👡 🚍 🥥 Réacteurs nucléaires dans l'espace: TEM 🔣 🏌️ 🙂

Le sommet de 20 ans d'efforts de recherche et de développement pour créer des centrales spatiales basées sur des réacteurs nucléaires en URSS a été le satellite Plasma-A épuisé en 1988. Ces usines reposaient sur la technologie de conversion d'énergie thermo-ionique, déboguée au sol (plus de 80 montages d'essais ont été réalisés dans des réacteurs de 100 à 16 000 heures). Les efforts, l'ampleur du travail et la beauté de l'idée se sont avérés si puissants qu'au cours des 20 prochaines années, vous ne trouverez rien dans les articles d'organisations spécialisées qui ont conçu et planifié des engins spatiaux avec des centrales nucléaires, à l'exception du développement d'idées pour des réacteurs avec convertisseurs d'émission thermioniques. Vingt ans de discussions sur un avenir nucléaire et spatial plus brillant se sont terminés en octobre 2009, lorsque peu de projets de développement Plasma-A ont reçu un financement,et "Module transport et énergie" avec conversion turbomachine. Et à la tête du projet, il n'y avait pas les gens qui avaient été impliqués dans ce sujet auparavant. Un des rôles clés de cette inversion, en plus des efforts des lobbyistes, a été joué par une idée technique liée à la libération de chaleur dans l'espace.

L'American AWS JIMO, également prévu avec un réacteur nucléaire à bord

Il est bien connu que le poids est l'ennemi principal des centrales nucléaires spatiales, et les réfrigérateurs pour l'évacuation de la chaleur parasite sont l'élément le plus lourd de ces appareils. Dans le cas des convertisseurs d'émission thermo-ioniques, ce problème est résolu assez élégamment - oui, leur efficacité est faible par rapport au cycle de la turbine, mais la température des radiateurs des radiateurs peut être très élevée (environ 1000K, et le réacteur lui-même est chauffé à 1650K), et comme nous le rappelons, le poids des réfrigérateurs dépend de la température à la puissance de 1 / T ^ 4. En conséquence, cette dépendance à la loi de puissance rejoue la quantité de chaleur quatre fois plus élevée qui doit être évacuée de la centrale nucléaire thermo-ionique. Seulement si vous n'avez pas l'idée révolutionnaire d'un CI goutte à goutte .

L'idée est qu'au lieu de conduire le fluide à travers les tubes à l'intérieur des panneaux rayonnants, il volera directement à travers l'espace - des buses-shapers des jets à l'élimination des gouttelettes. Dans ce cas, théoriquement, le poids de CI peut être réduit de plusieurs fois, et les pertes dues à l'évaporation dans le vide sont résolues par la sélection d'un liquide organosilicié spécial. Dans cette situation, les centrales thermiques nucléaires commencent à jouer leur «tache de naissance» - une faible densité de puissance sur les crayons combustibles générateurs d'électricité et une efficacité de 5 à 8%.

C'est un tel concept TEM - avec conversion de turbomachine d'énergie thermique et réfrigérateurs goutte à goutte qui a été proposé par le Centre Keldysh Center en 2009. L'innovation de l'idée est tombée sur un terrain fertile au sommet du «développement des innovations dans le pays» par le président Medvedev, et multipliée par la force des lobbyistes de Rosatom et du chef de l'académicien IC Keldysh Koroteyev, il a été possible de balayer les misérables projets «archaïques» de RKK Energia, KB Arsenal, OJSC Krasnaya Zvezda du conseil d'administration et obtenez le précieux financement.

La première version provisoire du TEM avec 4 réfrigérateurs goutte à goutte (panneaux beige-brun). Rendu inférieur en position pliée. (c) RKK Energy

Pour mener la R&D en 2010, un programme d'une valeur de 17 milliards de roubles a été lancé, dont 7,245 milliards de roubles ont été alloués au réacteur, 3 955 au système de conversion d'énergie et environ 5,8 milliards au vaisseau spatial restant. Ils ont chargé l'Institut NIKIET (le créateur du BREST rapide de plomb) de faire le réacteur nucléaire, le système de conversion d'énergie - IC eux. Keldysh et l'ensemble du vaisseau spatial - RSC Energia.

