Der Kilopower-Weltraumreaktor besteht Bodentests

Die NASA hielt eine Pressekonferenz über die Fortschritte bei der Entwicklung des Kilopower-Weltraumreaktors ab. Vor einem Jahr habe ich dieses Projekt ausführlich beschrieben und dann die Entwicklung eines Systems zur Umwandlung von Wärme in Elektrizität auf den Prüfstand gestellt. Nun, es kann festgestellt werden, dass der großartige Fortschritt des Projekts noch besser geworden ist.


Kilopower Reaktor auf dem Mond (Render).

Im Jahr 2017 in der Mitte von ihnen. Die Glenn NASA führte einen vollständigen thermischen Vakuumtest eines Reaktorprototyps mit einem elektrischen Zerfallswärmesimulator in einem Simulator für abgereicherten Urankern durch. Im Allgemeinen sollte angemerkt werden, dass die Entwicklung eines Mechanismus zur Übertragung von Wärme vom Kern auf Generatoren auf der Basis von Stirlingmotoren (im Folgenden als GDS bezeichnet) unter Verwendung von Wärmerohren fast der schwierigste und wichtigste Teil des Projekts war, der sich über 3 Jahre hinzog. Die Herausforderung besteht insbesondere darin, Natriumwärmeleitungen zu starten, in denen ein Teil des Natriums geschmolzen und verdampft werden muss, damit ein ausreichender Wärmestrom entsteht, der jedoch nicht überhitzt wird. Angesichts der "Selbstverwaltung" des Reaktors ist dies aus technischer Sicht nicht so einfach. Der letzte Testzyklus mit einem Blindwert aus abgereicherter Uran-Molybdän-Legierung zielte darauf ab, die thermischen Übergänge zwischen dem Kern (AZ) und den Wärmerohren zu testen.



Kilopower Heatpipe-Temperatur beim Systemstart. Thermoelemente sind in aufsteigender Reihenfolge vom AZ-Simulator zum Wärmeempfänger (heißes Ende des GDS) angeordnet.

Obwohl Hochtemperatur-Heatpipes und GDS interessante Dinge sind, hatte dies alles wenig mit dem nuklearen Teil von Kilopower zu tun. Ein vollwertiges Experiment mit einer Kernwärmequelle wurde KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling TechnologY) genannt und von Herbst 2017 bis März 2018 im DAF-Labor am Atomteststandort in Nevada durchgeführt. In diesem Labor (das früher der Ort war, an dem Kernladungen für Testexplosionen am Teststandort zusammengebaut wurden) befinden sich jetzt vier kritische Baugruppen (kritische Baugruppen werden als Null- oder Niedrigleistungs-Kernreaktoren bezeichnet, die zur Überprüfung von Neutronenberechnungen verwendet werden), die von US-Nuklearlabors für verschiedene Experimente (einschließlich) verwendet werden ziemlich friedlich - zum Beispiel zur Messung dosimetrischer Konstanten). In diesem Labor begann übrigens die Geschichte von Kilopower, weil Hier befindet sich die kritische Flattop-Baugruppe, auf der 2011 der konzeptionelle Prototyp des Reaktors getestet wurde.


Kritische Versammlung ist ein Spender. Für KRUTSY werden der Rahmen und das untere mobile System verwendet.

Für das KRUSTY-Experiment wurde die Comet-Maschine verwendet, bei der es sich früher um vertikal verschobene Hälften von Uranrohlingen und Reflektoren handelte. Nun wurde die eigentliche Kilopower mit einer Vakuumkammer oben platziert und ein Berylliumoxidreflektor mit einem mobilen System auf den angereicherten Uranrohling gedrückt.


Zusammenbau aus einer Kometenmaschine und einem Kilopower-Reaktor, die im KRUSTY-Experiment verwendet wurden. Der Reaktor wird durch Schieben des Berylliumoxid-Seitenreflektors auf den Reaktorkern gestartet

Nach dem Zusammenbau des Kerns (der übrigens ein separates Subgenre ist - mit einer Reihe von Einschränkungen hinsichtlich der Anwesenheit einer Reihe von Personen und Materialien) wurde das System im Falle eines Ausfalls verschiedener Systeme getestet. Die NASA schreibt hier "ohne Strom durchgeführt", aber aus dem Versuchsplan ergibt sich ein etwas anderes Bild.



