпланетной станцией Mars Science Laboratory (MSL) на борту.
Космическому аппарату предстоит преодолеть 567 млн километров на пути к Красной планете и 6 августа 2012 года совершить посадку в кратере Гейла. В состав Mars Science Laboratory входит марсоход Curiosity («Любопытство»). Выбор места посадки обусловлен наличием в кратере конуса осадочных пород, которые, как считают ученые, были образованы потоками воды.
На борту Curiosity находится 10 научных приборов общей массой в 15 раз превышающей комплект оборудования предшественников — Spirit и Opportunity. Из-за большой массы марсохода, в пять раз превышающей Spirit, при посадке на поверхность было решено использовать тормозные реактивные двигатели. После отстрела парашюта спускаемый модуль будет снижаться на реактивных двигателях, а непосредственно перед поверхностью опустит Curiosity на тросах.
В NASA рассчитывают, что вся экспедиция продлится как минимум два года, а при удачном стечении обстоятельств даже больше.
Питание Curiosity обеспечивает радиоизотопный термогенератор мощностью 110 Вт, способный работать в течение многих лет, что делает аппарат независимым от капризов марсианской погоды, времен года и освещенности.
Управляемый спуск позволит определить наиболее интересные места для изучения. Основная задача миссии состоит в определении была ли когда-нибудь на Марсе среда пригодная для существования жизни. Наличие воды и благоприятного температурного диапазона было доказано в прошлых экспедициях. Цель текущей – поиск органических соединений углерода.
Материалы по теме:
[Гайд] Industrial Craft 2 все способы получения энергии 1.7.10 — Гайды — ARAGO
Энергия IC2 и с чем её едят
Мы разберём основные и самые эффективные способы получения EU энергии
Разберём каждый способ отдельно
Генератор стирлинга
Работает от тепла любого термогенератора
Для работы нужно подключить термогенератор к оранжевому квадрату (Макс. выход 50 eu/t)
Радиоизотопный термоэлектрический генератор
Работает от пеллет РИТЭГ-топлива
Не ломается, работает вечно
Вырабатывает от 1 до 32 eu/t
В зависимости от количества пеллет —
Полужидкостный генератор
Работает от биогаза или топлива(Forestry)
Выдаёт от 8 до 32 eu/t
Солнечная панель
Работает от солнца, выдаёт энергию только днём
Вырабатывает 1 eu/t
Ядерный реактор
Один из самых мощных и эффективных способов получения энергии
Работает от топливных стрежней
Требует охлаждения, иначе может взорваться
Изначально имеет малое меню —
Если добавить к реактору реакторные камеры (Макс.
6)
То количество слотов увеличится
От схемы реактора зависит его эффективность —
Чем лучше схема — тем больше энергии
(Не стоит забывать, что на Arago — реакторы вырабатывают больше энергии)
Получение энергии при помощи ветра
Нужно 3 вещи — Кинетический ветрогенератор и кинетический генератор выглядят одинаково, но нам нужны оба
А также любой ротор на выбор —
От деревянного до углеволоконного
(Слева на право)
Чем лучше ротор, тем больше его КПД
Как это всё установить —
Ставим на высоте кинетический генератор, а к нему ставим кинетический ветрогенератор,
чтобы он своей задней частью смотрел на круг кинетического генератора —
Отлично, осталось подвести к кинетическому генератору провода, а к ветрогенератору ротор —
Видим готовую картину, если ротор не крутится, то либо слишком слабый ветер, либо мешает блок крутиться ротору
Чем больше высота — тем сильнее ветер
Можете также сделать ветромер и смотреть за показателями ветра
Геотермальный генератор
Работает от лавы
В левый верхний слот кладём капсулы с лавой (Либо ведро)
И получаем энергию
Вырабатывает 20 eu/t
Генератор
Работает от любого дерева
Выдаёт 10 eu/t
На начальном этапе — вещь незаменимая
Спасибо за внимание !
P.
S. Копайте уран — он вам понадобится)
%d1%80%d0%b0%d0%b4%d0%b8%d0%be%d0%b8%d0%b7%d0%be%d1%82%d0%be%d0%bf%d0%bd%d1%8b%d0%b9%20%d1%82%d0%b5%d1%80%d0%bc%d0%be%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%b8%d0%b9%20%d0%b3%d0%b5%d0%bd%d0%b5%d1%80%d0%b0%d1%82%d0%be%d1%80 в болгарский
Когда мы помогаем другим, мы и сами в какой-то мере испытываем счастье и удовлетворение, и наше собственное бремя становится легче (Деяния 20:35).
Когато даваме от себе си за другите, ние не само им помагаме, но и изпитваме щастие и удовлетворение, които облекчават собствените ни товари. (Деяния 20:35)
jw2019
Речь и обсуждение со слушателями, основанные на «Сторожевой башне» от 15 июля 2003 года, с. 20.
Доклад и обсъждане със слушателите, основани на „Стражева кула“ от 15 юли 2003 г., 20 страница.
jw2019
К 18:20 Флот открытого моря вышел на основные силы Гранд-Флита.
Към 18:20 Флота на откритото море излиза срещу основните сили на Гранд Флийт.
WikiMatrix
Ну, в то время, мы говорим о 80-х, в то время это было модно.
През 80-те бяха модерни.
OpenSubtitles2018.v3
Он уехал 20 минут назад.
Тръгна преди 20 минути.
OpenSubtitles2018.v3
Я был женат 20 лет.
Бях женен 20 години.
OpenSubtitles2018.v3
Крейсера должны были повторять предыдущий тип с одним изменением: мощность силовой установки должна была возрасти с 75 000 л. с. до 82 500 л. с., что обещало заметный прирост скорости, ценой 70-тонного увеличения водоизмещения.
Крайцерите повтарят предходния тип с една промяна: мощността на силовата установка трябва да нарасне от 75 000 к.с. до 82 500 к.с., което обещава чувствителен прираст в скоростта, с цената на 70-тонно увеличение на водоизместимостта.
WikiMatrix
Когда в 80-х годах люди якудзы увидели, как легко брать ссуды и «делать» деньги, они создали компании и занялись операциями с недвижимым имуществом и куплей-продажей акций.
Когато през 80–те години членовете на якуза видяха колко е лесно да се вземат пари назаем и по този начин да се печели, те основаха фирми и навлязоха в спекулациите с недвижими имоти и акции.
jw2019
20 Даже преследование или заключение в тюрьму не может закрыть уста преданных Свидетелей Иеговы.
20 Дори преследване или затвор не могат да затворят устата на преданите Свидетели на Йехова.
jw2019
Ты был в отключке минут 20.
Бил си в безсъзнание около 20 минути.
OpenSubtitles2018.v3
Есть ещё кое- что в начале 20— го века, что усложняло вещи ещё сильнее.
Има и още нещо в началото на 20- ти век, което усложни нещата дори още повече.
QED
Большинство местных органов при планировании развития на следующие 5, 10, 15, 20 лет начинают с предпосылки, что можно ожидать больше энергии, больше автомобилей, больше домов, больше рабочих мест, больше роста и т.д.
Повечето от нашите местни власти, когато седнат да планират за следващите 5, 10, 15, 20 години на една общност, все още започват, като приемат, че ще има повече енергия, повече коли, повече жилища, повече работни места, повече растеж и така нататък.
ted2019
Именно это приводит к счастью, как было сказано царем Соломоном: «Кто надеется на Господа, тот блажен [счастлив, НМ]» (Притчи 16:20).
Това допринася за щастието, както обяснил цар Соломон: „Щастлив е този, който разчита на Йехова.“ — Притчи 16:20.
jw2019
20 Тогда Ио́в встал, разорвал+ на себе верхнюю одежду, остриг свою голову+, упал на землю+, поклонился+ 21 и сказал:
20 Тогава Йов се изправи, раздра+ горната си дреха, отряза косата+ си, падна по очи на земята+ и се поклони,+ 21 като каза:
jw2019
Будьте щедрыми и заботьтесь о благополучии других (Деяния 20:35).
Да сме щедри и да се стремим да правим другите щастливи. (Деяния 20:35)
jw2019
Два важнейших события 20 века:
Две са събитията на 20 век — победата на Съюзниците и това.
OpenSubtitles2018.v3
Последние 20 лет — я.
През последните 20 години, мен.
OpenSubtitles2018.v3
Это забавно, когда тебе 20 лет.
Странно е колко наивен може да си на 20г.
OpenSubtitles2018.v3
Через 4 года предполагаемая капитализация достигнет 80 миллиардов долларов.
Изчислено е, че след четири години тази сума ще е над 80 милиарда долара!
ted2019
Задираю нос на 20 градусов.
Ъгъл на атака 20 С!
OpenSubtitles2018.v3
Он хочет 20 кусков и Иксбокс
Той иска 20 хиляди и един Ексбокс.
OpenSubtitles2018.v3
Исследователи провели эксперимент с учащимися колледжа — юношами и девушками. В течение 20 минут одна группа играла в жестокие видеоигры, а другая — в обычные.
Изследователи разделили студенти на две групи и им казали да играят 20 минути на видеоигри с насилие или без насилие.
jw2019
Итак, в США с появлением лечения в середине 1990- х годов число ВИЧ- инфицированных детей снизилось на 80%.
И така в Съединените щати, от появата на лечението в средата на 90- те години, има 80 процентов спад, в броя на ХИВ позитивните деца.
QED
Он мертв уже 20 лет.
Той е мъртъв от 20 години.
OpenSubtitles2018.v3
По его сценариям поставлено свыше 20 художественных и документальных фильмов.
По негови сценарии са заснети повече от 20 игрални и документални филми.
WikiMatrix
| #tech | Блок/название | Лимит | Обоснование (если есть) |
| Sp1 | Молекуляркa 226 | 1 | И |
| Кинетический генератор 786-9 | 3 | И | |
| Термоэлектрический генератор 786-10 | 1 | ∞ | |
| LV Capacitor 786-1 | 4 | ||
| MV Capacitor 786-3 | 4 | ||
| HV Capacitor 786-7 | 4 | ||
| Charging station 774-10 | 1 | И | |
| Усилитель для доменной печи 774-11 | 12 бл / 2 шт | 2 на печь | |
| Коксовая печь | 54 бл / 2 шт / сборка | И | |
| Доменная печь | 54 бл / 2 шт / сборка | И | |
| Улучшенная Доменная печь | 56 бл / 2 шт / сборка | И | |
| Дуговая печь | 77 бл / 2 шт / сборка | И | |
| Громоотвод | 9 бл / 1 шт | Он все равно не работает, для красоты | |
| Увлажнитель | 8 бл / сборка | И | |
| Соковыжималка | 8 бл / сборка | И | |
Дизель. Генератор | 42 бл / 1 шт / сборка | И | |
| Инд.Коксовая печь | 140 бл / 1 шт / сборка | И | |
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp2 | Солнечный генератор 227 (любой из) | 20 любых | ∞ |
| Солнечная панель 0 тира (194-3) | 5 | Слишком низкий тир, ставьте 227 | |
| Генератор (194-0) | 4 | И | |
| Геотермальный Генератор (194-1) | 4 | И | |
| Полужидкостный Генератор (194-7) | 4 | И | |
| Ядерный Реактор (194-5) | 4 | И | |
| Кинетич.Ветрогенератор (192-0) | 2 | И | |
| Кинетич.Гидрогенератор (192-4) | 4 | И | |
| Радиоизотопный Термогенератор (193-2) | 4 | И | |
| Твердотельный Термогенератор (193-0) | 4 | И | |
| Жидкостный Термогенератор (193-1) | 4 | И | |
Рад. терм.генератор (194-6) | 4 | И | |
| Жидкостный теплообменник (203-12) | 16 | И | |
| заряжающая плита (201-любая) | 2 | И | |
| Энергохранилище Tier0 200-0 | 4 | Используйте более высокий тир. | |
| МФЭ Tier2 200-1 | 4 | Используйте более высокий тир. | |
| МФЭХ Tier3 200-2 | 4 | Используйте ячейки МЕКА | |
| МЭХ Tier1 200-7 | 4 | используйте более высокий тир | |
| Парогенератор 204-0 | 8 | И | |
| Кинетич.Парогенератор 192-1 | 16 | И | |
| Электропечь 202-2 | 4 | И | |
| Дробитель 202-3 | 4 | И | |
| Экстрактор 202-4 | 4 | И | |
| Компрессор 202-5 | 4 | И | |
| Утилизатор 202-11 | 1 | И + используйте ускорители | |
Консерв. механизм 203-9 | 3 | И | |
| Индукцион.Печь 202-13 | 5 | И | |
| Термаль.Центрифуга 203-3 | 3 | И | |
| Металлоформ.мех. 203-4 | 3 | И | |
| Рудопромыв.мех. 203-5 | 3 | И | |
| Ферментер 203-13 | 5 | И | |
| Доменная печь (IC) 204-1 | 4 | И | |
| Солн.Опреснитель (IC) 204-3 | 10 | Куда больше то? | |
| Буровая (IC) 202-7 | 2 | Зачем? | |
| Помпа (IC) 202-8 | 2 | Используйте Мека-помпу, она адекватнее | |
| Сборщик урожая (IC) 204-7 | 2 | И + автофермы | |
| Катушка Теслы (IC) 203-1 | 4 | И | |
| ЖЯР (197) | 1 | ∞ | |
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp3 | Монитор Tier 1(OC) 494 | 4 | Увеличивайте тир |
| Монитор Tier 2(OC) 496 | 8 | Увеличивайте тир | |
| Монитор Tier 3(OC) 495 | 64 | А куда больше то 0_0 | |
| Системный блок Tier 1(OC) 479 | 1 | ||
| Системный блок Tier 2(OC) 481 | 1 | ||
| Системный блок Tier 3(OC) 480 | 1 | ||
| Зарядное устройство (OC) 482 | 4 | И | |
| Серверная стойка (OC) 497 | 1 | ||
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp4 | Улья / Компоненты Большого Улья (748 и 452) | 108 бл / 4 больших | Улья относятся к проф-блокам |
| Сундук-884 | 2 | крайне неадекватное поведение рендера Если у вас слабый комп — не ставьте их.  | |
| Редуктор фермы (742-2) | 5 | Автофермы | |
| пасека / домик (754) | 10 | Улья относятся к проф-блокам | |
| Рабочий стол (Forestry 703-2) | 8 | И | |
| Центрифуга (Forestry 727-2) | 3 | И | |
| Двигатели/Генераторы (Forestry 755) | 10 любых | И | |
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp5 | Помпа (BC 449) | 2 | Используйте Меко-помпы |
| Нефтеперегонные вышки (BC 821) | 2 | И | |
| Авто-верстак (BC 828) | 4 | И | |
| Лазер (BC 443) | 8 | И | |
| Двигатель (BC 879 любой) | 10 любых | И | |
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp6 | Контроллер Т. И. (Meka 511-14) | 1 мультиблок | И |
| блоки Меканизма (860 любая мета кроме Шахтера) | 20 | ||
| Цифровой Шахтер (Meka 860-4) | 1 | Куда больше то? =_= | |
| блоки Меканизма (Meka 850 с 0 до 8) | 20 | ||
| Формульный Сборщик (Meka 851-5) | 5 | Автокрафт | |
| * | ****************************************** | ************************ | ******************************************* |
| Sp7 | коксовая печь (RC 831-7) | 52 бл / 2 шт | И |
| доменная печь (RC 831-12) | 68 бл / 2 шт | И | |
| Паровые Котлы (RC 513-5 и 513-6) | 18 любых | Затраты на 1 мультиблок: 1, 4 или 9 камер сгорания. Можно 18, 4 или 2 камеры разных тиров | |
| Паровые Турбины (RC 531-1) | 12 бл / 4 шт | И | |
| Паровые двигатели (RC 513-7 8 и 9) | 16 | И | |
| резервуары (RC 513(0-2)и(13-15) | 354 блока | Затраты на 1 мультиблок: Самый маленький резервуар будет размером 3×3×4, а самый большой — 9×9×8. Стальной и Железный вызывают утечку памяти в клиенте, просадки ТПС и ФПС. Старайтесь использовать ДРУГИЕ резервуары. |
Начинается загрузка плутониевого топлива в марсоход Mars 2020
Американское космическое агентство NASA начало заправку плутония-238 в радиоизотопный генератор для марсохода Mars 2020, который отправится на Марс в 2020 году.
