अंतरिक्ष में परमाणु रिएक्टर: टीईएम

यूएसएसआर में परमाणु रिएक्टरों के आधार पर अंतरिक्ष बिजली संयंत्र बनाने के लिए 20 साल के अनुसंधान और विकास के प्रयासों का चरम 1988 में प्लाज्मा-ए उपग्रह था। ये पौधे थर्मियोनिक ऊर्जा रूपांतरण की तकनीक पर आधारित थे, जमीन पर डिबग किए गए (रिएक्टरों में 80 से अधिक परीक्षण असेंबलियों को 100 से 16,000 घंटों तक किया गया था)। प्रयासों, काम का पैमाना और विचार की सुंदरता इतनी शक्तिशाली हो गई कि अगले 20 वर्षों में आपको विशेष संगठनों के लेखों में कुछ भी नहीं मिलेगा जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ अंतरिक्ष यान को डिजाइन और नियोजित करते हैं, थर्मोरोनिक उत्सर्जन कन्वर्टर्स के लिए रिएक्टरों के लिए विचारों के विकास के अलावा। उज्ज्वल परमाणु और अंतरिक्ष भविष्य के बारे में 20 वर्षों की बात अक्टूबर 2009 में समाप्त हुई, जब कई प्लाज़्मा-ए विकास परियोजनाओं को वित्त पोषण नहीं मिला,और "ट्रांसपोर्ट एंड एनर्जी मॉड्यूल" टर्बोमैचिन रूपांतरण के साथ। और परियोजना के प्रमुख में वे लोग नहीं थे जो पहले इस विषय में शामिल थे। इस उलटफेर में प्रमुख भूमिकाओं में से एक, पैरवी के प्रयासों के अलावा, अंतरिक्ष में गर्मी की रिहाई से संबंधित एक तकनीकी विचार द्वारा निभाई गई थी।


अमेरिकी AWS JIMO, ने भी बोर्ड पर परमाणु रिएक्टर की योजना बनाई

यह सर्वविदित है कि वजन अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का मुख्य दुश्मन है, और आवारा गर्मी मुक्ति के लिए रेफ्रिजरेटर ऐसे उपकरणों का सबसे भारी तत्व हैं। थर्मियोनिक उत्सर्जन कन्वर्टर्स के मामले में, यह मुद्दा काफी शान्ति से हल किया जाता है - हाँ, टरबाइन चक्र की तुलना में उनकी दक्षता कम है, लेकिन रेडिएटर के रेडिएटर्स का तापमान बहुत अधिक हो सकता है (लगभग 1000K, और रिएक्टर खुद को 1650K तक गर्म किया जाता है), और जैसा कि हम याद करते हैं, रेफ्रिजरेटर का वजन निर्भर करता है। तापमान से 1 / T ^ 4 की शक्ति तक। नतीजतन, यह बिजली-कानून पर निर्भरता गर्मी की चार गुना अधिक मात्रा में फिर से खेलती है जिसे थर्मियोनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र से छुट्टी देनी चाहिए। केवल अगर आपके पास ड्रिप सीआई का क्रांतिकारी विचार नहीं है ।

यह विचार है कि उत्सर्जक पैनलों के अंदर ट्यूबों के माध्यम से तरल पदार्थ चलाने के बजाय, यह अंतरिक्ष के माध्यम से सही उड़ जाएगा - जेट के नोजल-शेपर्स से ड्रॉप एलिमिनेटर तक। इस मामले में, सैद्धांतिक रूप से, सीआई के वजन को कई बार कम किया जा सकता है, और वैक्यूम में वाष्पीकरण के कारण होने वाले नुकसान को एक विशेष ऑर्गेनोसिलिकॉन तरल के चयन से हल किया जाता है। इस स्थिति में, थर्मिओनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र अपने "जन्मचिह्न" को खेलना शुरू करते हैं - बिजली पैदा करने वाली ईंधन की छड़ पर एक कम शक्ति घनत्व और 5-8% की दक्षता।