Zusammenbau des Kerns eines Prototyps eines Weltraumreaktors. Eine der häufigsten Einschränkungen bei der Arbeit mit kritischen Baugruppen ist die Einschränkung der Anwesenheit von Personen in der Nähe (z. B. nicht mehr als 2 Personen in einem Radius von 2 Metern), um das Schicksal nicht durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Wasserreflektoren um das Waffenmaterial in Versuchung zu führen. Von Ingenieuren zusammengebaute Elemente werden in der folgenden Abbildung beschrieben:



Anschließend wurde ein physikalischer Start des Reaktors ohne Umwandlungssystem mit Messungen der Reaktivitätseigenschaften des Reflektors und der Ausbreitungseigenschaften des Systems sowie nach den Plänen ein Start-Absorptionsstab aus Borcarbid durchgeführt, der in der Mitte des Kerns ausgelegt ist und beispielsweise sicherstellt, dass der Reaktor im Notfall nicht startet Start in die Umlaufbahn.



Geplante Experimente umfassten Reaktivitätseingaben, wenn der Reaktor bei 0,8 USD und 3 USD kalt war (1 USD bedeutet einen Überschuss an Kritikalität, der dem Anteil verzögerter Neutronen entspricht, wonach die Beschleunigungsrate des Reaktors stark ansteigt). In diesem Fall erhöht sich die Neutronenleistung (im Fall der Eingabe von 3 USD - schnell), bis das Erhitzen und Ausdehnen des Brennstoffs eine negative Reaktivität hervorruft und sich der Reaktor bei einem bestimmten Leistungsniveau „beruhigt“.



Nach den Plänen aus dem obigen Objektträger sollten die Ausbreitungseigenschaften verschiedener Montageelemente bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen werden.

Es sollte hier angemerkt werden, dass die NASA / DOE-Pressemitteilung sehr geizig mit Details ist, was tatsächlich getan wurde, aber ich bin zu 99% sicher, dass diese Messungen im Winter durchgeführt wurden. Ohne eine experimentelle Überprüfung der Bruteigenschaften des Reaktors wäre er für immer dazu bestimmt, Papier zu bleiben und nicht in Betrieb genommen zu werden.


Installation einer Vakuumkammer am Kilopower-Umbauteil während der Wintertests.

Schließlich wurden umfassende Tests des Systems mit dem Start des Reaktors und des Umwandlungssystems durchgeführt, auf Nennleistung ausgegeben und mit Strom betrieben. Der gesamte Test dauerte 28 Stunden. Aus dem Diagramm der Erwärmung der obigen Wärmerohre geht hervor, dass die Erfahrung wie folgt aussah: "Start in 4 Stunden + 24 Stunden Betrieb zum Nennwert." Ob Tests zur Selbstkontrolle des Reaktors durchgeführt wurden (eine Änderung der Wärmeleistung bei Änderung der Last), wird nicht berichtet, aber ein Bild aus der Pressemitteilung legt nahe, dass ja, Folgendes durchgeführt wurde:


Sehr anklickbar

Im Hintergrund befinden sich GODIVA IV- und Comet-Steuerregale für kritische Baugruppen. Auf den Bildschirmen sehen Sie den Ständer von Comet with Kilopower, der Reflektor befindet sich im Startmodus und der Schnee auf den Kamerabildschirmen weist auch darauf hin, dass dies der Moment einer langen Laufzeit ist. Auf den Bildschirmen auf der hinteren Tabelle müssen wir eine Art Kernbaugruppenparameter annehmen, auf den Bildschirmen in unserer Nähe befinden sich Temperaturdiagramme mit Thermoelementen und der Status von Systemen und Instrumenten. Man kann sich vorstellen, dass die Zähne in den Temperaturgraphen zusätzliche Belastungen enthalten. Pläne für diesen Lauf bestätigen auch diese Ideen:



Auf einer Pressekonferenz stellte ein NASA-Ingenieur außerdem fest, dass "das Team die Startsequenz, die Parameter während des Betriebs bei Nennwert und die Effizienz getestet hat - und das System die Anforderungen für alle gemessenen Parameter erfüllt".