Генератор имеет название MMRTG (аббревиатура от фразы Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator — «многофункциональный радиоизотопный термогенератор») и предназначен для обеспечения марсохода энергией в ситуациях, когда энергии солнечных батарей будет недостаточно.
Как известно, Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, соответственно, получает значительно меньше солнечного излучения. Кроме того, регулярно происходящие на Марсе пылевые бури ведут к осаждению пыли на солнечные батареи марсоходов, что снижает их производительность. Поэтому, хотя значительную часть энергоснабжения марсоходов всё-таки обеспечивают солнечные батареи, необходимы дублирующие источнки питания.
Вопросами, связанными с подготовкой запуска марсохода, в NASA занимается структурное подразделение под названием «Лаборатория реактивного движения» (JPL). Как следует из пресс-релиза данного ведомства, изотопный генератор будет иметь мощность 110 Вт, что достаточно для обеспечения нормального функционирования марсохода.
NASA также сообщает, что в общей сложности радиоизотопные источники электроэнергии использовались в 27 космических миссиях, начиная с первой высадки на Луну 20 июля 1969 года, заканчивая нынешним марсоходом Curiosity, который в настоящее время продолжает работать на Марсе.
Со стороны Министерства энергетики США производством и поставкой радиоизотопного источника занимается Национальная лаборатория Айдахо.
Запуск аппарата Mars 2020 намечается на июль 2020 года. В феврале 2021 года марсоход должен будет приземлиться в кратере Джезеро. По своему устройству новый марсоход будет аналогичен ныне работающему на Марсе аппарату Curiosity, и основным его отличием от Curiosity будет крупный манипулятор для детальных исследований образцов поверхности на месте.
на полигоне в Нёноксе, возможно, было два взрыва
Норвежский исследовательский институт Norsar опубликовал свои выводы, основанные на сейсмографических и акустических данных, полученных в день смертоносного инцидента, полторы недели назад, 14 августа. Но заключение ученых осталось незамеченным.
Энн Лайк, исполнительный директор института, в интервью Азаттыку 23 августа сообщила, что сейсмографы на станциях мониторинга зафиксировали 8 августа первые колебания около 9 часов утра по времени Архангельска, крупного города на берегу Белого моря. Данные, по ее словам, указывали на взрыв, произошедший близко к поверхности — либо на земле, либо в воде.
Примерно через два часа, в 11 часов, другой датчик, предназначенный для улавливания инфразвуковых волн или низкочастотного звука, зарегистрировал другое акустическое событие, рассказывает Энн Лайк. Исследователи пришли к выводу, что это, вероятно, был взрыв, прогремевший в воздухе на некотором отдалении от поверхности земли, отмечает она.
«Да, основываясь на наших выводах, похоже на то, что произошло два взрыва», — сказала исполнительный директор норвежского института.
Выводы института, о которых впервые сообщила газета Afternposten 22 августа, дополняют растущее число общедоступных свидетельств об инциденте 8 августа, произошедшем на военно-морском полигоне в Нёноксе, который используется советскими и российскими военными специалистами на протяжении десятилетий для испытаний оружия.
ПРОТИВОРЕЧИВАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Российские власти выдавали фрагментированную и порой противоречивую информацию о случившемся, что вызвало недовольство россиян, желающих знать, что именно произошло и каковы риски.
Министерство обороны сообщило об инциденте в тот же день, заявив о гибели двух человек и не предоставив деталей. Два дня спустя корпорация Росатом распространило информацию о том, что пять ученых погибли во время «технического сопровождения изотопных источников питания на жидкостной двигательной установке».
Белое море у берегов села Нёнокса.На следующий день, 11 августа, руководители государственного научно-исследовательского института, в котором работали ученые, рассказали в видеоинтервью, что исследователи занимались, среди прочего, «созданием малогабаритных источников энергии с использованием радиоактивных делящихся материалов».
В населенных пунктах возле Нёноксы, включая города Северодвинск и Архангельск, многие россияне возмущались отсутствием конкретной информации от властей. Через несколько часов после происшествия во многих северодвинских аптеках раскупили йод. Капли йода используют для защиты щитовидной железы от радиации.
Жители региона в социальных сетях обсуждали радиационный фон и делились видео со счетчиками Гейгера, фиксирующими уровень радиации в окружающей среде. Местные власти сначала сообщили о кратковременном всплеске радиации в Северодвинске, но затем информация исчезла с официальных сайтов.
«ВАЖНАЯ РАБОТА»
На уходящей неделе президенту России Владимиру Путину во время совместной пресс-конференции с премьер-министром Финляндии Антти Ринне в Хельсинки задали вопрос об этом инциденте.
«Трагедия, которая произошла в Белом море, к сожалению, унесла жизни наших специалистов, — ответил Путин. — Это работа в военной сфере, работа над перспективными системами вооружений. Мы этого не скрываем».
Недовольство в российском регионе усиливают сообщения о том, что врачи и медицинский персонал, которые имели дело с пострадавшими при взрывах, в том числе тремя выжившими, не были уведомлены, что именно произошло и есть ли риск радиационного облучения. Врачи жаловались в социальных сетях и в интервью, что им не предоставили защитные костюмы.
Пока жители близлежащих сел переживали, насколько безопасно употреблять в пищу рыбу, ягоды или грибы, западные эксперты пытались выяснить, что именно испытывали в Нёноксе. Несколько аналитиков предположили, что это могла быть крылатая ракета с ядерной установкой «Буревестник», о разработке которого говорил Путин в прошлом году.
Президент США Дональд Трамп опубликовал twit-сообщение, в котором прямо говорится, что это был «Буревестник», известный экспертам НАТО под названием Skyfall.
Спутниковое изображение, сделанное американской коммерческой компанией Maxar, показывающее место, где произошел взрыв.Другие специалисты предположили, что это могла не сверхзвуковая крылатая ракета с ядерным двигателем, а «радиоизотопный термогенератор» для выработки энергии для ракеты и ее компонентов.
«МАШИНА КОНЦА СВЕТА»
Существуют и предположения, что это мог быть новый подводный ядерный беспилотник, получивший название «машина конца света», который, по сообщениям, находится в стадии разработки, либо гиперзвуковая противокорабельная ракета, известная как «Циркон».
Энн Лайк говорит Азаттыку, что датчики института Norsar зафиксировали явный взрыв в воздухе, но у них недостаточно данных, чтобы утверждать, что это была ракета. «Мы могли видеть взрыв, но откуда он, мы не можем сказать», — сказала она.
15 августа, через неделю после аварии, другой норвежская структура, агентство по радиационной и ядерной безопасности, сообщило об обнаружении небольших концентраций радиоактивного йода в воздухе. Но агентство не может утверждать, что это связано с инцидентом в Архангельске.
Еще одно спутниковое изображение Maxar, которое, по-видимому, свидетельствует о взрыве на полигоне.Институт Norsar, расположенный в Кьеллере, к северо-востоку от столицы Осло, не зависит от правительства. В распоряжении института — датчики в шести районах, включая граничащую с Россией территорию Финнмарк и остров Шпицберген, расположенный недалеко от российского испытательного полигона Новая Земля в Баренцевом море.
Институт следит также за соблюдением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Датчики Norsar являются частью глобальной сети устройств, регистрирующих и передающих данные Организации Договора о всеобъемлющем запрещении испытаний (ОДВЗЯИ) со штаб-квартирой в Вене, которая контролирует соблюдение соглашения во всем мире.
Ранее на этой неделе организация сообщила, что четыре российские станции мониторинга прекратили передачу данных в дни после взрыва.
Официальный представитель ОДВЗЯИ отказалась от комментариев о том, получала ли организация данные, указывающие на вероятность двух взрывов на полигоне близ Архангельска.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) | Кассини — НАСА Исследование солнечной системы
Как это работает
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ)— это легкие, компактные энергетические системы космических аппаратов, которые отличаются исключительной надежностью.
РИТЭГивырабатывают электроэнергию, используя тепло от естественного радиоактивного распада плутония-238 в форме диоксида плутония. Большая разница в температуре между этим горячим топливом и холодной окружающей средой космоса применяется через специальные твердотельные металлические соединения, называемые термопарами, которые генерируют электрический ток без движущихся частей.
Как мы это использовали
Электроэнергия для научных приборов и бортовых систем «Кассини» вырабатывалась тремя РИТЭГами, известными как РИТЭГи общего назначения (GPHS).
Космический корабль также нес 82 стратегически размещенных блока радиоизотопных нагревателей (RHU), которые обеспечивали сфокусированное тепло в виде одного ватта тепловой мощности каждый, используя таблетку диоксида плутония размером с карандаш. Зонд Гюйгенс использовал 35 подобных RHU, чтобы сохранять тепло при спуске на холодную поверхность ледяного Титана.
RPS, используемые для питания космических аппаратов НАСА, включая Кассини, поставляются Министерством энергетики США (DOE). НАСА и Министерство энергетики продолжают сотрудничать в обслуживании существующего многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора (который сейчас используется на Марсе марсоходом Curiosity) и связанной с ним технологии RPS.
РИТЭГиспользуются в миссиях НАСА, где другие варианты, такие как солнечная энергия, непрактичны или не способны обеспечить мощность, которая может потребоваться миссии для достижения своих научных или операционных целей.Иногда называемые «ядерными батареями», РИТЭГи не являются реакторами деления, и плутоний не является типом, который используется в ядерном оружии. С момента запуска первой в 1961 году более двух десятков космических миссий США использовали РИТЭГи.
Для получения более подробной информации о РИТЭГах посетите домашнюю страницу NASA Radioisotope Power System.
В космосе нет заправочных станций и розеток. Вот почему «Кассини» — и некоторые другие космические аппараты НАСА, исследующие Солнечную систему, — используют так называемую «радиоизотопную энергию».»
Энергетические системы | Энергетические и тепловые системы — НАСА RPS: Radioisotope Power Systems
Марсоход Curiosity сделал этот автопортрет, на котором в центре изображен его радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG).
Наследие разведки
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы , или RTGs , обеспечивают электроэнергией космические корабли, преобразуя тепло, выделяемое при распаде топлива плутония-238 (Pu-238), в электричество с помощью устройств, называемых термопарами.Поскольку в них нет движущихся частей, которые могут выйти из строя или изнашиваться, ритэги исторически считались высоконадежным источником питания. Термопары использовались в РИТЭГах в общей сложности более 300 лет, и ни одна термопара никогда не прекращала выработку энергии.
