47

Российские физики решили задачу по капельному охлаждению космических ядерных двигателей

На международном авиасалоне МАКС-2015 Московский физико-технический институт (МФТИ) продемонстрировал восемь новых разработок, и в числе их — модель капельного охлаждения ядерных энергодвигательных систем.

Ранее идея капельной системы охлаждения считалась нерабочей, главным образом из-за воздействия солнечного излучения на охлаждающую жидкость в открытом космическом пространстве, поясняется в материалах вуза. Однако математическая модель, разработанная в МФТИ, впервые продемонстрировала, что воздействие этих факторов нейтрализуемо, а значит, капельная система охлаждения все-таки может существовать и использоваться для космических полетов на дальние расстояния.

Космические полеты на дальние расстояния требуют мощных двигателей, которые работают на ядерных энергоустановках. Такие установки сильно нагреваются, и им требуется эффективная система охлаждения — причем тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, то есть делать это можно только в виде излучения. Традиционный способ решения этой задачи — выносимые во внешнюю часть корабля панельные радиаторы, по трубам которых циркулирует жидкость-теплоноситель, излучая лишнее тепло в космос. Но такие радиаторы как правило имеют большой вес и габариты, кроме того они никак не защищены от попадания метеоритов.

Ученые предложили новое решение: капельный холодильник-излучатель. Это установка, похожая на душ, в которой жидкость не циркулирует в трубах, а распыляется в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, затем улавливается и проходит цикл заново. Таким способом жидкость охлаждается гораздо быстрее (из-за большей площади поверхности капель), конструкция становится существенно легче, плюс повышается ее живучесть — метеорит, пролетевший через жидкость, никак не повредит системе охлаждения.

Однако здесь появляется следующая проблема: капли жидкости-теплоносителя под действием солнечного излучения, частиц ионосферы и других эффектов заряжаются и начинают разлетаться в разные стороны, не попадая в приемник. Именно из-за этой проблемы капельная система охлаждения до сих пор не считалась применимой в космической технике, и именно этой проблеме ученые МФТИ сумели найти решение.

«Мы создали программный комплекс для расчета системы охлаждения космических энергоустановок повышенной мощности, — говорит Наталья Завьялова, заведующая лабораторией Моделирования механических систем и процессов Факультета аэрофизики и космических исследований МФТИ. — По сути, мы сделали численное описание открытой части этой системы, то есть той части, где жидкость перемещается в открытом космическом пространстве. Важно было правильно оценить эффект разлета и придумать, как его скомпенсировать. Для этого коллектив нашей лаборатории создал специальный комплекс программ, который позволяет моделировать реальные условия полета в космическом пространстве».

Разработка не ограничилась математическим моделированием — в лаборатории МФТИ была сконструирована специальная установка, позволяющая создать условия, приближенные к реальному космическому полету. На ней был проведен цикл отработки и испытаний, и результаты показали: предложенное решение работает. Следующим шагом станет эксперимент в космосе.

Решение предложено в рамках грандиозного проекта — начатой в 2010 году президентской программы по созданию ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Цель проекта — повышение энерговооруженности космических аппаратов на орбите. Установка должна в десятки раз превзойти предшественников по мощности и экономической эффективности и решить ряд задач — например, сделать возможными дальние космические перелеты и удешевить стоимость доставки спутников на нужные орбиты.

Для реализации этого проекта были объединены НИИ и предприятия Росатома, Роскосмоса, университеты министерства образования и науки РФ. Перед учеными МФТИ была поставлена задача моделирования перспективной системы охлаждения для такой установки.

Разработка «Моделирование капельной системы охлаждения космической энергодвигательной установки мегаваттного класса для ТЭМ» была представлена на выставке «Вузовская наука и авиационно-техническое творчество молодежи», проходящей в рамках МАКС-2015 в Жуковском.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и сделайте вашу ленту объективнее!

  • 6
    SergeySeverny
    27.08.1510:55:55

    очень круто получается

    физтех рулит

    • 4
      Омутин Зафар
      27.08.1513:35:17

      Сама ядерная установка вроде бы уже в процессе создания.

      В 2010 году президент РФ Дмитрий Медведев распорядился создать космический транспортно-энергетический модуль на основе ядерной энергетической установки мегаваттного класса. На разработку всего проекта потребуется 17 миллиардов рублей на девять лет. Из этих средств 7,245 миллиарда рублей выделено Росатому на создание реакторной установки (этим будет заниматься НИКИЭТ). Центр имени Келдыша будет создавать ядерную энергодвигательную установку, на что планируется потратить 3,955 миллиарда рублей, а РКК «Энергия» — сам транспортно-энергетический модуль, на что выделено 5,8 миллиарда рублей.

      Еще -новость от 2014 года:

      Произведена сборка первого твэла штатной конструкции для разрабатываемой предприятиями госкорпорации «Росатом» реакторной установки в рамках реализации проекта «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».