यह ऐसी टीईएम अवधारणा है - थर्मल ऊर्जा और ड्रिप रेफ्रिजरेटर के टर्बोमैसीन रूपांतरण के साथ जो कि क्लेडीश सेंटर सेंटर द्वारा 2009 में प्रस्तावित किया गया था। राष्ट्रपति मेदवेदेव द्वारा "देश में नवाचारों के विकास" और रोसाटॉम के लॉबिस्टों और आईसी कल्डिश अकादमी के प्रमुख कोरोटेयेव के सिर के बल पर विचार का नवाचार उपजाऊ जमीन पर गिर गया, यह आरकेके एनर्जबर्ग, एल्बगिरिया नबरगुरिया की दयनीय "झाड़ियों" को स्वीप करना संभव था। और पोषित वित्तपोषण प्राप्त करें।


4 ड्रिप रेफ्रिजरेटर (बेज-ब्राउन पैनल) के साथ टीईएम का पहला ड्राफ्ट संस्करण। तह स्थिति में नीचे प्रस्तुत करना। (c) आरकेके एनर्जी

2010 में आरएंडडी का संचालन करने के लिए, 17 बिलियन रूबल का एक कार्यक्रम लॉन्च किया गया था, जिसमें से 7.245 बिलियन रूबल रिएक्टर को आवंटित किए गए थे, 3.955 ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली को, और शेष अंतरिक्ष यान को लगभग 5.8 बिलियन। उन्होंने परमाणु रिएक्टर, ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली - IC के नाम पर करने के लिए NIKIET संस्थान (लीड फास्ट BREST के निर्माता) को कमीशन दिया - IC क्लेडीश, और संपूर्ण अंतरिक्ष यान - आरएससी एनर्जिया।

TEM के पहले संस्करण की उपस्थिति ने संदर्भ जानने वाले किसी भी इंजीनियर को मारा। एक अल्ट्राहिग-टेंपरेचर (1600K!) फास्ट गैस-कूल्ड रिएक्टर, यूरेनियम कार्बोनेट्राइड ईंधन (होनहार, लेकिन थोड़ा अध्ययन किया गया), टर्बोकोम्प्रेसर 60,000 आरपीएम पर 10 साल तक 1500K की टरबाइन पर तापमान के साथ संचालन करने वाली इकाइयां, हीट एक्सचेंजर्स, समान 1500K के लिए। तंत्र का विस्तार योग्य डिजाइन 54 मीटर लंबा और 20 चौड़ा है, प्रारंभिक अवस्था में यह पीएच फेयरिंग के तहत फिट बैठता है। 4.5 किलोवॉट के वोल्टेज के साथ एक रिकॉर्ड मेगावॉट अंतरिक्ष विद्युत प्रणाली, 60 किलोवाट (उस समय उड़ान भरने वालों की तुलना में 10 गुना अधिक शक्तिशाली और प्रयोगशाला रिकॉर्ड धारकों की तुलना में 1.5 गुना अधिक शक्तिशाली) के साथ 16 आयनिक विद्युत प्रणोदन प्रणालियों की आपूर्ति करता है। अंत में, खुद अंतरिक्ष यान, जो विकिरण की बड़ी खुराक का 10 गुना सामना करने वाला था,रिएक्टर और विकिरण बेल्ट दोनों से विकिरण के आज के विशिष्ट स्तर की तुलना में, जिसके माध्यम से पेलोड को टो करना होगा।