Термопары широко используются в повседневных предметах, которые должны контролировать или регулировать их температуру, например, в кондиционерах, холодильниках и медицинских термометрах. Принцип термопары состоит из двух пластин, каждая из которых изготовлена из разного металла, проводящего электричество.Соединение этих двух пластин с образованием замкнутой электрической цепи при поддержании двух переходов при разных температурах дает электрический ток. Каждая из этих пар спаев образует индивидуальную термопару. В РИТЭГе радиоизотопное топливо нагревает один из этих переходов, в то время как другой переход остается ненагретым и охлаждается космической средой или планетарной атмосферой.
Многофункциональный радиоизотопный термоэлектрический генератор Помеченный раздельный вид, показывающий основные компоненты MMRTG или многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора.Изображение предоставлено НАСА.Текущая модель RTG — многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор или MMRTG . Он основан на типе РИТЭГов, которые ранее использовались на двух спускаемых аппаратах «Викинг» и космических кораблях «Пионер 10» и «Пионер-11» (РИТЭГ SNAP-19). Он предназначен для использования либо в космическом вакууме, либо в атмосфере планеты. Избыточная тепловая энергия от MMRTG может использоваться в качестве удобного и устойчивого источника тепла для поддержания надлежащих рабочих температур космического корабля и его инструментов в холодных условиях.
Обзор радиоизотопных термоэлектрических генераторов
Обзор радиоизотопных термоэлектрических генераторовМейсон Цзян
15 марта 2013 г.
Представлено как курсовая работа для Ph341, Стэнфордский университет, зима 2013 г.
Введение
| Рис. 1: Схема типичного радиоизотопа термоэлектрический генератор.(Любезно предоставлено НАСА.) |
Ядерные процессы давно используются для производство тепла и электроэнергии для нужд энергетики. В большинстве из них случаях, как методы генерации, так и возможные приложения являются часто ассоциируется с крупномасштабными сооружениями (электростанциями) и распространение (национальное использование). Однако действительно есть гораздо меньшие масштабные ситуации, связанные с производством энергии с использованием ядерных процессы. Один из таких примеров — использование радиоизотопа. термоэлектрические генераторы (РИТЭГ).РИТЭГи — это устройства, преобразующие отработанное тепло, выделяемое процессами радиоактивного распада, в пригодное для использования электрической энергии и часто устанавливаются в космических объектах, которые требуют энергии и других удаленных структур / машин, которые не могут получить энергоэффективно любым другим способом. К ним относятся спутники, зонды, и отдаленные маяки. В идеале РИТЭГи устанавливаются в системах под некоторые из следующих обстоятельств:
Невозможно постоянно обслуживать и обслужено
Не может вырабатывать солнечную энергию эффективно
Необходимо продолжать работу без помощи человека на длительный срок
Минимальное взаимодействие с человеком
Исходя из этих обстоятельств, основное применение РИТЭГов находится в полностью автоматизированных системах, которые не будут испытывать человеческий контакт для периоды времени дольше, чем у других источников энергии, таких как батареи и топливные элементы, могут выдерживать и в условиях окружающей среды, которые не способствует выработке энергии естественными способами (солнечными, ветровыми и т. д.).). В Ниже приводится обзор радиоизотопных термоэлектрических генераторов. включая описания их конструкций и того, как они работают, некоторые примеры современных приложений и несколько комментариев к их общим безопасность.
Проект
Типовая конструкция РИТЭГа на самом деле относительно простой и понятный, состоящий из двух важнейших компонентов: топлива который будет радиоактивно распадаться, и большой набор термопар для преобразовывать тепло в электричество. Рис. 1 представляет собой разрез Типичный современный РИТЭГ, демонстрирующий все детали интерьера.Топливо расположены за слоем теплоизоляции и футерованы термопары в модулях по бокам РИТЭГа. В частности, это изображение показывает многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG), о чем мы еще поговорим позже.
Выбор топлива для РИТЭГов, конечно, не мелочь; есть несколько критериев, которым должны соответствовать изотопы чтобы баллотироваться в качестве кандидатов. Фактически, первоначальные исследования, проведенные доктора Бертрама Бланке о разработке РИТЭГов оценено более 1300 радиоактивных изотопов для проекта, но обнаружено, что только 47 из них подходящие характеристики.[1] Эти характеристики включают:
Способность производить высокую энергию радиация
Склонность к радиационному распаду тепло
Обладание длительным периодом полураспада для непрерывного производство энергии
Большая тепловая мощность к массе (или плотности) соотношение
Первый фактор довольно очевиден и просто констатация того факта, что любой изотоп, выбранный в качестве топлива, должен быть способный высвободить достаточно энергии в процессе распада, чтобы служить практичный и достаточно плодотворный источник термоэлектрического преобразования.Этот одна характеристика не исключает многих изотопов, но следующая черта возможность производить остаточное тепло излучения — более строгий руководство.
Тепло, связанное с большинством радиоактивных распад происходит в результате поглощения продуктов распада в различные материалы и вызывают тепловое движение атомов. Для компактного устройства, такого как RTG, эффективное тепловыделение должно происходить на относительно небольшая шкала длины в пределах стенок устройства. Это прямо означает потребность в продуктах распада с коротким замыканием. длины поглощения.Рассмотрение различных типов радиоактивного распада (альфа, бета, гамма) порядок длин поглощения излучения от от самого короткого до самого длинного — это альфа, бета, а затем гамма. Это значит, что на конечной длине материала, содержащегося в РИТЭГе, наибольшее тепловыделение будет производиться альфа-распадом. Поэтому при выборе подходящего Топливо РИТЭГ, лучше всего находить изотопы, распадающиеся с альфа-излучением первый. Однако следует отметить, что изотопы, дающие бета и гамма-излучение тоже может быть жизнеспособным кандидатом при условии надлежащего материалы используются для поглощения и преобразования в тепло для этих виды излучения.
Далее следующий критерий выбора топлива длительный период полураспада. Учитывая, что большинство РИТЭГов окажется в изолированном среды с очень небольшим человеческим присутствием и, следовательно, шансы на повторное топливо, потребность в изотопе, который может непрерывно производить энергию для довольно очевидны длительные периоды времени. Конечно точный изотоп Требования к периоду полураспада будут варьироваться в зависимости от ситуации, но, как правило, желательны более длительные периоды полураспада, ведущие к устойчивому уровню энергии производство.Последний параметр для выбора приемлемого изотопа: в основном заявление об эффективности размера. Для создания компактного устройства РИТЭГ необходимо каждый элемент должен быть достаточно маленьким, включая топливо. Даже если конкретный изотоп соответствует всем вышеперечисленным критериям для топлива выбор, если требуется чрезмерное количество вещества для производства необходимая энергия, он будет менее привлекательным. Для РИТЭГов, которые в конечном итоге в небольших внеземных транспортных средствах / приложениях, вес и эффективность в конечном итоге становятся наиболее важными факторами.
На основании всех вышеперечисленных факторов наибольшая Часто используемые изотопы для топлива РИТЭГов включают плутоний-238 (Pu-238), Стронций-90 (Sr-90) и кюрий-244 (Cm-244) с наибольшим содержанием Pu-238. цитировал топливо на большинстве ресурсов о РИТЭГах. На самом деле частое использование Pu-238 для РИТЭГов, в том числе его использование почти в двух десятках космических миссий, привело к недавней нехватке сильно зависимого материала. [2] Пу-238 удовлетворяет всем указанным выше требованиям к топливу РИТЭГа с высокой выход излучения, в первую очередь, каналы альфа-распада и, следовательно, низкое экранирование потребности, очень длительный период полураспада 88 лет и упакованные топливные гранулы в размер зефира, как показано на рис.2. Другие изотопы могут также служат в качестве топлива, но имеют ряд недостатков по сравнению с Pu-238, включая дополнительные требования к экранированию из-за не-альфа радиационный распад, более короткие периоды полураспада и, как правило, меньшее излучение выход.
С учетом критериев топлива для РИТЭГов обсуждение другого важного компонента РИТЭГов — термопар. Как только изотопная топливная таблетка установлена в РИТЭГ, она начинает разлагаться. радиоактивно, создавая тепло, которое собирается за счет распределения тепла блоки.Эти блоки затем отправляют тепло на наборы термопар, которые преобразовывать тепло в полезную электроэнергию. Термопары издавна в использовании и не являются особенно сложными или зарождающимися. Они полагаются на единственный простой принцип, названный эффектом Зеебека, впервые обнаруженный Томас Зеебек в 1821 г., который отмечает, что дифференциал температура между двумя концами приведет к электрическому напряжению и наоборот. Таким образом, если устройство может быть сконструировано для достижения сильного градиент температуры в электропроводящем элементе, тогда разность напряжений может быть вызвана вместе с полезным электрическим Текущий.Обычно это требует использования материалов с низким тепловым проводимость, что позволило бы обеспечить большой перепад температур до накапливаются между двумя концами и обладают высокой электропроводностью, так что токи могут легко течь. В настоящее время термопары, используемые в РИТЭГах, содержат: высокоэффективные термоэлектрические материалы, такие как теллурид висмута (BiTe), теллурид свинца (PbTe), теллуриды, содержащие сурьму, германий и серебро (TAGS) и кремний германий (SiGe). [3] Эти материалы поглощают тепло, выделяемое изотопным топливом РИТЭГ, создают резкий перепад температур из-за их низкой теплопроводности, а затем вырабатывают электрические токи, которые РИТЭГ выводит на элементы, требующие питания.
Несмотря на простую реализацию термопары в РИТЭГах, основным недостатком их использования является их низкая эффективность преобразования тепла в электрическую энергию. Коэффициенты конверсии для перечисленные выше материалы обычно находятся в диапазоне от 5 до 9%. [4] Хотя существуют и другие варианты, очень немногие из них соответствуют низкой стоимости, низкой вес и простота использования термопар.
Приложения
Простая конструкция РИТЭГов обуславливает их утилизацию. во многих приложениях, соответствующих параметрам, перечисленным во введении, как на Земле, так и в космосе.На Земле РИТЭГи использовались в беспилотных объекты, такие как сотни старых, заброшенных русских маяков и различные объекты арктического мониторинга по заказу США. [5,6] Ключи к эти наземные виды использования заключаются в том, что РИТЭГи были размещены в удаленных области, к которым люди не часто обращаются для обслуживания и используемые в объектов, которые останутся на своих местах в течение длительных периодов время, длящееся десятилетиями. Это оправдывает использование этих потенциально опасные атомные РИТЭГи на Земле, сводящие к минимуму опасность для человека существа.Элемент безопасности РИТЭГов кратко будет рассмотрен в следующем разделе. раздел.
Наиболее результативное использование РИТЭГов было в множество межзвездных проектов, в том числе довольно большое количество разнообразных космические зонды, отправленные на Луну, полеты к внешним планетам Солнечной Такие системы, как Pioneer и Voyager, и совсем недавно роботизированный вездеход Любопытство отправлено на Марс. [7-9] Установка РИТЭГа на Марс. Ровер здесь особенно интересен, так как дает возможность обсудить самую современную итерацию космических РИТЭГов, названную многоцелевой. миссия радиоизотопных термоэлектрических генераторов (ММРТГ).
Функционально MMRTG фактически сохраняет то же самое ингредиенты, как и все другие РИТЭГи, описанные выше, даже с использованием Pu-238 в качестве их источник радиационного топлива. [9] Это свидетельство истинного надежность и эффективность оригинальной идеи и модели РИТЭГа. Пожалуй, единственное серьезное обновление — это использование более новых и улучшенных термоэлектрические преобразователи, а именно устройства PbTe / TAGS, предназначенные для выжать от 100 до 125 Вт электроэнергии из Pu-238 топливные пеллеты в течение 14 лет.[10,11] Этот дизайн MMRTG имеет надежно работает Curiosity с момента его приземления 6 августа 2012 г. и скорее всего, будут использоваться в будущих космических аппаратах и модулях.
Безопасность
Как и при реализации любого атомного базирования процессы в функционирующие устройства, всегда есть беспокойство о человеческих безопасность и радиоактивное загрязнение. Несмотря на то, что РИТЭГи предназначены для функционируют в отдаленных средах с малочисленным населением, опасения не являются полностью необоснованными, так как возникает множество вопросов относительно случая утечки топлива РИТЭГа или возможных взрывов при запуск РИТЭГов в космос.В худшем случае этих В таких ситуациях может наблюдаться значительное радиоактивное загрязнение окружающая среда, а также возможность радиационного ущерба для человека. Это делает использование и запуск РИТЭГов как минимум полусспорным. Однако на практике применяются меры безопасности, чтобы свести к минимуму риски радиоактивного загрязнения от РИТЭГов. Например, в НАСА миссия на Сатурн с зондом Кассини-Гюйгенс, изотоп РИТЭГ топливо хранилось в высокопрочных блоках графита и окружено слой металлического иридия, чтобы снизить риск случайного взрывы.[12] Эти графитовые блоки оказались успешными в предотвращение радиационного заражения, как в случае с прославленным провалом Посадка Аполлона-13 в 1970 году, который оставил свой РИТЭГ в океане после его вернуться на Землю, но без обнаруживаемого загрязнения плутонием. [13] В в итоге, несмотря на потенциальные радиационные риски, преимущества использования РИТЭГов намного перевешивают все остальные факторы.