      Главный конструктор реакторной установки — ОАО «НИКИЭТ», главный конструктор-технолог твэла — ФГУП «ГНЦ РФ — ФЭИ»), завод-изготовитель — ОАО «МСЗ».

      Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса реализуется совместно предприятиями Росатома и Роскосмоса в соответствии с решением, принятым в 2009 году комиссией по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте РФ.

      Это поистине инновационный проект, не имеющий мировых аналогов, ориентированный на осуществление масштабных программ по изучению космического пространства, на создание качественно новых средств высокой энерговооружённости.

      В конце 2014 года:

      В декабре 2014 года в результате совместной работы специалистов АО «НИКИЭТ» и ОАО «Опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов» впервые в мире были изготовлены горячекатаные трубы необходимого сортамента из молибденового сплава ТСМ-7.

      Их предполагается использовать для рабочих органов системы управления и защиты реакторной установки в рамках реализации президентского проекта «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса».

      Достигнутый результат позволит сократить затраты и сроки на производство рабочих органов для реактора ТЭМ-РУ по сравнению с ранее применявшейся технологией.

      Проект «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ЯЭДУ мегаваттного класса» был утвержден Комиссией при президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России.

      Это поистине инновационный проект, не имеющий мировых аналогов, ориентированный на осуществление масштабных программ по изучению космического пространства, на создание качественно новых средств высокой энерговооруженности.

      Распоряжением Президента РФ НИКИЭТ назначен единственным исполнителем работ по проекту создания реакторной установки для ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса.

      Приказом по Госкорпорации «Росатом» на АО «НИКИЭТ» также возложены функции головной материаловедческой организации по данному проекту.

      Отредактировано: Омутин Зафар~14:42 27.08.15
  • 0
    Alexander Korolev
    01.09.1520:37:04

    Почему бы не разработать ЯРД на быстрых нейтронах? Удельный импульс разлетающихся БН существующих реакторов больше такового частиц рабочего тела ЭРД на 1-2 порядка! При этом не требуется тщательное охлаждение (простой ИК- излучатель вокруг реактора), можно достигнуть больших скоростей полёта, более высокий КПД за счёт прямого преобразования ядерной энергии в кинетическую энергию струи нейтронов.

    Минус: трудно создать большой и направленный поток нейтронов, соотв. малая тяга. Но в этом направлении можно работать. Оптимизировать реакторы на БН для выпуска нейтронов в одном направлении с минимальным нагревом реактора.

    • 0
      Zveruga
      19.11.1511:30:01

      Там толк скорее не в кинетической энергии струи нейтронов, а в энергии осколков деления. Что-то около 90% энергии деления ядер в них, в осколках.

      • 1
        Владимир Гречушкин
        08.03.1611:02:25

        Эх ребята, сходите поучитесь на 5-ю кафедру МИФИ или в Ивановский Энергетический чтоли. Ибо странны и противоестественны ваши рассуждения. Всё хорошо с осколками деления, но пролетают они в твердом теле ничтожное расстояние, микроны, а значит и толщина слоя топлива должна быть такой же. Кто сильно упоротый — поищите книжку Синянского-Мельникова и др. про лазеры с ядерной накачкой. Она открытая, но тираж всего тысяч 10. Там все по полочкам разложено. Простых и лёгких путей тут нет их бы уже нашли до вас. Над этим направлением лучшие умы работали еще в те годы, когда их не вывезли за границу. Когда им никакие эффективные менеджеры и кризисы не мешали. Задача очень сложная, почти что не решаемая.

        • 1
          Zveruga
          08.03.1611:19:34

          А что вы думаете на счёт такой идеи. Ядерный реактор с турбинным преобразованием только одну часть энергии из четырёх преобразует в электричество. Остальное приходится рассеивать. А что если мы будем нагревать этим «излишним» теплом воду до критического состояния, а потом дополнительно ионизировать в электромагнитном поле до скоростей ионов в десятки км/с?

          Воду легко хранить, а также это довольно плотное топливо. В космосе её понадобится очень много, нужно будет брать с собой значительные запасы, возможно хранить их в оболочках космических станций или кораблей для создания радиационной защиты.

          Излишнее тепло так и так будет рассеяно, по этому мы его не будем тратить в пустую, а передадим запасённой воде, превратив её в критический пар в преддиссоционном состоянии.

          Имеющаяся на борту электроэнергия ионизирует перегретую воду и ускорит её ионы в магнитоплазмодинамическом электрореактивном двигателе.

          Таким способом мы можем ионизировать гораздо больше рабочего тела двигателя чем если бы ионизировали его из холодного состояния. Это позволит значительно повысить тягу электрореактивного двигателя.

          Энергия ионизации кислорода и водорода примерно одинакова.

          Такой способ позволяет убить сразу двух зайцев, повысить реактивную тягу и увеличить охлаждение реактора.

          Отредактировано: Zveruga~12:23 08.03.16
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,