|
Ядерна електрорушійна установка Я́дерна електроруші́йна установка (ЯЕРУ) — рушійна установка космічного апарата, що включає комплекс бортових систем космічного апарата (КА), таких як: електричний ракетний двигун (ЕРД), система електроживлення, забезпечуваного ядерним реактором, система зберігання і подачі робочого тіла (СЗіП), система автоматичного керування (САК). ІсторіяПочаток робіт над ядерними двигунами припадає на 1960-ті роки[1][2]. Ряд радянських підприємств галузі, зокрема центр Келдиша[ru], КБХА[ru], інститут Доллєжаля[ru], брали участь у цих роботах, завдяки чому накопичено колосальний досвід не тільки роботи з ядерними двигунами, але й із термоемісійними і термоелектричними енергоустановками, а також матеріалами і паливом[3][4]. В радянський час від 1968 до 1988 року було випущено серію супутників «Космос» з ядерними реакторами. Кілька аварій супутників цієї серії викликали значний резонанс[5][6].  Установки першого покоління до початку XXI ст. відрізнялися невисокою потужністю[4]: установки типу «Бук», вироблені в 1970-і роки НВО «Червона зірка», мали потужність 5 кВт, тоді як установка початку XXI ст. має за проєктом потужність у 200 разів вищу — 1 МВт. На відміну від ядерного ракетного двигуна, в якому реактор потрібен для розігріву робочого тіла і створення реактивної тяги[4][1], реактор ЯЕРУ виробляє теплову енергію, яка перетворюється на електричну і далі витрачається на роботу двигуна. Установка працює за замкнутим циклом без викиду радіоактивних речовин. Спеціально для ЯЕРУ в СССР[не знайдено в джерелі 2810 днів] створено стаціонарний плазмовий двигун СПД-290, тягою до 1500 мН[7][8][9]. Також для ЯЕРУ розглядався варіант іонного двигуна (ІД) високої потужності розроблений дослідницьким центром Келдиша ІД-500[10]. Його параметри: потужність 32-35 кВт, тяга 375—750 мН, питомий імпульс 70 000 м/с, коефіцієнт корисної дії 0,75. ІД-500 має електроди іонооптичної системи, виконані з титану з діаметром перфорованої отворами зони 500 мм, катод газорозрядної камери, що забезпечує струм розряду в діапазоні 20-70 А і катод-нейтралізатор, здатний забезпечити нейтралізацію іонного пучка в діапазоні струмів 2-9 А. На наступному етапі розробки двигун буде оснащений електродами з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу і катодом із запалювальним електродом, виконаним з графіту. Загальний описЯЕРУ іноді плутають з ядерним ракетним двигуном, що не зовсім коректно, оскільки ядерний реактор в ЯЕРУ використовується тільки для вироблення електроенергії[11]. Вона, в свою чергу, використовується для запуску і живлення електричного ракетного двигуна (ЕРД), а також забезпечує електроживлення бортових систем космічного апарату[12]. ЯЕРУ складається з трьох основних пристроїв: реакторної установки з робочим тілом і допоміжними пристроями (теплообмінник-рекуператор і турбогенератор-компресор), електроракетної двигунної установки, холодильника-випромінювача[1][10][13][14]. Перевагами ЯЕРУ є можливість 10-річної експлуатації, великий міжремонтний інтервал і тривалий час роботи на одному ввімкненні[10] З фізичної точки зору ЯЭДУ — компактний газоохолоджуваний реактор на швидких нейтронах[11]. ЯЕРУ мегаватного класуВ 2009 році, Комісія з модернізації і технологічного розвитку економіки Росії при президенті Росії, затвердила проєкт ЯЕРУ мегаватного класу[15][16] для транспортно-енергетичного модуля. Головним підприємством-конструктором вважається «НДІКІЕТ», на чолі з директором — генеральним конструктором Юрієм Драгуновим[11]. Проєкт спрямований на те, щоб вивести Росію на перші позиції у створенні енергетичних комплексів космічного призначення, здатних вирішувати широкий спектр завдань у космосі, таких як дослідження Місяця і далеких планет зі створенням на них автоматичних баз[17]. Особливість проєкту 2009—2018 полягає у використанні спеціального теплоносія — гелій-ксенонової суміші[4]. А також те, що робочі органи системи захисту реакторної установки виконані з труб, виготовлених з молібденового сплаву[18][19]. На початок 2016 року завершено ескізне проєктування, проєктну документацію[20], завершено випробування системи керування реактором[21], проведено випробування ТВЕЛ[10], проведено випробування корпусу реактора[22], проведено повномасштабні випробування макетів радіаційного захисту реакторної установки[23]. На виставці «Держзамовлення — ЗА чесні закупівлі 2016», яка пройшла з 23 по 25 березня в Москві, АТ «НДІКІЕТ» представило макет реакторної установки для ядерної енергорушійної установки мегаватного класу[24]. Проєкт DRACO26 липня 2023 року, згідно повідомлення у виданні Space, NASA та DARPA планують запустити космічний апарат з ядерним тепловим двигуном, відомий як проєкт DRACO, на навколоземну орбіту наприкінці 2025 або на початку 2026 року. Головна мета місії DRACO — випробувати ядерний тепловий двигун (NTP) у космосі, що є потенційно перспективною технологією, яка може допомогти людству облаштуватися на Марсі та інших віддалених планетах. DARPA розпочала цей проєкт у 2021 році, а NASA приєдналася до нього на початку 2023 року. Розробленням та будівництвом DRACO буде займатися компанія Lockheed Martin. У ядерних теплових ракетах використовують невеликі реактори, які виділяють значну кількість тепла під час розщеплення атомів. Це тепло використовують для створення тяги за рахунок розширення і спрямовування пального газу в космос через космічний двигун. Космічний апарат DRACO перебуватиме на відносно високій орбіті навколо Землі, на висоті від 700 до 2000 км. З такої висоти для повернення на Землю через атмосферний опір DRACO знадобиться не менше 300 років. Згідно розрахунків, для роботи космічного апарата буде потрібно приблизно 2000 кг водню, який буде зберігатися у великому баку. DRACO буде досить компактним і зможе поміститися всередині ракети-носія Falcon 9 компанії SpaceX. Загальна вартість проєкту становить майже $499 млн. Половину коштів на реалізацію проєкту надасть DARPA, а решту — NASA[25][26]. ПерспективиЗа оцінками О. В. Багрова, М. О. Смірнова і С. А. Смірнова ядерний ракетний двигун може дістатися до Плутона за 2 місяці[27][28] і повернутися назад за 4 місяці з витратою 75 тонн палива, до Альфи Центавра за 12 років, а до Епсилон Ерідана за 24,8 року[29]. Див. також
Примітки
Література
|
||