Заключение
Использование РИТЭГов — прекрасный пример применение ядерных процессов в меньших масштабах.Они широко реализованы в космических проектах, требующих энергии там, где ресурсы по мощности скудны наряду с земными проектами в областях с очень мало человеческого присутствия. Использование РИТЭГов будет только увеличиваться в будущем, поскольку они являются эффективными источниками энергии для конкретных ситуаций, хотя различные источники топлива должны быть обнаружены и эффективно интегрированы с постепенным истощением Pu-238.
© Мейсон Цзян. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.
Список литературы
[1] B.C. Blanke et al. , «Ядерная батарея. Сводный отчет о типах термопар, «Monsanto Research Corporation», MLM-1127, 15 января 62.
[2] Д. Крамер, «Нехватка плутония-238 ставит под угрозу Миссии НАСА по планетарной науке, Physics Today 64 , No. 1, 24 (2011).
[3] Г. Р. Шмидт, Т. Дж. Сатлифф и Л. А. Дудзински, «Энергия радиоизотопов: ключ к успеху» Технологии для исследования дальнего космоса »в Радиоизотопах — Приложения в физических науках , изд.Н. Сингх (InTech, 2011), стр. 419.
[4] Энергоэффективные технологии для Пеший солдат (National Academy Press, 1997), стр. 218.
[5] М. К. Сневе, «Пульт дистанционного управления». Контроль, Международное агентство по атомной энергии Бюлл. 48 , № 1, 42 (2006).
[6] «Источники энергии для удаленных арктических приложений», Управление оценки технологий США, OTA-BP-ETI 129, июнь 1994 г.
[7] Д. Харланд, Аполлон-12 — На берегу океана Storms (Springer, 2010), стр.269.
[8] Г.Л. Беннетт, «Космическая ядерная энергетика: открытие Последний рубеж «, Am. Ins. Aero. Astro., AIAA 2006-4191, июнь 2006.
[9] У. Дж. Хенниган, «Марс Марсоход использует ядерную энергию для путешествия вокруг Красной планеты, Лос «Анджелес Таймс», 5 августа 12,
[10] Ф. Ритц и К. Э. Петерсон, «Многоцелевой Обзор программы радиоизотопных термоэлектрических генераторов (MMRTG), » Proc. 2004 IEEE Aerospace Conf (IEEE, 2004).
[11] А. К. Мисра, «Обзор программы НАСА по Разработка радиоизотопных энергетических систем с высокой удельной мощностью », Являюсь.Inst. Аэро. Astro., AIEE 2006-4187, Июнь 2006г.
[12] Дж. А. Румерман, «Сборник исторических данных НАСА» Том VII Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства НАСА SP-2009-4012, 2009 г., стр. 741.
[13] W. J. Broad, «Сатурн Использование Миссией плутониевого топлива вызывает предупреждения об опасности », Новый York Times, 8 сентября 97 г.
Термоэлектрический генератор— обзор
Радиоизотопные системы
Радиоизотопные источники энергии используются в космосе с 1961 года.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы ( РИТЭГов ) были основным источником энергии для космических работ в США с 1961 года. Высокая теплота распада плутония-238 (0,56 Вт / г) позволяет использовать его в качестве источника электроэнергии в РИТЭГах космических кораблей. , спутники, навигационные маяки и тд. Тепло от оксидного топлива преобразуется в электричество через статические термоэлектрические элементы (твердотельные термопары) без движущихся частей. РИТЭГи безопасны, надежны и не требуют технического обслуживания и могут обеспечивать тепло или электричество в течение десятилетий в очень суровых условиях, особенно там, где солнечная энергия нецелесообразна.
На данный момент 44 РИТЭГ используются в 24 американских космических аппаратах, включая космические аппараты «Аполлон», «Пионер», «Викинг», «Вояджер», «Галилео» и «Улисс», а также на многих гражданских и военных спутниках. Космический корабль «Кассини» несет три РИТЭГа мощностью 870 Вт на пути к Сатурну. Космический корабль «Вояджер», который отправлял снимки далеких планет, уже работает более 20 лет и, как ожидается, будет отправлять обратно сигналы, питаемые своими РИТЭГами, еще 15-25 лет. Посадочные аппараты Viking и Rover на Марсе зависели от источников питания RTG, как и марсоходы, которые будут запущены в 2009 году.
Последний РИТЭГ представляет собой 290-ваттную систему, известную как GPHS RTG , источником тепловой энергии для этой системы является универсальный источник тепла (GPHS). Каждый GPHS содержит четыре топливных таблетки Pu-238, покрытых иридием, имеет высоту 5 см, квадрат 10 см и вес 1,44 кг. Восемнадцать блоков GPHS обеспечивают питание одного RTG GPHS. Многоцелевой RTG (MMRTG) будет использовать 8 блоков GPHS мощностью 2 кВт, которые можно использовать для выработки 100 Вт электроэнергии.
Радиоизотопный генератор Стирлинга (SRG) основан на 55-ваттном электрическом преобразователе, питаемом от одного блока GPHS.Горячий конец преобразователя Стирлинга достигает 650 ° C, и нагретый гелий приводит в движение свободный поршень линейного генератора переменного тока, при этом тепло отводится на холодном конце двигателя. Затем переменный ток преобразуется в постоянный ток мощностью 55 Вт. Этот двигатель Стирлинга производит примерно в четыре раза больше электроэнергии из плутониевого топлива, чем РИТЭГ. Таким образом, каждый SRG будет использовать два преобразователя Стирлинга с тепловой мощностью около 500 Вт, обеспечиваемой двумя блоками GPHS, и будет вырабатывать 100–120 Вт электроэнергии. SRG прошел всесторонние испытания, но еще не летал в космос.
Россия также разработала РИТЭГи, использующие По-210, и два из них все еще находятся на орбите навигационных спутников Cosmos 1965 года. Но он сосредоточился на реакторах деления для космических энергетических систем.
Помимо РИТЭГов, на спутниках и космических кораблях используются блоки радиоактивного нагревания ( RHU, ), чтобы инструменты были достаточно теплыми для эффективного функционирования. Их выходная мощность составляет всего около одного ватта, и они в основном используют Pu-238 — обычно около 2,7 грамма. Размеры около 3 см в длину и 2,5 см в диаметре, вес 40 грамм.Примерно 240 из них уже использовались США, а два находятся в отключенных российских луноходах на Луне. Их будет восемь на каждом американском марсоходе, запущенном в 2003 году.
И РИТЭГи, и РНУ спроектированы таким образом, чтобы выдерживать крупные аварии при запуске и возвращении в атмосферу, как и SRG.
Радиоизотопный термогенератор — Energy Education
Рис. 1. Это РИТЭГ, используемый на зонде NASA Cassini. [1]Радиоизотопные термоэлектрические генераторы ( RTG ), также называемые Radioisotope Power Systems ( RPS ), представляют собой системы производства энергии, наиболее часто используемые в космических путешествиях на большие расстояния и в удаленных районах Земли.Они производят электричество за счет тепла, выделяемого распадающимися радиоактивными изотопами. РИТЭГи наиболее известны тем, что они используются на зондах НАСА «Кассини», «Вояджер», «Новые горизонты». [2] и марсоход Curiosity. [3] См. Ниже трехмерные модели.
Компоненты
РИТЭГможно разбить на три важнейших компонента; радиоактивный изотоп, термопары и теплоизоляция.
Изотоп
Радиоактивный изотоп занимает центральное место в конструкции РИТЭГов.Этот ядерный источник обеспечивает тепло, из которого остальная часть конструкции производит электричество. В большинстве конструкций используются плутоний-238, стронций-90 или америций-241 для удовлетворения требований к удельной мощности, периоду полураспада и радиоактивной защите. Поскольку период полураспада изотопов выбран стратегически, РИТЭГи обеспечивают электроэнергию на десятилетия. Например, плутоний-238, самый распространенный и известный изотоп, используемый в РИТЭГах НАСА, имеет период полураспада примерно 90 лет. [4] Каждый изотоп имеет преимущества и недостатки, но обычно один из этих трех изотопов осаждается в таблетках в центре РИТЭГа, в которых они затем могут распадаться и выделять тепло окружающим компонентам.
Рисунок 2. На этом рисунке показаны компоненты РИТЭГа. [5]Термопара
Термопара, открытая в 1821 году Томасом Иоганном Зеебеком [6] — это устройство, которое может вырабатывать электричество за счет разницы в температуре окружающей среды. Когда соединяются два разных металла и между ними существует разница температур, создается магнитное поле. Это магнитное поле затем можно использовать для создания тока или потока электронов и результирующего напряжения и выходной мощности.Это точная фундаментальная основа, используемая в термопарах на RTG. Отработанное тепло, производимое разлагающимися изотопами, нагревает один металл, в то время как температура окружающей среды РИТЭГа и глубокого космоса будет поддерживать охлаждение другого металла. Как и прежде, эти металлы связаны между собой и производится электричество.
Регламент термального регулирования
Последний основной компонент РИТЭГа — теплоизоляция. Это особенно важно для зондов дальнего космоса, устройство должно поддерживать определенную температуру, чтобы электроника и подвижные части работали должным образом.РИТЭГ покрыт многослойной изоляцией, а затем твердой внешней оболочкой для защиты критически важных компонентов устройства. Однако не все отходящее тепло необходимо для поддержания работы космического корабля. Таким образом, у большинства РИТЭГов есть ребра радиатора. Регулирование температуры RTG имеет решающее значение для его правильного функционирования и работы. Для этой задачи требуются особые принципы проектирования, а регулирование температуры составляет основную часть внешних кожухов и слоев.
Преимущества
РИТЭГа размещены на космических аппаратах по всей Солнечной системе.Два основных использования — это космические миссии, в основном там, где солнечные батареи были бы неэффективны, и на удаленных беспилотных аванпостах. Удаленные маяки в России широко используют РИТЭГи. Обычное производство электроэнергии и транспортировка в эти места и обратно были бы затруднительны.
Большинство конструкций RTG не имеют движущихся частей, что обеспечивает надежную и длительную работу.
Основными отличиями РИТЭГов от реакторов деления являются вес, срок службы и выходная мощность. Первые советские реакторы ТОПАЗ в 1971 году могли вырабатывать 5 кВт электроэнергии в течение 3-5 лет и весили 320 кг.Примерно в то же время РИТЭГ Системы Вспомогательной Атомной Энергии-19 (SNAP-19) весил всего 14 килограммов и имел начальную выходную мощность в 40 Вт. [7] Четыре из них вместе производили достаточно энергии, чтобы прослужить 30 лет на Pioneer 10 и 22 года на Pioneer 11. Спутники Voyager (запущенные в 1977 году) каждый были оснащены тремя MHW-RTG, первоначально обеспечивающими их мощностью 470 Вт. с ожидаемым сроком службы приблизительно 48 лет (с учетом отключения спутниковых систем, чтобы электрическая нагрузка не превышала энергоснабжение), и каждый весит 37 лет.7 килограмм. [8] В настоящее время многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG, RTG на марсоходе Curiosity) весит 35,5 кг и рассчитан на срок службы 14 лет. [9]
РИТЭГи производят низкое нейтронное, бета- и гамма-излучение по сравнению с реакторами. Выбросы этих частиц вызывают проблемы с приборами на датчиках, если их инструменты не защищены от излучения.
Трехмерный RTG
Изучите трехмерные модели ниже, чтобы увидеть, как выглядит РИТЭГ и как они используются в различных миссиях.
Рисунок 3. Трехмерная модель РИТЭГа, который может быть использован в космических полетах.
Зонд Кассини
Зонд «Кассини» стал особенно интересным и успешным примером использования РИТЭГа в космической миссии. Кассини провел в космосе 20 лет и сделал почти 500 000 фотографий Сатурна и его спутников. Кассини открыл дверь к большему пониманию одной из крупнейших планет в нашей солнечной системе и проложил путь для будущих научных и исследовательских миссий. [10]
Рисунок 4.Трехмерная модель миссии Кассини. Обратите внимание на три разных РИТЭГа внизу. Перетащите изображение, чтобы просмотреть его под разными углами.
Новые горизонты
Зонд New Horizons стал еще одним захватывающим и успешным применением РИТЭГа в космической миссии. New Horizons был запущен в 2006 году для исследования внешних границ Солнечной системы. Это включает в себя облет Плутона в 2015 году и облет Ultima Thule в 2019 году. New Horizons не только сфотографировал эти два тела, но также измерил и продолжает измерять солнечный ветер, пыль, атмосферные условия и высокоэнергетические ионы, среди прочего. меньшие эксперименты. [11]
Рис. 5. Трехмерная модель зонда New Horizons. [12] Обратите внимание на РИТЭГ внизу. Перетащите изображение, чтобы просмотреть его под разными углами. Чтобы узнать больше о Плутоне, см. Здесь.
Рис. 6. Трехмерная модель марсохода Perseverance. [13] Обратите внимание, что РИТЭГ белого цвета и в «хвосте» (в отличие от предыдущих моделей). Перетащите изображение, чтобы просмотреть его под разными углами. Чтобы узнать больше об этой миссии, смотрите здесь.
Для дальнейшего чтения
РИТЭГи— чрезвычайно полезные устройства для производства малой мощности, которые открыли путь для более отдаленной и исследовательской науки. Ученые продолжают обновлять технические требования к конструкции, и с каждым новым поколением РИТЭГов они становятся все более эффективными, мощными и полезными. Чтобы узнать больше, посетите здесь
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons. (17 мая 1997 г.). Измерение радиации от РИТЭГа [Онлайн]. Доступно: https: // commons.wikimedia.org/wiki/File:RTG_radiation_measurement.jpg
- ↑ JPL, доступ онлайн http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Spacecraft/Systems-and-Components.php 29 июня 2020 г.