L'apparition de la première édition de TEM a frappé tout ingénieur connaissant le contexte. Un réacteur ultra-haute température (1600K!) À refroidissement rapide par gaz, un combustible au carbonitrure d'uranium (prometteur, mais peu étudié), des turbocompresseurs fonctionnant à 60000 tr / min avec une température sur la turbine de 1500K pendant 10 ans en continu, des échangeurs de chaleur, pour le même 1500K. La conception extensible de l'appareil mesure 54 mètres de long et 20 de large, dans son état initial, il s'adapte sous le carénage PH. Un système électrique spatial record de mégawatts avec une tension de 4,5 kilovolts, fournissant 16 systèmes de propulsion électrique ionique d'une capacité de 60 kilowatts (10 fois plus puissants que ceux qui volaient à l'époque et 1,5 fois plus puissants que les détenteurs de dossiers de laboratoire). Enfin, l'engin spatial lui-même, qui devait supporter 10 fois la forte dose de rayonnement,que le niveau typique actuel de 100 kilorad - rayonnement à la fois du réacteur et des ceintures de rayonnement, à travers lequel les charges utiles devraient être remorquées.

-2013. —

Le projet a commencé à se développer, brillant régulièrement de perspectives et d'innovations dans les interviews, la télévision et les conférences. Rosatom a entrepris le travail le plus rapidement - abandonnant rapidement le combustible au carbonitrure au profit de l'oxyde familier, un réacteur nucléaire a été conçu, un mélange de standard et de nouveau. Dans un boîtier cylindrique en acier inoxydable d'un diamètre de 50 cm et d'une longueur d'environ un mètre, se trouvent plusieurs centaines de crayons combustibles cylindriques contenant de l'oxyde d'uranium hautement enrichi dans des coques monocristallines de molybdène d'un diamètre de 4-5 mm. La masse totale estimée de carburant est de 80 à 150 kg, en fonction du burnout réalisable. Le contrôle est effectué en déplaçant et en étendant 19 tiges absorbantes d'un système de contrôle de carbure de bore dans une coque en molybdène. Un réacteur rapide a une puissance thermique de 3,8 mégawatts et est refroidi par un mélange gazeux de 78% d'hélium et 22% de xénon à une pression de travail de 40 atm. La température du mélange gazeux à l'entrée est de 1200 et à la sortie de 1500 K (1227 C).

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L'installation nucléaire est développée par plusieurs entreprises de Rosatom, dont L'IPPE, qui développe des centrales nucléaires spatiales depuis de nombreuses décennies, NPO Luch, qui possède des technologies d'éléments combustibles à haute température, et le comportement interne des réacteurs des éléments nucléaires TEM dans une boucle avec un mélange de gaz chauds a été mené par le NIIAR, qui possède le plus grand parc de réacteurs de recherche du pays. Malgré le départ du NIKIET en 2012, le concepteur en chef du réacteur V.P. Le développement du réacteur par Smetannikov se poursuit presque comme prévu: une boucle avec un nouveau liquide de refroidissement et un élément combustible standard a été testée, un banc d'essai thermo-hydraulique partiel a été créé et un modèle de centrale nucléaire au sol est en cours de construction au NITI à Sosnovy Bor. Le lancement de cette installation est prévu pour 2015, et un tel lancement sera la victoire incontestable du génie nucléaire.

Une première version du réacteur RUGK pour la centrale nucléaire TEM. (c) Rosatom

Une autre coopération de l'IC nommée d'après Keldysh, KBHM, KBHA et VNIIEM étaient engagés dans un convertisseur de turbomachine. Au TEM, il est prévu d'installer 4 modules identiques d'une capacité de 250 kilowatts. Le système comprend également des convertisseurs AC / DC et DC / DC, des batteries tampons et des systèmes de refroidissement d'équipement supplémentaires. Avec le réacteur nucléaire, la masse de l'unité de puissance devait être de 6800 kg.

Schéma et paramètres de l'énergie nucléaire TEM. (c) Keldysh Center.

Image tirée de la vidéo du centre nommé d'après Keldysh avec une turbogénération TEM de 250 kilowatts. c) A. Ilyin

L'énergie thermique est convertie en énergie électrique dans le cycle de la turbine à gaz (Brighton), où l'énergie gazeuse extraite de la turbine va à la fois au générateur électrique et à la rotation du compresseur supportant la circulation du gaz. Grâce à l'échangeur de chaleur, la chaleur résiduelle est évacuée dans le deuxième circuit, où elle est dissipée dans l'espace à l'aide d'émetteurs de réfrigérateur.

Turbogénérateur modèle 250 kW TEM 1: 2 (s) Anik

La complexité des éléments de développement d'un système de conversion de turbomachine est comparable à la complexité d'un réacteur. Séparément, toutes les exigences sont réalisables: il existe des turbines à gaz à des températures supérieures à 1500K, et les turbopompes des moteurs-fusées pompant de l'hydrogène ont des vitesses de rotation et des vitesses périphériques encore supérieures à 60 000 et 500 m / s. Cependant, pour tout collecter à la fois en combinaison avec une ressource sans entretien de 10 ans - le saut était clairement au-dessus de sa tête. Par exemple, les problèmes avec les échangeurs de chaleur à gaz à haute température à un moment donné ont coupé une direction très prometteuse des moteurs à turbine à gaz régénératifs, et les paliers dynamiques en gaz pour l'apesanteur sont assez difficiles à tester pour une ressource en gravité.