Auf die eine oder andere Weise ist dies für die NASA / DOE ein bedeutender Schritt. In den letzten 40 Jahren hat kein einziges ziviles Weltraumreaktorprojekt den physischen Start erreicht, obwohl viele Entwicklungsstadien und thermische Vakuumtests bestanden haben. Über militärische Projekte ist weniger bekannt, zumindest für den SP-100-Reaktor gingen die Tests sehr weit - es ist möglich, dass er in Form eines Kriteriums der Nullleistung getestet wurde. Dieser Erfolg ist vor dem Hintergrund der Jahrzehnte unglaublich, in denen die vorherigen Projekte, die nicht die vollständigen Bodentests erreichten, ausgegeben wurden. Trotz des hervorragenden Konzepts und der erfolgreichen Bodenentwicklung ist die Zukunft von Kilopower unklar.


Missionskonzepte für Ziele im Kuipergürtel mit der 10-Kilowatt-Version von Kilopower zur Traktion von Fahrzeugen.

Der Umfang eines solchen Reaktors ist zwar relativ groß, aber auch nicht so groß: Ersetzt RTGs in Missionen von automatischen interplanetaren Stationen außerhalb der Jupiter-Umlaufbahn, liefert bei der Entwicklung der 10-kW-Version auch bemannte Missionen zum Mond mit elektrischem Strom (obwohl die Frage nach Mondpol-Missionen) umstritten ) und vor allem - die Stromversorgung der ERD-Missionen zu den entfernten Körpern des Sonnensystems. Die letzte Option, Nuclear Electrical Propulsion genannt, ist die produktivste im Hinblick auf die Verbesserung der Fähigkeiten von Raumfahrzeugen und ermöglicht es Ihnen, Ziele zu erreichen, die mit chemischen Raketentriebwerken wie den Umlaufbahnen von Charon, Pluto und anderen Körpern des Kuipergürtels nicht erreicht werden können.

Es muss jedoch noch eine 10-Kilowatt-Version entwickelt werden. Mit den 380-Watt-Heatpipes, die sich auf dem Prototyp befinden, ist dies nicht möglich, und im Allgemeinen erscheint es schwierig, 40 Kilowatt Wärme aus einem relativ kleinen Uranrohling ohne bewegliches Kühlmittel zu entfernen. Es ist möglich, dass sich die Entwicklung eines 10-Kilowatt-Reaktors lange hinzieht, und es wäre schön, Verbraucher für die 1-Kilowatt-Version zu finden, damit der Reaktor fliegt.

Das Ersetzen von RTGs (insbesondere ihrer Versionen durch GDS) bringt aufgrund des Eigengewichts von Kilopower zusätzlich zu den potenziell billigeren Geräten nicht viel (RTGs kosten die NASA etwa 100 Millionen US-Dollar pro Kilowatt, deutlich teurer als Kilopower). Das Mainstream-Design von NASA-Raumfahrzeugen nimmt weiterhin Schätzungen unter Verwendung von Plutonium-RTGs vor!


Die geplanten Missionen der NASA nach Neptun und Uranus tragen immer noch RTGs an Bord - die Entwicklung der Curiocity-Bordstromquelle.

Bemannte Stützpunkte / Langzeitmissionen irgendwo auf dem Mond oder dem Mars befinden sich seit vielen Jahrzehnten in der Konzeptphase, und es scheint nicht, dass dies das Pferd ist, das Kilopower in den Weltraum ziehen kann. Tatsächlich sehen sogar entfernte AMS eine Startrate von einmal alle 10 Jahre oder sogar weniger vor. Es scheint, dass die NASA den nächsten Schritt unternehmen sollte, um eine würdige Mission für Kilopower zu finden und sie so schnell wie möglich zu schaffen. Wir hoffen, dass wir im kommenden Jahr eine solche Wahl treffen werden, die die besten Chancen für einen neuen Kernreaktor im Weltraum bietet, die wir seit langem nicht mehr gesehen haben.