- ↑ Программа NASA RPS. Радиоизотопные энергетические системы [Интернет]. Доступно: https://rps.nasa.gov/, по состоянию на 29 июня 2020 г.
- ↑ Система NASA RPS доступна в Интернете: https://rps.nasa.gov/about-rps/about-plutonium-238/, по состоянию на 31 июля 2020 г.
- ↑ Wikimedia Commons. (15 марта 2015 г.). SiGe RTG [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiGe_RTG.png
- ↑ Омега Инжиниринг. (4 сентября 2018 г.). Краткая история датчика температуры. [Интернет]. https://www.omega.ca/en/resources/history-of-the-temperature-sensor
- ↑ Институт технологии термоядерного синтеза. Сравнение космических реакторов деления СССР и США [Online]. Доступно: http://fti.neep.wisc.edu/neep602/SPRING00/lecture35.pdf
- ↑ НАСА. (14 декабря 2017 г.). Миссии первопроходцев [Интернет]. Доступно: https://www.nasa.gov/centers/ames/missions/archive/pioneer.html
- ↑ НАСА. (Октябрь 2013). Многофункциональный радиоизотопный термоэлектрический генератор. [Интернет]. Доступно: https://mars.nasa.gov/mars2020/files/mep/MMRTG_FactSheet_update_10-2-13.pdf
- ↑ НАСА. (28 марта 2019 г.). Cassini Доступно: https://solarsystem.nasa.gov/missions/cassini/overview/
- ↑ НАСА. (3 августа 2017 г.). New Horizons [Интернет].Доступно: https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html
- ↑ НАСА, доступно https://solarsystem.nasa.gov/resources/2363/new-horizons-3d-model/, по состоянию на 29 июля 2020 г.
- ↑ НАСА, доступно https://mars.nasa.gov/resources/25042/mars-perseverance-rover-3d-model/, по состоянию на 31 июля 2020 г.
ядерных реакторов для космоса — Всемирная ядерная ассоциация
(обновлено в мае 2021 г.)
- Радиоизотопные источники энергии были важным источником энергии в космосе с 1961 года.
- Реакторы ядерного деления в космосе используются в основном в России, но новые и более мощные конструкции находятся в стадии разработки как в США, так и в России.
- Плутоний-238 — жизненно важный источник энергии для полетов в дальний космос.
Ядерные энергетические реакторы используют управляемое ядерное деление в цепной реакции. С помощью поглотителей нейтронов скорость реакции контролируется, поэтому мощность зависит от потребности.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) — альтернативный источник энергии, где не происходит цепная реакция.Мощность зависит от начального количества радиоизотопа, используемого в качестве топлива, а мощность обеспечивается путем преобразования тепла, выделяемого при радиоактивном распаде радиоактивного изотопа, в электричество с помощью термопар. В большинстве РИТЭГов используется плутоний-238. При использовании РИТЭГов генерируемая мощность не может быть изменена или отключена, поэтому необходимо учитывать дополнительные батареи в пиковые периоды. РИТЭГи используются, когда космическим кораблям требуется менее 100 кВт. Кроме того, системы деления намного более рентабельны, чем РИТЭГи.
В Организации Объединенных Наций есть Управление по вопросам космического пространства (UNOOSA) *, которое выполняет решения Комитета по использованию космического пространства в мирных целях (COPUOS), созданного в 1959 году и в настоящее время объединяющего 71 государство-член. UNOOSA признает, что «для некоторых миссий в космическом пространстве ядерные источники энергии особенно подходят или даже необходимы из-за их компактности, длительного срока службы и других характеристик» и «что использование ядерных источников энергии в космическом пространстве должно быть сосредоточено на тех приложениях, которые используют преимущества об особенностях ядерных источников энергии.Он принял набор принципов, применимых «к ядерным источникам энергии в космическом пространстве, предназначенным для выработки электроэнергии на борту космических объектов для неходных целей», включая как радиоизотопные системы, так и реакторы деления.
* UNOOSA преследует двойную цель — поддерживать межправительственные обсуждения в Комитете и его Научно-техническом подкомитете (S&T) и Юридическом подкомитете, а также помогать развивающимся странам в использовании космических технологий в целях развития.Кроме того, он отслеживает правовые, научные и технические разработки, касающиеся космической деятельности, технологий и приложений, с целью предоставления технической информации и рекомендаций государствам-членам, международным организациям и другим подразделениям Организации Объединенных Наций.
Радиоизотопные системы — РИТЭГи
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) были основным источником энергии для космических работ в США с 1961 года. Высокая теплота распада плутония-238 (0,56 Вт / г) позволяет использовать его в качестве источника электроэнергии в РИТЭГах космических кораблей и спутников. и навигационные маяки.Его интенсивный процесс альфа-распада с незначительным гамма-излучением требует минимальной защиты. Америций-241, с 0,15 Вт / г, является еще одним источником энергии, одобренным Европейским космическим агентством, хотя он имеет высокие уровни относительно низкоэнергетического гамма-излучения. Тепло от оксидного топлива преобразуется в электричество через статические термоэлектрические элементы (твердотельные термопары) без движущихся частей. РИТЭГи безопасны, надежны и не требуют технического обслуживания и могут обеспечивать тепло или электричество в течение десятилетий в очень суровых условиях, особенно там, где солнечная энергия нецелесообразна.
Важность таких источников энергии была проиллюстрирована миссией Европейского космического агентства Rosetta , в ходе которой зонд Philae успешно приземлился на комете 67P / Чурымов-Герасименко в 2014 году. Оснащенный батареями и солнечными панелями, место, в котором прибыл Philae отдых на поверхности кометы — защищенной от солнечных лучей скалами — означал, что посадочный модуль не мог использовать солнечную энергию и мог отправлять данные только за 64 часа, прежде чем его батарея разрядилась.
На данный момент более 45 РИТЭГов приводят в действие более 25 космических аппаратов США, включая космические аппараты Apollo, Pioneer, Viking, Voyager, Galileo, Ulysses, Cassini и New Horizons, а также многие гражданские и военные спутники. Космический корабль Cassini нес три РИТЭГа, обеспечивающих мощность 870 Вт из 33 кг оксида плутония-238, когда он исследовал Сатурн. Он был запущен в 1997 году, вышел на орбиту Сатурна в 2004 году и функционировал очень хорошо до тех пор, пока не был остановлен в сентябре 2017 года. Вояджер 1 & 2 Космический аппарат, который отправлял фотографии далеких планет, уже работал более 35 лет с момента запуска в 1977 году и Ожидается, что до 2025 года они будут отправлять обратно сигналы с питанием от своих РИТЭГов. Galileo , спущенный на воду в 1989 году, нес 570-ваттный РИТЭГ. Высадившиеся на Марс Viking и Rover в 1975 году зависели от источников питания РИТЭГов, как и марсоход Curiosity из Марсианской научной лаборатории, запущенный в 2011 году. Три РИТЭГа (каждый с 2,7 граммами диоксида плутония-238) использовались в качестве источников тепла. спускаемый аппарат-робот Pathfinder Mars, выпущенный в 1996 году, производил 35 Вт. Каждый производил около одного ватта тепла. (Марсоходы Pathfinder массой 10,5 кг в 1997 году и два марсохода, работавшие в 2004-2009 годах, использовали солнечные панели и батареи с ограниченной мощностью и сроком службы.)
Последний РИТЭГ с плутонием представляет собой систему мощностью 290 Вт, известную как GPHS RTG . Тепловая энергия для этой системы поступает от 18 источников тепла общего назначения (GPHS). Каждый GPHS содержит четыре керамических топливных таблетки Pu-238, покрытых иридием, имеет высоту 5 см, квадрат 10 см и вес 1,44 кг. Многоцелевой RTG (MMRTG) (см. Изображение ниже) использует восемь блоков GPHS с общим количеством 4,8 кг оксида плутония, производящего 2 кВт тепла, которые можно использовать для выработки около 110 Вт электроэнергии 2.7 кВтч / сутки.
Многофункциональный радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRT). Источник: NASA
ТехнологияMMRTG используется в марсоходе миссии NASA Mars Science Laboratory Curiosity (см. Изображение ниже) , который при 890 кг примерно в пять раз превышает массу марсоходов предыдущих поколений. К февралю 2021 года Curiosity прошел около 24 км с момента приземления в августе 2012 года. Другой проект марсохода — марсоход NASA Mars Perseverance , запущенный в июле 2020 года с тем же источником питания MMRTG.Это 1025 кг, и MMRTG заряжает две литий-ионные батареи. Perserverance несет на себе беспилотный вертолет массой 1,8 кг. Приземлился в феврале 2021 года.
Марсоход НАСА Curiosity. Источник: NASA / JPL-Caltech / MSSS
Российский институт космических исследований (ИКИ) Российской академии наук и Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана разрабатывают три типа луноходов, один из которых — тяжелый луноход с «ядерной двигателем».Он будет весить 550-750 кг и предназначен для изучения полярных областей Луны. В дополнение к солнечным панелям и батареям на марсоходе будет установлен ядерный источник энергии, чтобы он мог работать на расстоянии до 400 километров, в том числе в тени. Он будет нести до 70 кг научного оборудования, в том числе специальные буры для извлечения проб почвы с глубины 1,5 метра. Марсоход также будет оснащен 16 небольшими станциями для изучения реголита и сейсмической активности Луны.
ExoMars — это совместный проект Российского космического агентства Роскосмос и Европейского космического агентства (ЕКА) по исследованию доказательств существования жизни на Марсе, в котором будут использоваться РИТЭГи.В конечном итоге миссия доставит на Марс европейский марсоход и российскую наземную платформу. Первая часть миссии была запущена в 2016 году, основная цель которой — проверить наличие метана и других следов атмосферных газов. Вторую часть миссии планируется запустить в 2020 году.
Космический корабль New Horizons, пролетевший мимо Плутона в июле 2015 года, оснащен РИТЭГ GPHS мощностью 250 Вт и 30 В, который к моменту пролета Плутона (он был запущен в 2006 году) должен был распасться примерно до 200 Вт.В нем используется 10,9 кг оксида Pu-238, и он менее мощный, чем изначально спроектированный, из-за задержек в производстве. Есть 16 двигателей Aerojet, управляющих траекторией и ориентацией 478-килограммового корабля. Четыре подруливающих устройства генерируют 4,4 Н, а 12 — тягу 0,9 Н. Топливо для них — 65 кг гидразина
.Радиоизотопный генератор Стирлинга (SRG) основан на 55-ваттном электрическом преобразователе, питаемом от одного блока GPHS. Горячий конец преобразователя Стирлинга достигает 650 ° C, и нагретый гелий приводит в движение свободный поршень линейного генератора переменного тока, при этом тепло отводится на холодном конце двигателя.Затем переменный ток преобразуется в постоянный ток мощностью 55 Вт. Этот двигатель Стирлинга производит примерно в четыре раза больше электроэнергии из плутониевого топлива, чем РИТЭГ. Таким образом, каждый SRG будет использовать два блока преобразователей Стирлинга с тепловой мощностью около 500 Вт, обеспечиваемой двумя блоками GPHS, и будет вырабатывать 130-140 Вт электроэнергии из примерно 1 кг Pu-238. SRG и Advanced SRG (ASRG) прошли всесторонние испытания, но еще не летали. НАСА планировало использовать два ASRG для зондирования спутника Сатурна Титана (Titan Mare Explorer, TiME) или для кометы Виртанен, хотя эти миссии были отложены в пользу миссии Mars InSight, первоначально запланированной на март 2016 года, теперь, вероятно, в середине 2018.В ноябре 2013 года, потратив на это 270 миллионов долларов, НАСА остановило разработку ASRG из-за бюджетных ограничений, заявив, что в нем достаточно Pu-238 для MMRTG.
В январе 2021 года Индийская организация космических исследований (ISRO) представила предложения по трехфазной разработке РИТЭГа мощностью 100 Вт.
НАСА также сообщило, что производство Pu-238 увеличивалось до 1,5 кг / год к середине 2020-х годов, и к концу 2015 года на это было потрачено более 200 миллионов долларов (см. Информационный документ по плутонию).С 1990-х годов США рассчитывали на российские поставки Pu-238, производимого на «Маяк», и закупили его 16,5 кг. Однако Россия его больше не производит и не продает.
Россия разработала РИТЭГи с использованием По-210, два из них все еще находятся на орбите на 1965 году навигационных спутников «Космос». Но он сосредоточился на реакторах деления для космических энергетических систем. Китайский лунный аппарат Chang’e 3, по всей видимости, использует РИТЭГи с Pu-238.
Америций-241 можно использовать для РИТЭГов. Он содержит около четверти энергии Pu-238, но он дешевле и легко доступен после очистки старых запасов гражданского плутония, например, в Великобритании.Он также имеет более длительный период полураспада — 432 года по сравнению с 88 годами. Однако он имеет некоторую гамма-активность (указано 8,48 мЗв / час / МБк на одном метре) и не принимался во внимание. Однако Европейское космическое агентство намеревается использовать его и оплачивает Am-241, извлеченный из гражданского плутония Великобритании Национальной ядерной лабораторией для использования в своих РИТЭГах. РИТЭГ требуется примерно в два раза больше чистого Am-241 по сравнению с Pu-238 (который обычно имеет некоторые примеси). В мае 2019 года Национальная ядерная лаборатория и Лестерский университет вырабатывали полезную электроэнергию из америция, добытого из запасов плутония в Великобритании.
