Электроядерный ликбез

Посвящается проекту «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ЯЭДУ мегаваттного класса». Теория расчета ядерных энергоустановок и некоторые размышления.

Теория

Любой тип ЯЭУ включает в себя три основных элемента: источник первичной энергии (ядерный реактор или радиоизотопный генератор), преобразователь первичной энергии в электрическую и устройство для отвода части первичной энергии, не использованной в процессе преобразования, в окружающее пространство.

Сплошными линиями на рисунке показан подвод и отвод тепловой энергии с помощью контуров теплоносителя или тепловых труб.

В отдельных случаях (штриховые линии) теплота непосредственно из источника передается в преобразователь и в устройство для отвода тепла за счет теплопроводности соответствующих соединительных устройств.

Преобразователи теплоты делятся на машинные и безмашинные или прямые. К машинным преобразователям относятся газотурбинные и паротурбинные установки. Возможно также использование поршневых расширительных машин и двигателей Стирлинга. Основными типами прямых преобразователей теплоты, имеющих особенно большое значение для космической энергетики, являются термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи (см. картинки).

Длительный теплоотвод в космическом пространстве без выброса массы возможен только путем излучения. По этой причине устройствами для отвода тепла являются холодильники-излучатели. Наибольшее распространение получили конструкции холодильников-излучателей в виде оребренных трубок, по которым протекает теплоноситель, соединенных в цилиндрические или конические панели. В последнее время широко применяются также холодильники-излучатели на основе тепловых труб. В некоторых случаях теплоноситель может отсутствовать, а тепловая энергия – излучаться непосредственно с поверхности преобразователя, которая для этой цели оребряется.

Холодильники-излучатели трубчато-ребристого типа являются одними из самых значительных по массе и габаритам элементами энергетической установки. Доля их массы в зависимости от типа и мощности ЯЭУ может составлять от 30 до 70%.

Помимо рассмотренных основных элементов космические ЯЭУ имеют и другие устройства и агрегаты. К их числу относятся: защита от излучений ядерного реактора, трубопроводы, насосы для прокачки теплоносителя, силовые рамы и др. Характеристики этих устройств определяются в основном их конструктивным совершенством и способствуют обеспечению оптимальных основных параметров рабочего процесса, не оказывая заметного влияния на выбор типа, схем и параметров основных элементов.

Остальное можно посмотреть в книжке «Энергетические установки с ядерными источниками первичной энергии» ^[1] и в Википедии в статье «Ядерные реакторы на космических аппаратах» ^[2].

Размышления

Размышления я проводил в рамках дипломной работы ^[3] (маткад ^[4]) 15 лет назад. Промежуточная орбита нужна потому, что по существующим международным договорённостям нельзя включать ЯДЭУ ниже 800 км.

Что получилось в двух словах:
Ангара с Плесецка выносит на низкую 24 тонны. При электрической мощности 150кВт до ГСО долетает полезная нагрузка 3500кг за 153 суток.

Новая установка заявлена мегаваттного класса. Если это тепловая мощность (как я думаю), то при существующих технологиях из неё можно выжать 50кВт электричества. Тогда простой перелёт на ГСО займёт годы и вообще непонятно как это сократит перелёт на Марс.

Мегаватт электричества несколько меняет ситуацию по перелётам, но сильно усложняет сброс лишнего тепла.

Товарищи разработчики, поделитесь информацией или возьмите к себе. Пожалуйста.

Автор: paul_155

Источник ^[5]