Plaques d'échangeur de chaleur TEM. c) A. Ilyin

En 2013, le centre d'information nommé d'après Keldysh a rendu compte des succès remportés dans la création de prototypes de tous les éléments les plus importants d'un convertisseur de turbomachine - deux types d'échangeurs de chaleur, un générateur et une unité de turbine à gaz. Cependant, selon les dernières données de R&D, elles sont assez serrées et les ressources en équipements sont loin d'être nécessaires. Déjà à l'automne 2013, il a été postulé que les réfrigérateurs à égouttement sont loin de l'ingénierie, et ils ne peuvent pas encore être développés. Le record promis d'ERE ionique s'estompe progressivement - les problèmes avec les électrodes perforées de grande taille avec une ressource élevée, que personne au monde ne peut résoudre restent non résolus.

Option TEM avec réfrigérateurs à panneaux

En outre, l'interaction du Centre Keldysh (qui fait partie de Roscosmos), dirigé par l'académicien Koroteev avec d'autres grandes entreprises spatiales, est souvent tendue par des pulvérisations de boue mutuelles, ce qui ne contribue pas non plus au progrès. TEM, magnifiquement peint au stade de la conception préliminaire, commence à s'effriter au stade de confirmer les caractéristiques des unités.

Maquette d'un TEM plié, été 2013. Faites attention aux moteurs ioniques - il y en avait 24 contre 15 sur le premier modèle. Les réfrigérateurs sont encore goutte à goutte

Enfin, le travail des entreprises dirigées par RSC Energia visait à créer un vaisseau spatial proprement dit armé d'une source d'énergie nucléaire. Energia a été contraint de reprendre le travail, ce qui a bloqué la voie pour son propre développement d'un remorqueur avec la centrale nucléaire thermo-thermique Hercules, et le front des problèmes était plus large que celui des deux autres «bunters» principaux. Il était nécessaire de créer un vaisseau spatial lourd avec tous les éléments traditionnels à bord - des systèmes d'orientation et de manoeuvre orbitale sur des moteurs-fusées à hydrazine, de puissants panneaux solaires et de la télémétrie, des systèmes d'atterrissage pour la charge utile et le ravitaillement, des réservoirs au xénon, et enfin de faire fonctionner tout cela pendant 10 ans dans des conditions de rayonnement. Des éléments encore plus spécifiques auraient dû devenir:
- fermes pliantes pour le retrait de l'énergie nucléaire du corps de l'engin spatial, avec un allongement dans l'espace de 2,5 fois, de 20 à 54 mètres;
- les conduites de liquide de refroidissement en expansion et leur étanchéité - tout cela devrait fonctionner en douceur dans des conditions de vide et de rayonnement;
- Panneaux pliants HI d'une superficie de centaines de mètres carrés;
- lignes électriques à haute tension pour la propulsion électrique;
- ailes pliantes à propulsion électrique et émetteurs frigorifiques.

Conception préliminaire TEM présentée par RKK-Energia

Toute cette magnificence devait être poussée dans un maximum de 22 tonnes, que le lanceur Angara-5 est capable de prendre. En fait, immédiatement après la publication du croquis du futur TEM, RSC Energia a commencé à ratisser intensivement le TEM du projet, après avoir abandonné certaines tâches des GKNPT im. Khrunicheva, et une partie - à l'Arsenal Design Bureau - les créateurs de l'engin spatial US-A et Plasma-A. Les représentants de RKK commencent à dire dans une interview que les remorqueurs basés sur le SB ne sont pas si mauvais. Arsenal, à son tour, souffle la poussière de ses projets de remorqueurs de 300 à 500 kW de centrale nucléaire thermo-ionique.

Section du réacteur TEM dans la version de conception technique. c) NIKIET

Fin 2014, la situation difficile du projet se traduit par sa séquestration dans le cadre du programme spatial fédéral 2016-2025. Il reste le financement de la recherche, et principalement à travers la ligne où il y a des résultats - le réacteur nucléaire et les convertisseurs de turbomachine réels. Le lancement de l'espace TEM est retiré des plans, et nous voyons comment l'avenir, dans lequel l'humanité a de nouveaux outils pour l'exploration spatiale, est en train de fondre, comme dans les photographies de Retour vers le futur. Encore une fois, comme dans le cas d'Hercule ou de JIMO, l'humanité recule, incapable de franchir la barrière technique à la création de puissants réacteurs spatiaux.

Réacteurs nucléaires dans l'espace: TEM

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