千千瓦空间反应堆通过地面测试

美国宇航局举行了新闻发布会,介绍了千瓦动力反应堆的开发进展。 一年前, 我详细描述了该项目 ,然后将该开发成果用于将热量转换为电能的系统的测试。 好吧,可以说该项目的宏伟进展变得更好了。

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月球上的千伏反应堆(渲染)。

2017年,在他们的中心。 Glenn NASA使用贫铀芯模拟器中的电衰减热模拟器对原型反应堆进行了全面的热真空测试。 总的来说,应该指出的是,使用热管开发的基于斯特林发动机的热量从铁心传递到发电机的机制(以下简称GDS)几乎是该项目中最困难也是最重要的部分,因此它进行了3年。 特别地,挑战在于启动钠热管,其中必须将一部分钠熔化并蒸发,以形成足够的热流,但又不会使其过热。 考虑到反应堆的“自我管理”性质,从工程角度来看,这并不是那么简单。 使用贫铀钼合金毛坯进行的最终测试循环旨在测试型芯(AZ)与热管之间的热转变。


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系统启动时的千瓦功率热管温度。 热电偶从AZ仿真器到受热器(GDS的热端)按升序排列。

但是,尽管高温热管和GDS是有趣的事情,但这与Kilopower的核部分无关。 一项利用核热源的全面实验被称为KRUSTY(使用斯特林技术的千伏反应堆),于2017年秋季至2018年3月在内华达州核试验场的DAF实验室进行。 在该实验室(以前是在测试现场进行爆炸测试的核装料的集合地点),现在放置了四个关键组件(关键组件称为零或低功率核反应堆,用于验证中子计算),美国核实验室将其用于各种实验(包括非常安静-例如,用于测量剂量常数。 顺便说一下,正是在这个实验室里,Kilopower的历史开始了,因为 Flattop关键组件就位于此处,在2011年对反应堆的概念原型进行了测试。

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关键的集会是捐助者。 对于KRUTSY,使用框架和下部移动系统。

对于KRUSTY实验,采用了Comet机,它曾经是垂直移动的半铀坯和反射器。 现在,将带有真空室的实际Kilopower放置在顶部,然后使用移动系统将氧化铍反射器推到富铀铀坯上。

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由KRUSTY实验中使用的彗星机和Kilopower反应堆进行组装。 通过将氧化铍侧面反射器滑到反应堆芯上来启动反应堆

组装完核心(顺便说一句,它是一个单独的子类型-对大量人员和材料的存在有很多限制)之后,对系统进行了测试,以防各种系统出现故障。 美国宇航局在这里写道“没有电源的导体”,但是从实验计划中得出的图片略有不同。

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组装原型空间反应堆的核心。 使用关键组件时,最常见的限制之一是对附近人员的存在限制(例如在2米半径内不超过2个人),以免武器材料周围存在大量水反射器来吸引命运。 工程师组装的元素如下图所示:

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然后在不使用转换系统的情况下对反应堆进行物理启动,并测量反射镜的反应特性和系统的传播性能,并根据计划判断,将碳化硼制成的启动吸收棒设计在堆芯的中心,并确保在紧急情况下不会启动反应堆,例如发射入轨道。

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计划的实验包括反应堆在$ 0.8和$ 3时冷的反应性输入($ 1意味着临界中子的分数等于临界中子的过量,此后反应堆的加速度急剧增加)。 在这种情况下,中子功率会增加(在进入$ 3的情况下-快速),直到燃料的加热和膨胀引入负反应性并且反应堆在一定功率水平下“平静下来”。

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根据上一张幻灯片的计划,将测量各种组装元件在不同温度下的传播性能。

这里应该注意的是,NASA / DOE新闻稿的细节非常小气,实际上是做什么的,但是我99%的确定这些测量是在冬天进行的。 如果不对反应堆的繁殖特性进行实验验证,他将永远留在纸上而不准启动。

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在冬季测试期间,在Kilopower的“转换部件”上安装了真空室。

最后,在反应堆和转换系统启动后,对该系统进行了全面测试,输出到标称值并在功率下运行。 整个测试花费了28个小时,从上面的热管加热图上,我们可以假定体验看起来像是“从4小时开始+以面值开始24小时运行”。 是否对反应堆的自控进行了测试(负载变化时的热功率变化),但没有报告,但是新闻稿中的一张图片表明,是的,进行了以下操作:


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在后台有GODIVA IV和Comet关键装配控制架,在屏幕上您可以看到带有Kilopower的Comet的支架,反射器处于“启动”模式,相机屏幕上的积雪也暗示着这是一个长期的时刻。 在后面的屏幕上,我们必须假设某种核装配参数,在离我们更近的屏幕上是带有热电偶的温度图以及系统和仪器的状态。 可以想象温度曲线上的齿包括额外的负载。 此运行的计划也证实了这些想法:

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在新闻发布会上,NASA工程师还指出:“该团队测试了启动顺序,运行过程中的标称值和效率参数-系统满足所有测量参数的要求。

无论如何,对于NASA / DOE来说,这是重要的一步。 在过去的40年中,尽管已经通过了许多开发阶段和热真空测试,但没有一个民用空间反应堆项目能够实际启动。 对军事项目的了解很少,至少对于SP-100反应堆,测试进行得很远-可能以零功率标准的形式对其进行了测试。 数十年来,以前的项目没有达到全面的地面测试所花费的时间,这种成功令人难以置信。 但是,尽管有出色的概念和成功的地面开发,但Kilopower的未来仍不确定。

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柯伊伯带目标的任务概念使用10千瓦版本的Kilopower为车辆提供牵引力。

这种反应堆的范围虽然相对较大,但也没有那么大:在开发木星轨道以外的自动行星际站的任务中,用RTG替代,在开发10 kW版本的情况下,它还向载人飞行任务提供电力(尽管有关月球极任务的问题)有争议的 ),最重要的是-ERD任务向太阳系遥远物体的供电。 最后一种选择称为核电推进,在提高航天器的能力方面是最有生产力的,它使您可以实现化学火箭发动机无法实现的目标,例如Charon,Pluto轨道和Kuiper带的其他物体。

但是,仍然需要开发10千瓦版本。 使用原型上的380瓦热管是不可能的,并且通常在不移动冷却剂的情况下从相对较小的铀坯中除去40千瓦热量的任务似乎很困难。 10千瓦反应堆的开发很可能会拖延很长时间,并且很高兴找到1千瓦版本的消费者,这样反应堆才能飞行。

除了潜在的更便宜的设备(RTG每千瓦要花费NASA约1亿美元,显然比Kilopower贵)之外,由于Kilopower自身的重量,替换RTG(尤其是用GDS的版本)并没有太多好处。 NASA主流航天器设计继续使用using RTG进行估算!

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NASA计划前往海王星和天王星的任务仍在携带RTG,这是Curiocity车载电源的发展。

在月球或火星上的有人基地/长期任务已经停留在概念阶段数十年了,似乎这匹马不会将千里力量推向太空。 实际上,即使是距离较远的AMS,其发射速度也是每10年一次,甚至更低。 NASA似乎应该采取下一步行动,为Kilopower寻找有价值的使命,并尽快实现这一目标。 我们希望,在来年,我们将看到这样的选择,这将为在太空中建造新的核反应堆提供最大的机会,这是我们已经很长时间没有见过的。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN412165/


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