Сансарын хөлөгт зориулсан цөмийн хөдөлгүүр

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Орос улс цөмийн сансрын эрчим хүчний салбарт тэргүүлэгч байсаар ирсэн, одоо ч хэвээр байна. RSC Energia, Roskosmos зэрэг байгууллагууд цөмийн эрчим хүчний эх үүсвэрээр тоноглогдсон сансрын хөлөг зохион бүтээх, бүтээх, хөөргөх, ажиллуулах туршлагатай. Цөмийн хөдөлгүүр нь онгоцыг олон жилийн турш ашиглах боломжтой болгож, практикт ашиглахад тохиромжтой байдлыг хэд дахин нэмэгдүүлнэ.

Түүхэн рекорд

Цөмийн энергийг сансарт ашиглах нь өнгөрсөн зууны 70-аад оны үед уран зөгнөл байхаа больсон. Анхны цөмийн хөдөлгүүрүүд 1970-1988 онд сансарт хөөргөсөн бөгөөд АНУ-А ажиглалтын сансрын хөлөг дээр амжилттай ажиллаж байжээ. Тэд 3 кВт-ын цахилгаан эрчим хүч бүхий "Бук" дулааны цахилгаан станц (АЦС) бүхий системийг ашигласан.

1987-1988 онд 5 кВт-ын Топаз термион атомын цахилгаан станцтай Plasma-A маркийн хоёр машин нислэгийн болон сансрын туршилтанд хамрагдсан бөгөөд энэ хугацаанд анх удаа цөмийн эрчим хүчний эх үүсвэрээс цахилгаан пуужингийн хөдөлгүүр (EP) ажиллаж байжээ.

Газар дээрх цөмийн цогцолборыг барьж дуусгасан5 кВт хүчин чадалтай "Енисей" термион цөмийн байгууламжийн эрчим хүчний туршилт. Эдгээр технологид тулгуурлан 25-100 кВт-ын хүчин чадалтай термион атомын цахилгаан станцуудын төслийг боловсруулсан.

MB Hercules

1970-аад онд RSC Energia шинжлэх ухаан, практик судалгааг эхлүүлсэн бөгөөд түүний зорилго нь тойрог зам хоорондын чирэгч (MB) Hercules-д зориулсан хүчирхэг цөмийн хөдөлгүүрийг бүтээх явдал байв. Энэхүү ажил нь хэдэн зуун кВт-ын хүчин чадалтай термион атомын цахилгаан станц, хэдэн арван, хэдэн зуун нэгж хүчин чадалтай пуужингийн цахилгаан хөдөлгүүр бүхий цөмийн цахилгаан хөдөлгүүрийн систем (NEP)-ийн хувьд олон жилийн нөөц бүрдүүлэх боломжтой болсон. киловатт.

MB "Hercules"-ийн дизайны параметрүүд:

• атомын цахилгаан станцын цэвэр цахилгаан эрчим хүч – 550 кВт;
• EPS-ийн тусгай импульс – 30 км/с;
• проекторын хүч – 26 N;
• атомын цахилгаан станц ба цахилгаан хөдөлгүүрийн нөөц - 16,000 цаг;
• EPS-ийн ажлын хэсэг – ксенон;
• чирэгчийн жин (хуурай) - 14.5-15.7 тонн, атомын цахилгаан станцыг оруулаад - 6.9 тонн.

Сүүлийн цагууд

21-р зуунд сансарт шинэ цөмийн хөдөлгүүр бүтээх цаг болжээ. 2009 оны 10-р сард ОХУ-ын Ерөнхийлөгчийн дэргэдэх ОХУ-ын эдийн засгийг шинэчлэх, технологийн хөгжлийн комиссын хуралдаанаар "Мегаваттын зэрэглэлийн атомын цахилгаан станц ашиглан тээвэр, эрчим хүчний модулийг бий болгох" Оросын шинэ төслийг боловсруулжээ. албан ёсоор баталсан. Тэргүүлэх хөгжүүлэгчид нь:

• Реакторын үйлдвэр – NIKIET OJSC.
• Хийн турбины энерги хувиргах схем бүхий атомын цахилгаан станц, EPSион цахилгаан пуужингийн хөдөлгүүр ба цөмийн хөдөлгүүрийн системд суурилсан - Улсын шинжлэх ухааны төв "А. И. М. В. Келдыш” гэсэн тодотголтой бөгөөд энэ нь мөн тээвэр, эрчим хүчний модулийн (ТЭМ) хөгжлийн хөтөлбөрийг бүхэлд нь хариуцдаг байгууллага юм.
• RKK Energia TEM-ийн ерөнхий дизайнерын хувьд энэ модультай автомат машин бүтээх ёстой.

