Ядерные реакторы

Благодаря трансформируемой конструкции установка может работать в двух режимах: - двигательном (газофазном) тягой 17 т при удельном импульсе 2000 с - на разгонных и тормозных участках траектории; - энергетическом (твердофазном) с электрической мощностью 200 кВт для обеспечения внутренних нужд космического аппарата без расходования рабочего тела - на маршевом участке траектории. Этот режим обеспечивается замкнутым газотурбинным контуром с гелий-ксеноновой смесью в качестве рабочего тела, преобразованием тепловой энергии в электрическую с КПД 20% и сбросом избыточного тепла через холодильник-излучатель (цикл Брайтона). На двигательном режиме работы электроснабжение обеспечивается встроенным в сопло многополюсным МГД-генератором мощностью 25 МВт с электродами и шинами возбуждения, ориентированными по образующим сопла. Минимизацию массогабаритных характеристик ГФЯР обеспечивают: применение в качестве ядерного горючего 233U; максимально возможное использование в замедлителе-отражателе реактора металлического, в том числе крупнокристаллического бериллия, а в остальной части - графита; использование для высокотемпературных элементов конструкций рабочей камеры тугоплавких металлов улучшенного изотопного состава, а для силовых корпусов реактора - высокопрочных титановых сплавов и упрочняющих углекомпозитов; применение для сильноточных систем магнитной стабилизации, возбуждения МГД-генератора и электропривода насосов гиперпроводящего Примерный перечень направлений должен включать реакторы на быстрых нейтронах с вторичным использованием актинидов, которые являются главными кандидатами в связи с их способностью уменьшить потребности в урановых ресурсах и снизить бремя долговременного хранения высокорадиоактивных отходов

Понятно, что экстремальные температурные режимы работы многих элементов конструкции ГФЯР и крайне агрессивная  среда (расплавленный уран, водород высокого давления, щелочные металлы) потребовали проведения глубоких материаловедческо-технологических проработок. В результате для системы подачи ядерного горючего были разработаны тугоплавкие сплавы на основе тантала - вольфрама - гафния, а также ниобия. Для некоторых участков стенок рабочей камеры были разработаны пористые тугоплавкие материалы как на основе вольфрама, так и молибдена, а для высокотемпературных фильтроэлементов - никеля и нихрома. Дальнейший анализ выявил исключительную эффективность применения рассмотренного выше ЯРД для марсианского экспедиционного комплекса. При полезной нагрузке 150 т стартовая масса марсианского энергетического комплекса (МЭК) на околоземной орбите составит 520...540 т (в зависимости от даты старта). Для сопоставления можно указать, что в случае применения ЯРД с твердофазным реактором стартовая масса МЭК составляла бы 730:800 т, а с химическим ЖРД - 1700:2500 т. Принцип действия бензинового двигателя. Рассмотрим, как бензиновый двигатель преобразует энергию сгорания топлива в мощность.

Кроме основных схем ЯРД - твердо- и газофазных, в 60-80-е годы широко исследовались и другие: с центробежным удержанием топлива (удельный импульс до 11000 м/с), твердофазные на стабильных компонентах топлива и с рабочим телом на основе гидрида лития, газофазные с шестифтористым ураном и др. По каждому из направлений получены ценные материалы, имеющие не только прикладное, но и фундаментальное теоретические и практическое значение. Начатое в середине 70-х годов изучение установок с циркулирующим топливом на основе шестифтористого урана привело к разработке предложений по использованию такой схемы в энергодвигательном комплексе марсианской экспедиции.

Рис.37 ЯРД для полёта на Марс

В начале ноября 1984 г. в Керчи на судостроительном заводе "Залив" им. Б. Е. Бутомы состоялась торжественная закладка первого отечественного ледокольно-транспортного судна с атомной энергетической установкой - лихтеровоза-контейнеровоза "Севморпуть".

В случае полёта на Марс ракеты с ядерным двигателем, запуск реактора будет осуществляться на орбите сборки корабля. До момента старта корабля со сборочной орбиты реактор будет находиться на нулевом уровне мощности, а после выведения реактора на рабочий режим космический аппарат начнет свое ускоренное движение от Земли. При отклонении вектора тяги от расчетного направления предусмотрена возможность отсечения тяги двигателя.


На главную