Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Бимодальные ядерные энергодвигательные установки




В последние годы в России и за рубежом проявляется интерес ко второму типу ТЭМ - на основе бимодальных ЯЭДУ. В таких установ­ках в одном реакторном блоке обеспечивается режим работы теплово­го ракетного двигателя с водородом в качестве рабочего тела и режим работы ЯЭУ для питания целевой и служебной аппаратуры КА. В последнее время разработан ряд концепций бимодальных ЯЭДУ [58], которые можно классифицировать исходя из:

· типа используемого ядерного реактора;

· способа преобразования тепловой энергии в электрическую;

· наличия или отсутствия системы дожигания рабочего тела.

В РНЦ «Курчатовский институт», ЦКБ Машиностроения и НИИ НПО «Луч» разработана концепция ЯЭДУ на основе модернизации термоэмиссионного реактора-преобразователя ЯЭУ «Енисей» на тепловых нейтронах, допускающего продувку водорода через топливный сердеч­ник с нагревом его до температуры 2100 К (в дальнейшем изложении такая ЯЭДУ обозначена как ЯЭДУ-1).

В НИКИЭТ разработана концепция ЯЭДУ, в кото­рой применены технические решения, характерные для твердофазных реакторов ЯРД с уровнем нагрева рабочего тела (водорода) до 2800 К и более. Используется реактор на быстрых нейтронах с литиевым кон­туром охлаждения. Проработаны варианты ЯЭДУ с термоэмиссион­ным и турбомашинным способами преобразования тепловой энергии в электрическую в энергетическом режиме (соответственно ЯЭДУ-2 и ЯЭДУ-3).

Концепция газотурбинной ЯЭДУ с газоохлаждаемым ядерным ре­актором и дожиганием водорода с кислородом (ЯЭДУ-4) проработана в НИИ энергетического машиностроения МГТУ им. Н.Э.Баумана.

В табл.4. приведены основные технические характеристики перечисленных типов бимодальных ЯЭДУ, имеющих одинаковый уро­вень полезной электрической мощности 10кВтЭл при функциони­ровании КА на рабочей орбите.

Таблица 4

Сравнительные характеристики различных бимодальных ЯЭДУ

Параметр ЯЭДУ-1 ЯЭДУ-2 ЯЭДУ-3 ЯЭДУ-4
Тепловая мощность, кВт:  
на режиме ЯРД        
на энергетическом режиме        
Температура нагрева водорода, К ~ 2100      
Отношение расхода кислорода к расходу водорода       0-2.3
Тяга на режиме ЯРД, Н       28-72
Удельный импульс тяги ЯРД, м/с       7750-5910
Ресурс работы:  
на режиме ЯРД, ч       ~ 170
на энергетическом режиме, лет 7…10 до 10 до 10 до 10
Масса установки (без запаса рабочего тела и топливного бака), кг        

Ниже, в табл.5., приведены результаты сравнительного ана­лиза баллистической эффективности применения рассматриваемых ва­риантов бимодальных ЯЭДУ в составе транспортно-энергетических мо­дулей при выведении КА с опорной орбиты на ГСО применительно к ракетам-носителям (РН) различной грузоподъемности: «Русь», «Зенит-М» и «Ангара» (масса полезного груза, выводимого на низкую опорную орбиту, 7.8, 15, 25 тонн соответственно). В качестве критериев эффективности использовались масса полезного груза (m пг) на ГСО (без массы ТЭМ) и время выведения (t в). При этом учитыва­лись конкретные габаритные ограничения, связанные с размещением КА с ТЭМ под головными обтекателями РН, и ограничения по мини­мально допустимой высоте включения в работу ЯЭДУ. В этой же таб­лице приведены значения mпг и tв для традиционных разгонных бло­ков с перспективными ЖРД и традиционными СЭС на основе планарных солнечных батарей, а также для ТЭМ с двухрежимной ЯЭУ и ЭРДУ. При этом в разгонном блоке (РБ) РН типа «Русь» используют­ся ЖРД на компонентах керосин-кислород, а в РБ РН «Зенит-M» и «Ангара» -кислородо-водородные ЖРД. Место старта РН – космодром Плесецк.

Масса полезного груза в таблице соответствует массе КА на ГСО за вычетом массы ТЭМ с ЯЭДУ или массы СЭС при использовании РБ с ЖРД. Приведенные в таблице данные показывают, что с увеличением грузоподъемности РН баллистическая эффективность рас­сматриваемых типов бимодальных ЯЭДУ возрастает, и при начальной массе орбитального комплекса (КА+ТЭМ) на опорной орбите 25 т (РН «Ангара») масса КА, выводимого на ГСО с использованием ЯЭДУ-2 и ЯЭДУ-3 в течение 8.5 суток, примерно равна массе КА, выводи­мой с использованием ЯЭРДУ в течение года.