Шинэ суулгацын онцлог

Сансарт зориулсан шинэ цөмийн хөдөлгүүр Орос ойрын жилүүдэд арилжааны зориулалтаар ашиглахаар төлөвлөж байна. Хийн турбин NEP-ийн хүлээгдэж буй шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна. Реакторын хувьд хийн хөргөлттэй хурдан нейтрон реакторыг ашигладаг, турбины урд талын ажлын шингэний температур (He/Xe хольц) 1500 К, дулааныг цахилгаан энерги болгон хувиргах үр ашиг 35%, төрөл хөргөгч-радиатор нь дуслаар. Эрчим хүчний нэгжийн масс (реактор, цацрагийн хамгаалалт ба хувиргах систем, гэхдээ радиатор-радиаторгүй) 6,800 кг.

Сансрын цөмийн хөдөлгүүрүүдийг (АЦС, АЦС-ын хамт EPS) ашиглахаар төлөвлөж байна:

• Ирээдүйн сансрын тээврийн хэрэгслийн нэг хэсэг болгон.
• Эрчим хүч их шаарддаг цогцолборууд болон сансрын хөлөгт цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр болгон.
• Хүнд сансрын хөлөг, тээврийн хэрэгслийг ажлын тойрог замд цахилгаан пуужингаар хүргэх, тэдгээрийн тоног төхөөрөмжийг цаашид урт хугацаанд эрчим хүчээр хангах зорилгоор тээвэрлэлт, эрчим хүчний модулийн эхний хоёр ажлыг шийдвэрлэх.

Цөмийн үйл ажиллагааны зарчимхөдөлгүүр

Цөмийн нэгдэл эсвэл цөмийн түлшний задралын энергийг ашиглан тийрэлтэт тийрэлтэт хүчийг бий болгоход үндэслэсэн. Пульс-тэсрэх, шингэн төрлийн суурилуулалт байдаг. Тэсрэх төхөөрөмж нь бяцхан атомын бөмбөгийг сансарт шидэж, хэдэн метрийн зайд дэлбэрч, тэсрэх долгионоор хөлөг онгоцыг урагшлуулдаг. Практикт ийм төхөөрөмжийг хараахан ашиглаагүй байна.

Шингэн түлшээр ажилладаг цөмийн хөдөлгүүрийг эртнээс боловсруулж, туршсан. 60-аад оны үед Зөвлөлтийн мэргэжилтнүүд ажиллах боломжтой RD-0410 загварыг зохион бүтээжээ. Үүнтэй төстэй системийг АНУ-д боловсруулсан. Тэдний зарчим нь шингэнийг цөмийн мини-реактороор халаахад суурилдаг бөгөөд энэ нь уур болж хувирч, тийрэлтэт урсгал үүсгэдэг бөгөөд энэ нь сансрын хөлгийг түлхэж өгдөг. Хэдийгээр төхөөрөмжийг шингэн гэж нэрлэдэг ч устөрөгчийг ихэвчлэн ажлын шингэн болгон ашигладаг. Цөмийн сансрын суурилуулалтын өөр нэг зорилго нь хөлөг онгоц болон хиймэл дагуулын цахилгаан сүлжээг (хэрэгсэл) тэжээх явдал юм.

Дэлхийн сансрын харилцаа холбооны хүнд даацын харилцаа холбооны машин

Одоогийн байдлаар сансрын холбооны хүнд даацын тээврийн хэрэгсэлд ашиглахаар төлөвлөж буй сансарт цөмийн хөдөлгүүр бүтээх ажил хийгдэж байна. RSC Energia нь "утасны станц"-ыг дэлхийгээс сансарт шилжүүлэх замаар хүрэх ёстой байсан хямд үүрэн холбоо бүхий эдийн засгийн хувьд өрсөлдөхүйц дэлхийн сансрын холбооны системийн судалгаа, дизайныг хийсэн.

Тэдгээрийг бүтээх урьдчилсан нөхцөл нь:

• Геостационар тойрог замыг (GSO) ажлын болонидэвхгүй хамтрагчид;
• давтамжийн ядралт;
• Ямал цувралын мэдээллийн геостационар хиймэл дагуулыг бүтээх, арилжаанд ашиглах эерэг туршлага.

Ямал платформыг бүтээхэд техникийн шинэ шийдлүүд 95%-ийг эзэлсэн нь ийм тээврийн хэрэгслийг дэлхийн сансрын үйлчилгээний зах зээлд өрсөлдөхүйц болгох боломжийг олгосон.

