Рис 3. Принципиальная схема ядерной энергетической установки с газотурбинным циклом преобразования: 1 – ядерный реактор; 2 – первый контур: 3 – теплообменный аппарат первого контура; 4 – турбина; 5 – электрогенератор; 6 – компрессор; 7 – теплообменный аппарат для отвода тепла от ЯЭУ; 8 – холодильник-излучатель; 9 – контур отвода тепла от ЯЭУ; 10 – насос; 11 – теплообменник-регенератор; 12 – контур газотурбинного преобразования теплоты.
Для уменьшения массы и габаритов ЯЭУ большой интерес представляет использование одного ядерного реактора (ЯР) как для выработки электроэнергии, так и для получения тяги. Такого рода энергетические комплексы могут входить в состав космических аппаратов для пилотируемых экспедиций к планетам Солнечной системы, в первую очередь к Марсу. Существует и ряд других концепций энергоустановок: сочетание жидкостного ракетного двигателя для получения тяги и небольшого ядерного реактора для выработки электроэнергии, а также ядерный энергодвигательный комплекс (ЯЭДК), создающий с помощью электрореактивного двигателя (ЭРД) тягу и обеспечивающий электроснабжение других бортовых потребителей.
При выборе двигательной установки, которая должна разгонять космический аппарат с околоземной орбиты для полета к Марсу, переводить его на орбиту спутника Марса и возвращать аппарат к Земле, использование химической энергии ракетного топлива, состоящего из двух компонентов – водорода и кислорода, исключается из-за больших потребных запасов топлива, что приводит к начальной массе космического корабля (КК), в три раза превышающей начальную массу КК с ядерной энергодвигательной установкой. Таким образом, для полетов по межпланетным траекториям целесообразно применять более эффективные источники энергии – ядерные.
В работе [2.1.3] были получены сравнительные характеристики космического корабля с различными ЯЭДУ (старт в 2018 г.). Из сопоставления этих характеристик следует, что ЭДК на основе ЯРД (рис. 4), имеющий достаточно глубокое теоретическое и экспериментальное обоснование, является наиболее предпочтительным, поскольку варианты ЭДК с ЯЭРД (рис. 5) в предположении, что удельная масса установки составляет~ 2 кг/кВт(эл). [2.1.3], в настоящее время практически нереальны, т.к. эта удельная масса может быть достигнута только при использовании капельных холодильников-излучателей.
Рис. 4.
Схема энергодвигательного комплекса на основе ЯРД: 1 – ядерная энергодвигательная установка; 2 – баки с рабочим телом ЯРД; 3- секции холодильника – излучателя; 4 – кабина, возвращаемая на Землю; 5 – жилой блок;6-марсианский посадочный аппарат
Рис. 5.
Схема энергодвигательного комплекса на основе ЯЭУ и ЭРД: 1 – ядерная энергоустановка с газотурбинным преобразованием теплоты; 2 – электрореактивные двигатели; 3 – капельный холодильник-излучатель; 4 – кабина, возвращаемая на Землю; 5 – жилой блок; 6 – марсианский посадочный аппарат.
Из существующих многочисленных вариантов энергодвигательного обеспечения пилотируемой марсианской экспедиции рассмотрим более подробно ЯЭДК при использовании ЯРД с высокими выходными параметрами (рис.4). Так, чтобы реализовать удельный импульс тяги 8,5–9,5 км/с, необходимо в ядерном реакторе нагреть рабочее тело–водород с ингибирующей добавкой до температуры, равной 2500–3100 К. Принцип работы ядерного ракетного двигателя состоит в следующем: рабочее тело–водород с ингибирующей углеродосодержащей добавкой подается турбонасосным агрегатом в ядерный реактор, являющийся источником тепла, где нагревается до высокой температуры. Нагретый газ истекает из сопла в космическое пространство, создавая реактивную тягу.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.