Таблица 5

 

Сравнительный анализ баллистической эффективности различных бимодальных ЯЭДУ

 

  Тип установки Ракета-носитель
«Русь» «Зенит-М» «Ангара»
m пг, кг t в, сут N эл, кВт m пг, кг t в, сут N эл, кВт m пг, кг t в, сут N эл, кВт
Бимодальные ЯЭДУ-1   8.0     22.5     42.1  
ЯЭДУ-2   1.6     4.7     8.3  
ЯЭДУ-3   1.1     4.2     8.4  
ЯЭДУ-4                  
Двухрежимная ЯЭУ+ЭРДУ     10*) 35**)     25*) 68**)     50*) 100**)
РБ с ЖРД < 0 2.7     2.7     2.7  

*) Располагаемая электрическая мощность на рабочей орбите.

**) Электрическая мощность, потребляемая ЭРДУ.

 


При этом масса КА, выводимых на ГСО с использованием бимодальных ЯЭДУ, почти в два раза больше, чем масса КА, выводимого разгонным блоком с перспективным кислородо-водородным ЖРД. При начальной массе орбитального комплекса 7.8 т (РН «Русь») наиболее эффективна из рассмотренных вариантов бимодальная установка ЯЭДУ-4 с до­жиганием водорода с кислородом. В данном случае m пг~1300 кг, а время выведения 35 суток.

Таким образом, рациональной областью применения в околозем­ном космическом пространстве бимодальных ЯЭДУ, в которых исполь­зуются технические решения, свойственные ЯРД с твердофазными ре­акторами, является создание на их базе транспортно-энергетических модулей тяжелых орбитальных средств, предназначенных для выведе­ния на энергоемкие рабочие орбиты и электроснабжения этих средств в течение всего срока активного функционирования.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

В них приведен дополнительный информационный материал, способствующий лучшему пониманию и усвоению настоящего лекционного курса.

Приложение 1

СОВЕТСКИЕ КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ С ЯЭУ, ЛЕТАВШИЕ В КОСМОСЕ [7]

КА (ЯЭУ) Дата запуска Отработанный ресурс
  Космос-367 (БУК) 03.10.70 1 виток
  Космос-402 (БУК) 01.04.71 2 витка
  Космос-469 (БУК) 25.12.71 9 дней
  Космос-516 (БУК) 21.08.72 32 дня
  Космос-626 (БУК) 27.12.73 45 дней
  Космос-651 (БУК) 15.05.74 71 день
  Космос-654 (БУК) 17.05.74 74 дня
  Космос-723 (БУК) 02.04.75 43 дня
  Космос-724 (БУК) 07.04.75 65 дней
  Космос-785 (БУК) 12.12.75 3 витка
  Космос-860 (БУК) 17.10.76 24 дня
  Космос-861 (БУК) 21.10.76 60 дней
  Космос-952 (БУК) 16.09.77 21 день
  Космос-954 (БУК) 18.09.77 43 дня
  Космос-1176 (БУК) 29.04.80 134 дня
  Космос-1249 (БУК) 05.03.81 105 дней
  Космос-1266 (БУК) 21.04.81 8 дней
  Космос-1299 (БУК) 24.08.81 12 дней
  Космос-1365 (БУК) 14.05.82 135 дней
  Космос-1372 (БУК) 01.06.82 70 дней
  Космос-1402 (БУК) 30.08.82 120 дней
  Космос-1412 (БУК) 02.10.82 39 дней
  Космос-1579 (БУК) 29.06.84 90 дней
  Космос-1607 (БУК) 31.10.84 93 дня
  Космос-1670 (БУК) 01.08.85 83 дня
  Космос-1677 (БУК) 23.08.85 60 дней
  Космос-1736 (БУК) 21.03.86 92 дня
  Космос-1771 (БУК) 20.08.86 56 дней
  Космос-1818 (ТОПАЗ) 02.02.87 142 дня
  Космос-1860 (БУК) 18.06.87 40 дней
  Космос-1867 (ТОПАЗ) 10.07.87 342 дня
  Космос-1900 (БУК) 12.12.87 124 дня
  Космос-1932 (БУК) 14.03.88 66 дней
  Космос-1933 (БУК) 15.03.88 60 дней

Приложение 2

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-08; Просмотров: 836; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.009 сек.