Ойролцоогоор долоон жил тутамд модулиудыг технологийн холбооны хэрэгслээр солих төлөвтэй байна. Энэ нь 3-4 хүнд олон үйлдэлт GEO хиймэл дагуулын системийг бий болгож, тэдгээрийн зарцуулсан цахилгаан эрчим хүчийг нэмэгдүүлэх боломжтой болно. Анх 30-80 кВт-ын хүчин чадалтай нарны зай хураагуурт тулгуурлан сансрын хөлгүүдийг зохион бүтээсэн. Дараагийн шатанд нэг жил хүртэлх нөөцтэй 400 кВт-ын хүчин чадалтай цөмийн хөдөлгүүрийг тээврийн горимд (суурь модулийг GSO-д хүргэх), 150-180 кВт-ын урт хугацааны ашиглалтын горимд ашиглахаар төлөвлөж байна. (дор хаяж 10-15 жил) цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр болно.

Дэлхийн солирын эсрэг хамгаалалтын систем дэх цөмийн хөдөлгүүрүүд

90-ээд оны сүүлээр RSC Energia-аас хийсэн дизайны судалгаанууд нь дэлхийг сүүлт од, астероидын цөмөөс хамгаалах солирын эсрэг системийг бий болгоход цөмийн цахилгаан байгууламж, цөмийн хөдөлгүүрийн системийг бий болгож болохыг харуулсан. ашигласан:

1. Дэлхийн тойрог замыг гаталж буй астероид болон сүүлт оддын замналыг хянах системийг бий болгох. Үүний тулд аюултай объектыг илрүүлэх оптик болон радарын төхөөрөмжөөр тоноглогдсон тусгай сансрын хөлөг зохион байгуулахыг санал болгож байна.тэдгээрийн траекторийн параметрүүдийг тооцоолох, тэдгээрийн шинж чанарыг анхан шатны судалгаа хийх. Уг систем нь 150 кВт ба түүнээс дээш хүчин чадалтай хоёр горимт термион атомын цахилгаан станц бүхий цөмийн сансрын хөдөлгүүрийг ашиглах боломжтой. Түүний нөөц хамгийн багадаа 10 жилийн настай байх ёстой.
2. Олон өнцөгт аюулгүй астероид дээр нөлөөлөх арга хэрэгслийг (термоядролын дэлбэрэлт) турших. Туршилтын төхөөрөмжийг астероидын туршилтын талбайд хүргэх NEP-ийн хүч нь хүргэсэн ачааны массаас (150-500 кВт) хамаарна.
3. Дэлхийд ойртож буй аюултай объектод байнгын нөлөөллийн хэрэгслийг (нийт жин нь 15-50 тонны саатуулагч) хүргэх. 1-10 МВт хүчин чадалтай цөмийн тийрэлтэт хөдөлгүүр нь аюултай астероид руу дулаан цөмийн цэнэгийг хүргэх шаардлагатай бөгөөд астероидын материалын тийрэлтэт урсгалын улмаас гадаргуугийн дэлбэрэлт нь түүнийг аюултай замаас хазайлгах болно.

Судалгааны төхөөрөмжийг сансар огторгуйд хүргэх

Шинжлэх ухааны тоног төхөөрөмжийг сансрын биетүүдэд (алс холын гариг, үе үе сүүлт од, астероид) хүргэх ажлыг LRE дээр суурилсан сансрын үе шатуудыг ашиглан хийж болно. Сансар огторгуйн хиймэл дагуулын тойрог замд орох, селестиел биетэй шууд харьцах, дээж авах бодис болон судалгааны цогцолборын массыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бусад судалгаа хийх үед сансрын хөлөгт цөмийн хөдөлгүүр ашиглахыг зөвлөж байна. буух болон хөөрөх үе шатуудыг багтаасан.

Моторын параметрүүд

Сансарын хөлөгт зориулсан цөмийн хөдөлгүүрСудалгааны цогцолбор нь төлөвлөлтийг хялбарчилж, төслийн өртөгийг бууруулдаг "эхлэх цонх" (ажиллах шингэний хяналттай гадагшлах урсгалын улмаас) өргөтгөх болно. RSC Energia компанийн хийсэн судалгаагаар гурван жил хүртэлх ашиглалтын хугацаатай 150 кВт-ын цөмийн хөдөлгүүр нь астероидын бүсэд сансрын модулиудыг хүргэх ирээдүйтэй хэрэгсэл болохыг харуулсан.

Үүний зэрэгцээ нарны аймгийн алслагдсан гаригуудын тойрог замд судалгааны аппарат хүргэхийн тулд ийм цөмийн байгууламжийн нөөцийг 5-7 жил хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай байна. Судалгааны сансрын хөлгийн нэг хэсэг болох 1 МВт-ын хүчин чадалтай цөмийн хөдөлгүүрийн систем бүхий цогцолбор нь хамгийн алс холын гаригуудын хиймэл дагуул, гаригийн роверуудыг эдгээр гаригуудын байгалийн хиймэл дагуулын гадаргуу дээр хурдасгах боломжийг олгоно гэдэг нь батлагдсан. мөн сүүлт од, астероид, Мөнгөн ус болон Бархасбадь, Санчир гаригийн дагуулаас хөрсийг хүргэх.