Наряду с РИТЭГами, блоки радиоактивного обогрева ( RHU, ) используются на спутниках и космических кораблях, чтобы поддерживать приборы в тепле, достаточном для их эффективного функционирования. Их выходная мощность составляет всего около одного ватта, и они в основном используют Pu-238 — обычно около 2,7 грамма. Размеры около 3 см в длину и 2,5 см в диаметре, вес 40 грамм. Примерно 240 из них уже использовались США, а два российских лунохода находятся в отключенном состоянии на Луне, в них используется полоний-210. Восемь были установлены на каждом из американских марсоходов Spirit и Opportunity , приземлившихся в 2004 году, для поддержания работоспособности батарей.Китайский луноход Chang’e 3 Yutu, по-видимому, использует несколько RHU.
Центр космических ядерных исследований (CSNR) Национальной лаборатории штата Айдахо в сотрудничестве с НАСА разрабатывает хоппер с РИТЭГами для исследования Марса. В неподвижном состоянии транспортное средство будет изучать территорию вокруг себя, медленно всасывая углекислый газ из атмосферы и замораживая ее после сжатия двигателем Стирлинга. Между тем бериллиевое ядро будет хранить тепловую энергию, необходимую для взрывного испарения, необходимого для следующего прыжка.Когда он будет готов к следующему прыжку, ядерное тепло быстро испарит углекислый газ, создавая мощную струю, которая поднимет корабль на 1000 метров в «воздух». Небольшой бункер мог преодолевать 15 км за раз, повторяя это каждые несколько дней в течение десятилетнего периода. Хопперы могли нести полезную нагрузку до 200 кг и исследовать районы, недоступные для вездеходов. INL предполагает, что несколько десятков прыгунов смогут нанести на карту поверхность Марса за несколько лет и, возможно, доставить образцы горных пород со всей поверхности Марса на корабль, который доставит их на Землю.
И РИТЭГи, и РНУ спроектированы таким образом, чтобы выдерживать крупные аварии при запуске и возвращении в атмосферу в целости и сохранности. Так поступили Nimbus B-1 в 1968 году и лунный модуль Apollo 13 в 1970 году.
| Двигатель Стирлинга |
|---|
| Двигатель Стирлинга использует любой внешний источник тепла через газообразную рабочую жидкость для приведения в действие поршня, совершающего возвратно-поступательное движение, который вращает коленчатый вал для выполнения механической работы. Рабочая жидкость постоянно удерживается и через регенератор с теплообменником может непрерывно рециркулировать.Рабочий газ расширяется в горячей части и сжимается в холодной части двигателя, таким образом преобразуя тепло в работу. Чем больше разница температур между горячей и холодной секциями двигателя Стирлинга, тем выше его эффективность. В одноцилиндровых конструкциях поршень вытеснителя перемещает рабочий газ вперед и назад между горячим и холодным теплообменниками. |
Системы деления — тепловые и двигательные
Для более высоких требований к мощности системы энергоснабжения деления (FPS) имеют явное преимущество по стоимости по сравнению с РИТЭГами.Согласно нынешнему замыслу, FPS будет запускаться в холодном режиме, по сути, без радиоактивной опасности. Пуск реактора — после выхода аппарата на орбиту. Затем реактор автоматически реагирует на изменения тепловой нагрузки и поддерживает безопасные рабочие температуры на основе отрицательной обратной связи по реактивности температуры, что дает ему возможность отслеживания нагрузки. Низкая мощность реактора снизит термические напряжения и обеспечит устойчивость к потенциально опасным переходным процессам. Низкое выгорание топлива сводит к минимуму продукты деления, которые могут вызвать неблагоприятное радиационное воздействие на материалы реактора и компоненты космического корабля.
После перерыва в несколько лет наблюдается возрождение интереса к использованию ядерной энергии деления для космических миссий. В то время как Россия использовала в космосе более 30 реакторов деления, США в 1965 году использовали только один — SNAP-10A (Система вспомогательной ядерной энергии).
В феврале 2021 года Национальные академии наук, инженерии и медицины США сообщили о технологиях космических ядерных двигателей, представляющих интерес для будущей миссии человека по исследованию Марса. Они оценили современное состояние, потенциальный путь развития и ключевые риски для ядерной тепловой двигательной установки (NTP), разработанной для создания удельного импульса не менее 900 с, и ядерной электрической двигательной установки (NEP) с мощность по крайней мере 1 МВт и отношение массы к мощности, которое существенно ниже, чем у современных современных технологий.Использование любой из этих систем для базовой миссии на Марс в 2039 году потребует значительных исследований и разработок.
Ранняя программа США: 1960–1980-е годы
Раньше, с 1959 по 1973 год, в США существовала ядерная ракетная программа — Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA), которая была сосредоточена на замене ядерной энергии химическими ракетами на последних этапах запусков. NERVA использовала реакторы с графитовым сердечником, нагревающие водород и выталкивающие его через сопло. Около 20 двигателей были испытаны в Неваде, и их тяга была вдвое меньше, чем у ракет-носителей космических кораблей.С тех пор «ядерные ракеты» предназначены для космических двигателей, а не для запусков. Преемник NERVA — сегодняшняя ядерная тепловая ракета (ЯТР).
Другой ранней идеей был американский проект «Орион», который должен был запустить с Земли большой космический корабль массой около 1000 тонн, используя серию небольших ядерных взрывов для его приведения в движение. Проект был начат в 1958 году компанией General Atomics и прерван в 1963 году Договором о запрещении атмосферных испытаний. Проект Orion дал идеи для других проектов, например ICAN-II и AIMStar, поскольку рассматриваются другие средства генерации движущих импульсов.
US SNAP-10A, запущенный в 1965 году, представлял собой тепловой ядерный реактор деления мощностью 45 кВт для выработки 650 Вт с ZrH-замедлителем (или UZrH-топливом) и эвтектическим NaK-теплоносителем, питающим панели термоэлектрического преобразователя. Он проработал 43 дня при мощности 590 Вт, но был остановлен из-за неисправности регулятора напряжения (не реактора). Остается на орбите.
Последней инициативой США в области создания космических реакторов в этот период была совместная программа НАСА, Министерства энергетики и Министерства обороны США по разработке реактора SP-100 — блока быстрого реактора мощностью 2 МВт и термоэлектрической системы, обеспечивающей мощность до 100 кВт — в качестве универсального источника питания. для орбитальных миссий или в качестве лунной / марсианской надводной электростанции.Это было прекращено в начале 1990-х после поглощения почти 1 миллиарда долларов. В реакторе использовалось топливо из нитрида урана и было литиевое охлаждение.
Была также концепция реактора Timberwind с галечным слоем в рамках программы Министерства обороны США по созданию многомегаваттной космической энергии в конце 1980-х годов в сотрудничестве с Министерством энергетики. Его мощность намного превосходила любые требования гражданской космической программы. Но см. MegaPower ниже.
В отношении двигательной установки космического корабля после запуска был накоплен некоторый опыт с двигательными установками ядерных тепловых ракет (NTP или NTR), которые считаются хорошо разработанными и испытанными.Ядерное деление нагревает водородное топливо, которое хранится в виде жидкости в охлаждаемых резервуарах. Горячий газ (около 2500 ° C) выпускается через сопло для создания тяги (которая может быть увеличена за счет впрыска жидкого кислорода в сверхзвуковой выхлоп водорода). Это более эффективно, чем химические реакции. Бимодальные версии будут управлять электрическими системами на борту космического корабля, включая мощные радары, а также обеспечивать движение. По сравнению с ядерными электрическими плазменными системами они имеют гораздо большую тягу в течение более коротких периодов времени и могут использоваться для запусков и посадок.
Более поздние программы в США: 1990-е годы на
В конце 1980-х внимание обратилось на ядерно-электрические двигательные установки (NEP) , в которых ядерные реакторы являются источником тепла для электрических ионных двигателей, выталкивающих плазму из сопла для движения космических аппаратов уже в космосе. Сверхпроводящие магнитные элементы ионизируют ксенон (или водород), нагревают его до чрезвычайно высоких температур (миллионы ° C) и используют очень высокое напряжение для его ускорения и вытеснения с очень высокой скоростью (, например, 30 км / с) для создания тяги.Хотя тяга мала по сравнению с ракетой, ее применение в космосе в течение длительного периода (, например, года) может привести к высокой скорости космического корабля. Космический аппарат НАСА Dawn , курсирующий между Марсом и Юпитером с 2007 года, использует ионный двигатель малой тяги, как и более 100 спутников связи на геостационарной околоземной орбите. Они оба продлевают срок службы спутников и сокращают затраты на запуск и эксплуатацию. Ксенон используется, потому что он легко ионизируется и имеет относительно высокую атомную массу, а также инертен и имеет высокую плотность хранения.
Первая космическая миссия НАСА с ионным двигателем была с 1998 по 2001 год. Ионная силовая установка NASA Solar Technology Application Readiness ( NSTAR ) позволила миссии Deep Space 1, первому космическому кораблю, приводимому в движение в основном ионным двигателем, пройти более 260 миллионов километров и совершить облеты астероида Брайля и кометы Борелли. Эволюционный ксеноновый двигатель NASA (NEXT) и кольцевой двигатель являются его развитием. NEXT — это мощная ионная двигательная установка, разработанная для снижения стоимости полета и времени полета, работающая на уровне мощности в три раза превышающем NSTAR.Запатентованный НАСА кольцевой двигатель потенциально может превзойти характеристики NEXT и других электрических двигательных двигателей малой тяги, при этом общая (кольцевая) площадь луча в два раза больше.
Исследование одной версии, ракеты с переменным удельным импульсом магнитоплазмы (VASIMR), основано на этой модели для получения энергии термоядерного синтеза (токамака) с магнитным ограничением для выработки электроэнергии, но здесь плазма намеренно просачивается для создания тяги. Система работает наиболее эффективно при малой тяге (которую можно поддерживать), с небольшим потоком плазмы, но возможна более короткая работа с высокой тягой.Он очень эффективен, с преобразованием электрической энергии в кинетическую на 99%, хотя только 70% требуется для стрельбы с короткой тягой. VX200, версия мощностью 200 кВт, проходила испытания в 2015 году с целью использования в космических миссиях для ядерной электрической тяги. Его также можно было использовать для удаления космического мусора, вывода на низкую орбиту для выгорания. НАСА заключило контракт с Ad Astra Rocket Co на разработку новой версии, VX-200SS («SS» означает «устойчивый режим»), с новой конструкцией сердечника и терморегуляторами, работающей при температурах 1000000 ºC, при этом почти полностью устраняющаяся необходимость в огромное количество ракетного топлива.
Энергетическая система с тепловыми трубками (HPS) — это компактные быстрые реакторы, вырабатывающие до 100 кВтэ в течение примерно десяти лет для питания космического корабля или планетарного надводного корабля. Они разрабатываются с 1994 года в Лос-Аламосской национальной лаборатории как надежная система с низким уровнем технического риска с упором на высокую надежность и безопасность. В них используются тепловые трубки * для передачи энергии от активной зоны реактора для производства электроэнергии с помощью преобразователей цикла Стирлинга или Брайтона.
* Тепловая трубка — это теплопередающее устройство, сочетающее теплопроводность с фазовым переходом.На горячем конце жидкость испаряется под низким давлением, а на другом конце она конденсируется, высвобождая скрытую теплоту испарения. Затем жидкость возвращается к горячему концу либо под действием силы тяжести, либо под действием капилляров, чтобы повторить цикл. (При использовании силы тяжести их иногда называют двухфазными термосифонами, но основным используемым механизмом является капиллярная «накачка» с использованием поверхностного натяжения.)
В конструкции 1990-х годов энергия деления передается от топливных стержней к тепловым трубкам, заполненным парами натрия, которые переносят ее к теплообменникам, а затем в горячем газе к системам преобразования энергии Стирлинга или Брайтона для производства электричества.Газ на 72% состоит из гелия и на 28% из ксенона. Сам реактор содержит ряд модулей тепловых трубок с топливом. У каждого модуля есть центральная тепловая трубка, вокруг которой расположены топливные муфты, покрытые рением. Они имеют одинаковый диаметр и содержат топливо из нитрида урана с обогащением 97%, и все это внутри оболочки модуля. Модули образуют компактное шестиугольное ядро. Управление осуществляется шестью бериллиевыми барабанами, плакированными нержавеющей сталью, каждый диаметром 11 или 13 см с карбидом бора, образующим дугу 120 градусов на каждом. Барабаны помещаются в шесть секций бериллиевого радиального отражателя нейтронов, окружающих активную зону, и вращаются для управления, перемещая карбид бора внутрь или наружу.
Защита зависит от задачи или области применения, но гидрид лития в емкостях из нержавеющей стали является основной защитой от нейтронов.