-2013. —

साक्षात्कार, टीवी और सम्मेलनों में नियमित रूप से दृष्टिकोण और नवाचारों के साथ चमकते हुए इस परियोजना का विकास शुरू हुआ। रोसाटॉम ने सबसे तेज काम किया - जल्दी से परिचित ऑक्साइड के पक्ष में कार्बोनिट्राइड ईंधन का त्याग, एक परमाणु रिएक्टर डिजाइन किया गया था, मानक और नए का मिश्रण। 50 सेमी के व्यास और एक मीटर की लंबाई के साथ एक बेलनाकार स्टेनलेस स्टील के मामले में, एकल क्रिस्टल मोलिब्डेनम के गोले में 4-5 मिमी के व्यास के साथ अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ऑक्साइड युक्त कई सौ बेलनाकार ईंधन की छड़ें स्थित हैं। प्राप्त होने वाले बर्नआउट के आधार पर, कुल अनुमानित ईंधन द्रव्यमान 80-150 किलोग्राम है। मोलिब्डेनम के गोले में बोरान कार्बाइड की एक नियंत्रण प्रणाली की 19 अवशोषित छड़ को स्थानांतरित और विस्तार करके नियंत्रण किया जाता है। एक तेज रिएक्टर में 3 की तापीय शक्ति होती है,8 मेगावाट और 40 एटीएम के काम के दबाव में 78% हीलियम और 22% क्सीनन के गैस मिश्रण से ठंडा किया जाता है। इनलेट में गैस मिश्रण का तापमान 1200 है, और आउटलेट 1500K (1227 C) पर।


.

परमाणु स्थापना कई रोसाटॉम उद्यमों द्वारा विकसित की जा रही है, जिसमें शामिल हैं आईपीपीई, जो कई दशकों से अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का विकास कर रहा है, एनपीओ ल्यूक, जो उच्च-तापमान ईंधन तत्व प्रौद्योगिकियों का मालिक है, और गर्म काम कर रहे गैस मिश्रण के साथ लूप में टीईएम परमाणु ऊर्जा तत्वों के आंतरिक रिएक्टर व्यवहार का संचालन NARAR द्वारा किया गया था, जिसमें देश में अनुसंधान रिएक्टरों का सबसे बड़ा बेड़ा है। 2012 में NIKIET से प्रस्थान के बावजूद, रिएक्टर के मुख्य डिजाइनर वी.पी. स्मेटनिकोव का रिएक्टर का विकास लगभग तय समय पर जारी है: एक नए शीतलक और एक मानक ईंधन तत्व के साथ एक लूप का परीक्षण किया गया था, एक आंशिक थर्मो-हाइड्रोलिक परीक्षण बेंच बनाया गया था, और एक जमीन-आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्र मॉडल NosI में Sosnovy Bor में बनाया जा रहा है। इस स्थापना का शुभारंभ 2015 के लिए योजनाबद्ध है, और ऐसा प्रक्षेपण परमाणु इंजीनियरिंग की निस्संदेह जीत होगी।


TEM परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए RUGK रिएक्टर का प्रारंभिक संस्करण। (c) रोसाटॉम

आईसी के नाम पर एक और सहयोग क्लेडीश, KBHM, KBHA और VNIIEM एक टर्बोमैचिन कनवर्टर में लगे हुए थे। TEM में, 250 किलोवाट की क्षमता के साथ 4 समान मॉड्यूल स्थापित करने की योजना है। प्रणाली में एसी / डीसी और डीसी / डीसी कन्वर्टर्स, बफर बैटरी, अतिरिक्त उपकरण शीतलन प्रणाली भी शामिल हैं। परमाणु रिएक्टर के साथ मिलकर बिजली इकाई का द्रव्यमान 6800 किलोग्राम होना था।


परमाणु ऊर्जा योजना की योजनाएं और पैरामीटर। (c) क्लेडीश केंद्र।


केंद्र के नाम से वीडियो फ्रेम 250 किलोवाट टीईएम टर्बोगिनेटर के कट के साथ क्लेडीश। (c) ए। इलिन

थर्मल ऊर्जा को गैस टरबाइन चक्र (ब्राइटन) में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जहां टरबाइन पर निकाली गई गैस ऊर्जा दोनों विद्युत जनरेटर और गैस परिसंचरण का समर्थन करने वाले कंप्रेसर के रोटेशन में जाती है। हीट एक्सचेंजर के माध्यम से, अवशिष्ट गर्मी को दूसरे सर्किट में छुट्टी दे दी जाती है, जहां इसे रेफ्रिजरेटर उत्सर्जकों की मदद से अंतरिक्ष में विस्थापित किया जाता है।