Дахин ашиглах боломжтой чир (МБ)

Сансар дахь тээврийн үйл ажиллагааны үр ашгийг нэмэгдүүлэх хамгийн чухал арга замуудын нэг бол тээврийн системийн элементүүдийг дахин ашиглах явдал юм. Хамгийн багадаа 500 кВт-ын хүчин чадалтай сансрын хөлөгт зориулсан цөмийн хөдөлгүүр нь дахин ашиглах боломжтой чирэгчийг бий болгож, улмаар олон холболттой сансрын тээврийн системийн үр ашгийг эрс нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Ийм систем нь жилийн их хэмжээний ачааны урсгалыг хангах хөтөлбөрт ялангуяа ашигтай байдаг. Үүний нэг жишээ нь байнга өсөн нэмэгдэж буй амьдрах боломжтой бааз, туршилтын технологи, үйлдвэрлэлийн цогцолборуудыг бий болгож, засвар үйлчилгээ хийх Сарны хайгуулын хөтөлбөр юм.

Ачааны эргэлтийн тооцоо

RKK дизайны судалгааны дагуу"Энержиа" суурийг барих явцад 10 орчим тонн жинтэй модулиудыг сарны гадаргуу дээр, 30 хүртэл тонныг сарны тойрог замд хүргэх ёстой. Суурийн үйл ажиллагаа, хөгжлийг хангахын тулд - 400-500. t.

Гэсэн хэдий ч цөмийн хөдөлгүүрийн ажиллах зарчим нь тээвэрлэгчийг хангалттай хурдан тараах боломжийг олгодоггүй. Тээвэрлэлтийн урт хугацаа, үүний дагуу дэлхийн цацрагийн бүсэд ачааны ачаалал ихээхэн хугацаа зарцуулдаг тул бүх ачааг цөмийн хөдөлгүүртэй чирэгч ашиглан хүргэх боломжгүй юм. Тиймээс NEP-ийн үндсэн дээр хангах боломжтой ачааны урсгалыг ердөө 100-300 тонн/жил гэж тооцож байна.

Зардлын үр ашиг

Орбит хоорондын тээврийн системийн эдийн засгийн үр ашгийн шалгуур болгон дэлхийн гадаргуугаас зорилтот тойрог замд ачааны нэгж массыг (PG) тээвэрлэх нэгж зардлын утгыг ашиглах нь зүйтэй. RSC Energia нь тээврийн системийн зардлын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харгалзан үзсэн эдийн засаг, математикийн загварыг боловсруулсан:

• чирэгч модулиудыг үүсгэж тойрог замд гаргах;
• ажиллаж байгаа цөмийн байгууламж худалдан авахад;
• үйл ажиллагааны зардал, түүнчлэн R&D зардал болон боломжит хөрөнгийн зардал.

Зардлын үзүүлэлтүүд нь МБ-ын оновчтой параметрүүдээс хамаарна. Энэ загварыг ашиглан харьцуулсанДэлхийгээс сарны тойрог замд нийт 100 тонн/жил жинтэй ачаа хүргэх хөтөлбөрт 1 МВт орчим хүчин чадалтай NEP-д суурилсан дахин ашиглах боломжтой чирэгч, дэвшилтэт шингэн пуужингийн хөдөлгүүрт суурилсан нэг удаагийн чирэгчийг ашиглах эдийн засгийн үр ашиг 100 км өндөртэй. "Протон-М" зөөгч пуужингийн даацтай тэнцэх хүчин чадалтай, тээврийн системийг байгуулах хоёр хөөргөх схемтэй ижил зөөгч пуужин ашиглах үед цөмийн хөдөлгүүртэй чирэгч ашиглан нэгж ачааг хүргэх нэгжийн зардал. DM-3 төрлийн шингэн хөдөлгүүртэй пуужинд суурилсан нэг удаагийн чирэгч ашиглахаас гурав дахин бага байх болно.

Дүгнэлт

Сансарт үр ашигтай цөмийн хөдөлгүүр нь дэлхийн байгаль орчны асуудлыг шийдвэрлэх, Ангараг гараг руу хүн нисэх, сансарт утасгүй цахилгаан дамжуулах системийг бий болгох, газрын гадарга дээрх нэн аюултай цацраг идэвхт хаягдлыг зайлуулах аюулгүй байдлыг нэмэгдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. сансарт цөмийн энерги гаргаж, сарны амьдрахад тохиромжтой баазыг бий болгож, сарыг үйлдвэрлэлийн чиглэлээр судлах ажлыг эхлүүлж, дэлхийг астероид-сүүлт одны аюулаас хамгаалах болно.