Космический реактор деления SAFE-400 (безопасный доступный двигатель деления) представляет собой ТНС мощностью 400 кВт и 100 кВтэ для приведения в действие космического корабля, использующего две энергосистемы Брайтона — газовые турбины, приводимые в действие горячим газом из реактора. Температура на выходе из теплообменника 880 ° C. Реактор имеет 127 идентичных модулей тепловых трубок, изготовленных из молибдена или ниобия с 1% циркония.Каждый из них имеет три топливных стержня диаметром 1 см, соединенных вместе в компактный шестиугольный сердечник диаметром 25 см. Топливные стержни имеют длину 70 см (длина топлива 56 см), общая длина тепловых трубок составляет 145 см, они выступают на 75 см над активной зоной, где они соединяются с теплообменниками. Сердечник с отражателем имеет диаметр 51 см. Масса сердечника составляет около 512 кг, а каждый теплообменник — 72 кг. БЕЗОПАСНОСТЬ также была протестирована с электроионным приводом.
Меньшей версией этого типа реактора является HOMER-15 — исследовательский реактор Марса с тепловыми трубками.Это тепловая установка мощностью 15 кВт, аналогичная более крупной модели SAFE, ее высота составляет 2,4 метра, включая теплообменник и двигатель Стирлинга мощностью 3 кВт (см. Выше). Он работает при температуре всего 600 ° C и поэтому может использовать нержавеющую сталь для топливных стержней и тепловых трубок диаметром 1,6 см. Он имеет 19 модулей с натриевыми тепловыми трубками с прикрепленными к ним 102 топливными стержнями, по 4 или 6 на трубу, и вмещает в общей сложности 72 кг топлива. Тепловые трубки имеют длину 106 см и высоту топлива 36 см. Сердечник шестиугольный (18 см в диаметре) с шестью выводами из BeO по углам.Общая масса реакторной системы 214 кг, диаметр 41 см.
В 2008 году НАСА анонсировало еще одну небольшую наземную энергетическую систему деления для Луны и Марса. В системе мощностью 40 кВтэ может быть использована одна из двух концепций конструкции для преобразования энергии. Первый, разработанный Sunpower из Афин, штат Огайо, использует два двигателя с оппозитными поршнями, соединенные с генераторами переменного тока, каждый из которых производит 6 киловатт, или в общей сложности 12 киловатт мощности. Второй, разработанный Барбером Николсом из Арвады, штат Колорадо, предназначен для разработки двигателя с замкнутым циклом Брайтона, в котором используются высокоскоростная турбина и компрессор, соединенные с роторным генератором переменного тока, который также вырабатывает мощность 12 киловатт.НАСА само разработает систему отвода тепла и предоставит оборудование для космического моделирования. В середине 2012 года НАСА сообщило об успешных испытаниях компонентов преобразователя энергии и радиатора этой системы мощностью 40 кВтэ, которая основана на нагреве небольшого реактора деления и циркуляции жидкометаллической охлаждающей смеси из натрия и калия. Разница в тепле между этой температурой и наружной температурой заставит два дополнительных двигателя Стирлинга вращать генератор мощностью 40 кВтэ. Около 100 квадратных метров радиаторов отводят технологическое тепло в космос.
Американский проект «Прометей»: 2003-2007 гг.
В 2002 году НАСА объявило о своей Инициативе ядерных систем для космических проектов, а в 2003 году она была переименована в Проект Прометей и получила увеличенное финансирование. Его цель заключалась в том, чтобы существенно изменить возможности космических полетов. Космические путешествия с использованием ядерных двигателей будут намного быстрее, чем это возможно сейчас, и позволят пилотируемые миссии на Марс. (См. Раздел ниже.)
Одной из частей Prometheus, который был проектом НАСА с существенным участием Министерства энергетики в ядерной области, была разработка многоцелевого термоэлектрического генератора и радиоизотопного генератора Стирлинга, описанных в разделе о РИТЭГах выше.
Более радикальная цель Прометея заключалась в том, чтобы создать энергетическую систему космического деления (FPS), подобную описанной выше, как для мощности, так и для тяги, которую можно было бы безопасно запускать и которая в течение многих лет работала бы с гораздо большей мощностью, чем РИТЭГи. Предусмотрена мощность 100 кВт ядерной электродвигательной установки с плазменным приводом.
Бюджетное предложение на 2004 финансовый год составляло 279 миллионов долларов, из которых 3 миллиарда долларов должны были быть потрачены в течение пяти лет. Он состоял из 186 миллионов долларов (1 миллиард долларов за пять лет) на основе ассигнований в 2003 финансовом году плюс 93 миллиона долларов (2 миллиарда долларов за пять лет) на первую полетную миссию к Юпитеру — орбитальный аппарат Jupiter Icy Moon (JIMO), запуск которого ожидался в 2017 году. и исследуй в течение десяти лет.Однако проект «Прометей» получил только 430 миллионов долларов в бюджете на 2005 год, а в 2006 году он сократился до 100 миллионов долларов, большая часть которых предназначалась для компенсации расторгнутых контрактов, поэтому он фактически застопорился. Аналогичный проект был инициирован и запланирован к запуску в 2022 году под названием JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) как межпланетный космический корабль, разрабатываемый Европейским космическим агентством (ESA) с Airbus Defense and Space в качестве основного подрядчика.
В 2003 году в рамках проекта «Прометей» успешно прошел испытания ионного двигателя с мощной электрической силовой установкой (HiPEP).Это работает за счет ионизации ксенона микроволнами. В задней части двигателя находится пара прямоугольных металлических решеток, на которые подается электрический потенциал 6000 вольт. Сила этого электрического поля оказывает сильное электростатическое воздействие на ионы ксенона, ускоряя их и создавая тягу, которая приводит в движение космический корабль. Тест проводился на мощности до 12 кВт, хотя предусматривается вдвое больше. Двигатель малой тяги рассчитан на срок службы от 7 до 10 лет с высокой топливной эффективностью и может работать от небольшого ядерного реактора.
Текущая программа США
Космические реакторы киловаттного класса обозначаются НАСА KiloPower и могут включать различные конструкции, сопоставимые по мощности и массе с РИТЭГами. Они используют жидкометаллические тепловые трубки для передачи тепла деления либо на термоэлектрическую энергию, либо на преобразователь энергии Стирлинга. Национальная лаборатория Лос-Аламоса и исследовательский центр Гленна НАСА завершили испытание концепции на объекте национальной безопасности штата Невада в 2012 году с использованием реактора Flattop и двух небольших преобразователей Стирлинга для выработки 24 Вт.
В декабре 2014 года Центр Гленна НАСА объявил о прогрессе в реализации своего проекта KiloPower мощностью 4 кВт / 1 кВтэ, в котором используется высокообогащенный уран для питания системы тепловых трубок и двигателя Стирлинга для выработки электроэнергии — Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY). Этот реактор на быстрых нейтронах полностью полагается на отрицательную тепловую обратную связь для управления, цель которой состоит в том, чтобы спроектировать саморегулирование как главную особенность и продемонстрировать его надежность. Проект масштабируется до 10 кВтэ. Ядерная лаборатория Лос-Аламоса (LANL) совместно с НАСА в апреле 2018 года объявила о завершении полномасштабных испытаний прототипа KRUSTY.Испытания проводились с ноября 2017 года по март 2018 года, за это время блок успешно справился с несколькими смоделированными отказами, включая снижение мощности, отказ двигателей и отказ тепловых труб. Это было первое наземное испытание ядерного реактора в космосе в США за несколько десятилетий.
Перед началом испытаний НАСА обратилось в Национальное управление ядерной безопасности США (NNSA) с просьбой разрешить его проведение. Испытания проводятся в рамках Программы безопасности критичности Министерства энергетики совместно с НАСА.Оптимальным топливом для быстрого реактора был предложен сплав ВОУ (с обогащением на 93%) с 7% молибдена в виде твердой отливки диаметром 129 мм и длиной 300 мм *. Его окружал бы отражатель из оксида бериллия диаметром 250 мм с 18 натриевыми тепловыми трубками между топливом и отражателем. Критичность достигается за счет поднятия отражателя BeO для генерации деления в активной зоне реактора. Как только начнется деление, отражатель BeO будет медленно подниматься, чтобы повысить температуру в системе до 800 ° C. Имеется единственный центральный стержень управления из карбида бора.Тепловые трубки будут отдавать 13 кВт тепла от сердечника к восьми двигателям Стирлинга со свободным поршнем и позволяют каждому производить около 125 Вт электроэнергии. Двигатель Стирлинга будет иметь цилиндрический радиатор размером почти 10 м 2 . Масса системы около 750 кг, длина около 5 м. Предполагается, что научная полезная нагрузка находится на расстоянии около 10 м от активной зоны и защищена 45 кг обедненного урана и 40 кг гидрида лития.
* Сообщается, что в испытательном реакторе мощностью 1 кВтэ в ноябре 2017 года будет использован сплав из 92% урана, 8% молибдена с обогащением до 95% и диаметром 11 см с центральным отверстием 4 см и восемью утопленными тепловыми трубками.Имеются два аксиальных отражателя нейтронов и один радиальный, всего 70,5 кг бериллия.
По оценкам НАСА, для получения энергии на Марсе потребуется около 40 кВтэ при использовании десяти блоков киловаттной мощности по 4 кВт.
Опыт проекта KiloPower будет использован для проекта MegaPower с блоками 2 МВт. Возможности включают саморегулирование реактора, низкую удельную мощность активной зоны реактора и использование тепловых трубок для отвода тепла из активной зоны реактора. Реактор будет присоединен к открытой системе преобразования энергии по циклу Брайтона с использованием воздуха в качестве рабочего тела и средства отвода тепла.Реактор будет весить около 40 тонн, включая 3 тонны топлива с НОУ (обогащение на 16-19%), и иметь длину 4 м, диаметр 2 м. Его можно было бы масштабировать до 10 МВт, а также можно было бы использовать на военных базах при 72-часовой установке.
В апреле 2021 года Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило контракты на первую фазу своей программы «Демонстрационная ракета для маневренных полнолунных операций» (DRACO), чтобы продемонстрировать ядерную тепловую двигательную установку (NTP) на низкой околоземной орбите в 2025 году.General Atomics будет заниматься разработкой реактора, а Blue Origin и Lockheed Martin будут разрабатывать концептуальные проекты космических кораблей.
Российские системы деления
В период с 1967 по 1988 год бывший Советский Союз запустил 34 маломощных реактора деления на спутниках радиолокационной разведки океана (РОРСАТ) в рамках космических миссий. Они использовали термоэлектрических преобразователей для производства электроэнергии, как и в случае с РИТЭГами. Реакторы Ромашка были их первоначальным ядерным источником энергии, графитовым реактором быстрого спектра с топливом из карбида урана с обогащением 90%, работающим при высоких температурах.Тогда быстрый реактор Бук или Бук вырабатывал 3 кВт в течение до четырех месяцев. Этой программой руководило московское конструкторское бюро «Красная звезда». Более поздние реакторы, такие как «Космос-954», который вернулся в Канаду в 1978 году, имели U-Mo топливные стержни и компоновку, аналогичную описанным выше реакторам с тепловыми трубками в США. На большинстве российских военных разведывательных спутников использовались реакторы Бук.
За ними последовали многоэлементные реакторы Тополь или Топаз-1 с термоэмиссионными системами преобразования , использующими пары цезия, вырабатывающие около 5 кВт электроэнергии в течение 3-5 лет для использования на борту из 12 кг топлива.Масса реактора составляла около 320 кг. Это была идея США, разработанная в 1960-х годах в Курчатовском институте в России и впервые испытанная в 1971 году. Топаз-1 был запущен в 1987 году на космических аппаратах «Космос 1818 и 1867» для наблюдения за океаном. Один реактор проработал шесть месяцев, другой — год, после чего программа «Топаз-1» была остановлена.
Одноэлементный реактор ЕНИСИ или Топаз-2 разработан ЦКБ машиностроения в Ленинграде на топливе КБ «Луч». При этом каждый топливный стержень (UO 2 с обогащением 96%), заключенный в эмиттер, окружен коллектором, и они образуют 37 тепловыделяющих элементов, которые проходят через цилиндрический замедлитель из ZrH.Он, в свою очередь, окружен бериллиевым отражателем нейтронов с девятью вращающимися регулирующими барабанами и тремя вращающимися предохранительными барабанами в нем. Охлаждающая жидкость NaK окружает каждый топливный элемент, приводимый в действие электромагнитным насосом. Он работал при мощности около 10 кВт (минимум 6 кВт нетто при 27 вольт в течение трех лет), а масса реактора составляла около 1060 кг. Позднее энергоблоки Топаз-2 нацелились на 40 кВтэ в рамках Международной программы Топаз (TIP), осуществлявшейся в основном в США с 1990 года, в ходе которой было испытано шесть реакторов. Два реактора Топаз-2 (без топлива) были проданы США в 1992 году.Бюджетные ограничения в 1993 году вынудили отменить связанную с этим Программу испытаний ядерных электрических двигателей в космосе. Еще четыре реактора Топаз-2 были отправлены в США для испытаний в 1994 году.
В 2010 году Комиссия при президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России выделила федеральные средства на разработку ядерной энергетической двигательной установки (ЯЭУ) мегаваттного диапазона мощности, способной приводить в действие корабли в межпланетных дальних полетах. В частности, ГК «Росатом» должен был получить 430 млн рублей, а Роскосмос — 70 млн рублей на разработку Транспортно-энергетического модуля на базе НППУ, хотя сообщалось, что Роскосмос не включил этот проект в свой бюджет космической программы. на 2016-2025 гг.Н.А.Доллежаль НИКИЭТ в Москве был назначен единственным подрядчиком для НППУ на основе предыдущих разработок, в том числе ядерных ракетных двигателей. В ноябре 2015 года НИКИЭТ сообщил, что инженерное проектирование реактора выполнено, испытания «подтвердили целостность корпуса реактора» и проверили его на герметичность и деформацию. Испытания также подтвердили «надежность проектных расчетов» для определения способности судна выдерживать нагрузки.Испытания прототипа пропульсивного реактора для космического применения запланированы на 2018 год. Общая стоимость проекта двигательно-силового модуля на базе пропульсивного реактора оценивается в 20 миллиардов рублей (274 миллиона долларов США) с реакторной частью. 7 млрд руб.