मॉडल 250 किलोवाट टर्बोगेनेटर टीईएम 1: 2 (ओं) अनिक

एक टरबोमेनाइन रूपांतरण प्रणाली के विकासशील तत्वों की जटिलता एक रिएक्टर की जटिलता के बराबर है। अलग-अलग, सभी आवश्यकताएं संभव हैं: 1500K से अधिक तापमान पर गैस टर्बाइन हैं, और हाइड्रोजन पंप वाले रॉकेट इंजन के टर्बो-पंप में रोटेशन की गति और परिधीय गति 60,000 और 500 मीटर / से अधिक है। हालांकि, 10 साल के रखरखाव-मुक्त संसाधन के साथ संयोजन में एक बार में सब कुछ इकट्ठा करने के लिए - कूद उसके सिर के ऊपर स्पष्ट रूप से था। उदाहरण के लिए, एक समय में उच्च तापमान वाले गैस हीट एक्सचेंजर्स के साथ समस्याओं ने पुनर्योजी गैस टरबाइन इंजनों की एक बहुत ही आशाजनक दिशा को काट दिया, और वजनहीनता के लिए गैस-डायनामिक बीयरिंग गुरुत्वाकर्षण में एक संसाधन के लिए परीक्षण करना काफी मुश्किल है।


मंदिर हीट एक्सचेंजर प्लेटें। (c) ए। इलिन

2013 में, सूचना केंद्र का नाम रखा गया क्लेडीश ने एक टर्बोमैचिन कनवर्टर के सभी सबसे महत्वपूर्ण तत्वों के प्रोटोटाइप बनाने में सफलताओं पर सूचना दी - दो प्रकार के हीट एक्सचेंजर्स, एक जनरेटर और एक गैस टरबाइन इकाई। हालांकि, नवीनतम आरएंडडी आंकड़ों के अनुसार, वे काफी तंग हैं और उपकरण संसाधन आवश्यक से बहुत दूर हैं। पहले से ही 2013 के पतन में, यह पोस्ट किया गया था कि ड्रिप रेफ्रिजरेटर इंजीनियरिंग से बहुत दूर हैं, और उन्हें अभी तक विकसित नहीं किया जा सकता है। वादा किया गया रिकॉर्ड आयनिक ईआरई धीरे-धीरे फीका हो जाता है - एक उच्च संसाधन के साथ बड़े आकार के छिद्रित इलेक्ट्रोड के साथ समस्याएं, जो दुनिया में कोई भी हल नहीं कर सकता अनसुलझे बनी हुई है।


क्लेडीश सेंटर से टीईएम आयन इंजन का प्रोटोटाइप। मूल विचार की तुलना में पहले से ही आकार में छोटा है। ए। आयलिन विकल्प पैनल रेफ्रिजरेटर के साथ टीईएम




इसके अलावा, अन्य बड़े अंतरिक्ष उद्यमों के साथ शिक्षाविद कोरोटीव की अध्यक्षता में क्लेडीश केंद्र (रोस्कोस्मोस का हिस्सा) की बातचीत, अक्सर आपसी कीचड़-छिड़काव के साथ होती है, जो प्रगति में योगदान नहीं देता है। प्रारंभिक डिजाइन के चरण में खूबसूरती से चित्रित टीईएम, इकाइयों की विशेषताओं की पुष्टि करने के चरण में उखड़ने लगता है।


एक तह टीईएम का मॉडल, ग्रीष्मकालीन 2013। आयनिक इंजनों पर ध्यान दें - शुरुआती मॉडल पर 15 के मुकाबले 24 थे। रेफ्रिजरेटर अभी भी ड्रिप हैं