Российская Ракетно-космическая корпорация имени С.П. Королева Космическая корпорация «Энергия» начала в 2011 году работу над стандартизованными космическими модулями с ядерными силовыми установками, первоначально включающими системы мощностью от 150 до 500 киловатт.В результате концептуального проектирования в 2011 году была разработана базовая проектная документация и инженерное проектирование. В настоящее время российский центр исследований им. Келдыша преследует идею использования небольшого реактора деления с газовым охлаждением на борту ракеты для вращения турбины и генераторной установки и, таким образом, выработки электроэнергии для плазменного двигателя. Реакторный блок должен быть разработан примерно в 2015 году, затем на 2018 год запланированы эксплуатационные испытания. Первые пуски намечены примерно на 2020 год.
Директор Роскосмоса говорит, что разработка ядерно-космических энергетических систем мегаваттного класса для пилотируемых космических кораблей имеет решающее значение, если Россия хочет сохранить конкурентное преимущество в космической гонке, включая исследование Луны и Марса.Кажется, что НППУ соответствует этому требованию. Ранее «Энергия» заявила, что готова спроектировать космическую атомную электростанцию со сроком службы 10-15 лет для первоначального размещения на Луне или Марсе. Он также работает над концепцией космического буксира с ядерной установкой, который можно было бы использовать для запуска спутников.
Энергетические системы космических реакторов
| SNAP-10 США | SP-100 США | Ромашка Россия | Бук Россия | Топаз-1 Россия | Топаз-2 Россия-США | БЕЗОПАСНОСТЬ-400 США | ЭРАТО * Франция | |
| Пусковая дека | 1960-е | 1980-е годы | 1960-е | 1970-е годы | 1980-е годы | 1990-е годы | 2000-х? | 1980-е годы |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| кВт | 45.5 | 2000 | 40 | <100 | 150 | 135 | 400 | |
| кВт | 0,65 | 100 | 0,8 | <5 | 5-10 | 6 | 100 | 20 |
| Преобразователь | электрический | электрический | электрический | электрический | t’ionic | t’ionic | электрический | электрический |
| Топливо | U-ZrH x | ООН | UC 2 | У-Мо | UO 2 | UO 2 | ООН | UO 2 , UN |
| Масса реактора, кг | 435 | 5422 | 455 | <390 | 320 | 1061 | 512 | |
| Нейтронный спектр | термический | быстро | быстро | быстро | термический | термический / эпитермальный | быстро | быстро / эпит |
| Контроль | Be | Be | Be | Be | Be | Be | Be | |
| Охлаждающая жидкость | NaK | Li | нет | NaK | NaK | NaK | Na | Na, газ |
| Темп., ° C не более | 585 | 1377 | 1900 | ? | 1600 | 1900? | 1020 | 840 |
* В 1980-х годах французская программа ERATO рассматривала три турбоэлектрических энергосистемы мощностью 20 кВт для космоса. Все использовали преобразователь цикла Брайтона с гелий-ксеноновой смесью в качестве рабочего тела. Первая система представляла собой реактор на быстрых нейтронах UO 2 с натриевым теплоносителем, работающий при 670 ° C, вторая — высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (спектр тепловых или надтепловых нейтронов), работающий при 840 ° C, третья — литиевый реактор. охлаждаемый реактор на быстрых нейтронах, работающий при температуре 1150 ° C.
Радиация в космосе
В ходе космической миссии 2011–2012 годов с марсоходом Curiosity с Марсовой научной лабораторией измерялась радиация в пути. Космический корабль подвергался воздействию в среднем 1,8 мЗв / день за 36-недельное путешествие к Марсу. Это означает, что космонавты будут подвергаться воздействию около 660 мЗв в оба конца. Две формы излучения представляют потенциальную опасность для здоровья космонавтов в глубоком космосе. Один из них — галактические космические лучи (ГКЛ), частицы, вызванные взрывами сверхновых и другими высокоэнергетическими событиями за пределами Солнечной системы.Другой, менее интересный, — это солнечные энергетические частицы (SEP), связанные с солнечными вспышками и выбросами корональной массы Солнца. Одним из способов уменьшить воздействие на экипаж могло бы быть использование ядерной силовой установки, значительно сократившей время прохождения.
Доза радиации на Международной космической станции, вращающейся вокруг Земли, составляет около 100 мЗв за шесть месяцев.
Примечания и ссылки
Общие источники
Постон, Д. 2002, Ядерный проект космического реактора деления SAFE-400, Nuclear News, декабрь 2001 г.
Постон, Д. 2002, Ядерный проект поверхностного реактора деления на Марсе HOMER-15, Nuclear News, декабрь 2001 г.
Vrillon et al, 1990, статья ERATO, Nuclear Europe Worldscan 11-12, 1990.
Сайт Министерства энергетики США — космические приложения.
space.com 21/5/00, 16/6/00, 22/7/00, 17/1/03, 7/2/03.
Деловой мир 12.08.95.
G. Kulcinski, Университет Висконсина, материалы в сети.
Кляйнер К. 2003, Управление делением, New Scientist 12/4/03.
ОЭСР 1990 г., Готовность к чрезвычайным ситуациям для спутников с ядерной установкой.
Сайт НАСА
J.A. Анджело и Д. Буден, Space Nuclear Power , Orbit Book Co., 1985
Концепция космического реактора KiloPower — исследование реакторных материалов , май 2014, Национальная лаборатория Министерства энергетики Лос-Аламоса
Дасари В. Рао и Патрик МакКлюр, Национальная лаборатория Лос-Аламоса, Nuclear Reactors to Power Space Exploration, статья о KiloPower, опубликованная в журнале R&D (14 февраля 2017 г.)
Марк А. Гибсон, и другие, , «Разработка малой энергетической системы ядерного деления для науки и исследований человека», подготовленный для 50-й конференции по совместным двигательным установкам, спонсируемой AIAA, ASME, SAE и ASEE, Кливленд, штат Огайо, 28-30 июля 2014 г.
Итан Сигал, НАСА не хватает топлива для своих миссий в дальний космос, Forbes (13 декабря 2018 г.)
Веб-сайт исследовательского центра NASA Glenn Ion Propulsion
Патрик МакКлюр, «Проектирование и испытания малых ядерных реакторов для оборонного и космического применения» , приглашенная беседа в Тринити-отдел ANS, 20 сентября 2013 г., Санта-Фе, Нью-Мексико, Национальная лаборатория Лос-Аламоса, LA-UR-13-27054
Ли Мейсон и др. , Энергетические системы деления киловаттного класса для научных исследований и миссий-предшественников человека (NETS-2013-6814), Исследовательский центр Гленна НАСА, представленный на встрече «Ядерные и новые технологии в космосе» (NETS-2013), состоявшейся в Альбукерке. , Нью-Мексико, 25-28 февраля 2013 г.
Радиоизотопные энергетические системы: императив для поддержания U.S. Leadership in Space Exploration, Национальная академия наук США (2009).
KRUSTY: Первый из новой группы реакторов, Kilopower Part II, Beyond NERVA (19 ноября 2017 г.)
Космическая ядерная двигательная установка для исследования Марса человеком, Национальные академии наук , Машиностроение и медицина (2021)
Подход к разработке термоэлектрического генератора на радиоизотопе 90 Sr с использованием аналитических методов и методов Монте-Карло с ANSYS, COMSOL и MCNP
DOI: 10.1016 / j.apradiso.2016.11.001. Epub 2016 11 ноября.Принадлежности Расширять
Принадлежности
- 1 Кафедра применения излучения, Университет Шахида Бехешти, П.О. Box 1983963113, Тегеран, Иран.
- 2 Физический факультет, К.Н. Технологический университет Туси, P.O. Box 15875-4416, Тегеран, Иран. Электронный адрес: [email protected].
Элемент в буфере обмена
Abolhasan Khajepour et al. Appl Radiat Isot.2017 Янв.
Показать детали Показать вариантыПоказать варианты
Формат АннотацияPubMedPMID
DOI: 10.1016 / j.apradiso.2016.11.001.Epub 2016 11 ноября.Принадлежности
- 1 Кафедра применения излучения, Университет Шахида Бехешти, P.O. Box 1983963113, Тегеран, Иран.
- 2 Физический факультет, К.Технологический университет Н. Тооси, P.O. Box 15875-4416, Тегеран, Иран. Электронный адрес: [email protected].
Элемент в буфере обмена
Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplayПоказать варианты
Формат АннотацияPubMedPMID
Абстрактный
В данном исследовании был разработан термоэлектрический генератор (РИТЭГ) изотопов , 90, Sr мощностью милливатт для работы при заданной температуре (300–312 К).Для этого использовалась комбинация аналитических методов и методов Монте-Карло с программным обеспечением ANSYS и COMSOL, а также кодом MCNP. Этот разработанный РИТЭГ содержит , 90, Sr в качестве радиоизотопного источника тепла (RHS) и 127 связанных термоэлектрических модулей (ТЕМ) на основе теллурида висмута. В качестве теплоизоляторов RHS были выбраны листы Kapton (толщиной 2,45 мм) и Cryotherm (толщиной 0,78 мм), а в качестве камеры генератора использовался контейнер из нержавеющей стали. Первоначальный расчет геометрии RHS был выполнен в соответствии с количеством радиоактивного материала (титаната стронция), а также расчетами теплопередачи и соображениями механической прочности.Согласно моделированию Монте-Карло, выполненному с помощью кода MCNP, приблизительно 0,35 кКи 90 Sr достаточно для выработки тепловой энергии в RHS. Чтобы определить оптимальную конструкцию РИТЭГа, с помощью программного обеспечения ANSYS были рассчитаны распределение температуры, а также рассеиваемое тепло и потребляемая мощность модуля в различных частях генератора. Выходное напряжение в соответствии с распределением температуры на ПЭМ было рассчитано с помощью COMSOL. Оптимизация размеров RHS и теплоизолятора была проведена для адаптации средней температуры горячей пластины ТЕМ к определенному значению горячей температуры.Этот разработанный RTG генерирует мощность 8 мВт с КПД 1%. Предлагаемый подход комбинированного метода может быть использован для точного проектирования различных типов РИТЭГов.
Ключевые слова: (90) Sr; ANSYS; COMSOL; MCNP; Радиоизотопный термоэлектрический генератор; Термоэлектрический.
Авторские права © 2016 Elsevier Ltd.Все права защищены.
Похожие статьи
- Измерение и моделирование термоэлектрической эффективности для одной ветви.
Ху Х, Ямамото А., Охта М., Нишиатэ Х. Ху X и др. Rev Sci Instrum. 2015 Апрель; 86 (4): 045103. DOI: 10,1063 / 1,4916545. Rev Sci Instrum. 2015 г. PMID: 25933893
- Моделирование влияния размера модуля и свойств материала на мощность термоэлектрического генератора.
Ван Л., Ли К., Чжан С., Лю Ц., Чжан З., Чен Дж., Гу М. Ван Л. и др. САУ Омега. 2020 13 ноября; 5 (46): 29844-29853. DOI: 10.1021 / acsomega.0c03914. eCollection 2020 24 ноя. САУ Омега. 2020. PMID: 33251419 Бесплатная статья PMC.
- Высокопроизводительное μ-термоэлектрическое устройство на основе Bi 2 Te 3 / Sb 2 Te 3 p-n переходов.
Виейра ЭДС, Пирес А.Л., Сильва Й.П.Б., Магальяйнс В.Х., Грило Дж., Брито Ф.П., Сильва М.Ф., Перейра А.М., Гонсалвес Л.М. Vieira EMF и др. Интерфейсы ACS Appl Mater. 23 октября 2019 г .; 11 (42): 38946-38954. DOI: 10.1021 / acsami.9b13254. Epub 2019 9 октября. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2019. PMID: 31560510
- Анализ электрических характеристик и экономическая оценка комбинированного термоэлектрического генератора (BITE) печи для приготовления биомассы.
Лертсатиттанакорн К. Лертсатиттанакорн К. Биоресур Технол. 2007 Май; 98 (8): 1670-4. DOI: 10.1016 / j.biortech.2006.05.048. Epub 2006 14 августа. Биоресур Технол. 2007 г. PMID: 16
8- Граничная инженерия термоэлектрических характеристик объемных сплавов на основе теллурида висмута.
Мун Х, Чой С.М., Ли К.Х., Ким С.Mun H, et al. ChemSusChem. 2015 20 июля; 8 (14): 2312-26. DOI: 10.1002 / cssc.201403485. Epub 2015 17 марта. ChemSusChem. 2015 г. PMID: 25782971 Обзор.
LinkOut — дополнительные ресурсы
Полнотекстовые источники
Другие источники литературы
Материалы исследований
цитировать
КопироватьФормат: AMA APA ГНД NLM
. Разное - Граничная инженерия термоэлектрических характеристик объемных сплавов на основе теллурида висмута.