अंत में, आरएससी एनर्जिया के नेतृत्व में उद्यमों का काम एक परमाणु ऊर्जा स्रोत से लैस एक अंतरिक्ष यान बनाने का उद्देश्य था। एनर्जिया को काम के मोर्चे को लेने के लिए मजबूर किया गया, जिसने हरक्यूलिस थर्मिओनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ टगबोट के अपने विकास के लिए रास्ता अवरुद्ध कर दिया, और समस्याओं का मोर्चा अन्य दो मुख्य "बंटर्स" की तुलना में व्यापक था। बोर्ड पर सभी पारंपरिक तत्वों के साथ एक भारी अंतरिक्ष यान बनाने के लिए आवश्यक था - हाइड्रेंजीन रॉकेट इंजन, शक्तिशाली सौर पैनल और टेलीमेट्री, पेलोड और ईंधन भरने के लिए लैंडिंग सिस्टम, ज़ेनॉन टैंक पर उन्मुखीकरण और कक्षीय पैंतरेबाज़ी प्रणाली, और अंत में विकिरण स्थितियों में 10 साल के लिए यह सब काम करना। और भी विशिष्ट तत्व बनने चाहिए:
- अंतरिक्ष यान से परमाणु शक्ति को हटाने के लिए तह ट्रस, 20 से 54 मीटर तक 2.5 गुना की जगह में बढ़ाव के साथ;
- विस्तारित शीतलक पाइपलाइनों और उनकी सीलिंग - यह सब वैक्यूम और विकिरण स्थितियों में आसानी से काम करना चाहिए;
- सैकड़ों वर्ग मीटर के क्षेत्र के साथ HI तह पैनल;
- विद्युत प्रणोदन के लिए उच्च वोल्टेज बिजली लाइनों;
- इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन और रेफ्रिजरेटर एमिटर ले जाने वाले पंखों को मोड़ना।


RKK-Energia द्वारा प्रस्तुत TEM प्रारंभिक डिजाइन

यह सभी भव्यता अधिकतम 22 टन में ले जाने की आवश्यकता थी, जिसे अंगारा -5 प्रक्षेपण यान लेने में सक्षम है। वास्तव में, भविष्य के टीईएम के स्केच जारी होने के तुरंत बाद, आरएससी एनर्जिया ने जीईएनपीटीएस के कुछ कार्यों को फेंकने के बाद, परियोजना से टीईएम को तीव्रता से निकालना शुरू कर दिया। ख्रुश्चेवा, और भाग - शस्त्रागार डिजाइन ब्यूरो में - यूएस-ए और प्लाज्मा-ए अंतरिक्ष यान के निर्माता। आरकेके प्रतिनिधि एक साक्षात्कार में बताना शुरू करते हैं कि एसबी पर आधारित टग इतने बुरे नहीं हैं। आर्सेनल, बारी-बारी से, अपनी टग परियोजनाओं से 300-500 किलोवाट के ऊष्मीय परमाणु ऊर्जा संयंत्र से धूल उड़ाता है।


तकनीकी डिजाइन संस्करण में मंदिर रिएक्टर अनुभाग। (c) NIKIET

2014 के अंत में, परियोजना के साथ कठिन स्थिति 2016-2025 के लिए संघीय अंतरिक्ष कार्यक्रम के ढांचे में इसके अनुक्रम में परिणत हुई। यह अनुसंधान के लिए धन, और मुख्य रूप से लाइन के माध्यम से रहता है जहां कुछ परिणाम हैं - वास्तविक परमाणु रिएक्टर और टर्बोमैचिन कन्वर्टर्स। टीईएम अंतरिक्ष प्रक्षेपण को योजनाओं से हटाया जा रहा है, और हम देखते हैं कि भविष्य में, जिसमें मानवता के पास अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए नए उपकरण हैं, पिघल रहा है, जैसा कि बैक टू द फ्यूचर में तस्वीरों में है। एक बार फिर, जैसा कि हरक्यूलिस या JIMO के मामले में, मानवता वापस आ रही है, शक्तिशाली अंतरिक्ष रिएक्टरों के निर्माण में तकनीकी बाधा को दूर करने में असमर्थ है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi381701/