Атомный ракетный двигатель

---

Итак, реактор на быстрых нейтронах тепловой мощностью 3,5 МВт будет маленьким, если не сказать игрушечным. Высота — 2 м, вес — 2,7 т вместе с защитой. Активная зона с корпусом и отражателем всего 60 см в диаметре. В качестве топлива будут использоваться твэлы на основе высокообогащённого и высокоплотного урана, в качестве охладителя — газ (смесь гелия и ксенона). Тепловая энергия первого контура сразу пойдёт на четыре турбогенераторных блока (замкнутый газотурбинный цикл Брайтона), которые превратят тепло в электричество. Прокачивать газ по контуру будут компрессоры, находящиеся в газотурбинных установках. Избыточное тепло из контура заберёт холодильник-излучатель. Дальше просто — электричество поступит в плазменный «мотор», с которым, в принципе, космический аппарат сможет достичь любой точки Солнечной системы. Правда, в космос полетит другой реактор, гораздо большей мощности. А задача этого — послужить основой для своего космического последователя. Он будет смонтирован, запущен и испытан на Земле, в небольшом городе Обнинске. Опытный образец здесь пропишется навсегда, так и не побывав на межпланетных просторах.

— Учитывая строжайшие требования к надёжности и ряд принципиально новых идей, отпущенные на реализацию проекта сроки очень жёсткие, — продолжал Владимир Сметанников. — Поэтому нам потребовался суперкомпьютер. То есть вычислительная машина, позволяющая быстро и точно производить расчёты и нейтроники, и прочности, и теплогидравлики, причём всё это при условии одновременного создания конструкции. Также нужно было сделать грамотную компоновку всего комплекса, включающего реактор, защиту, турбогенераторные блоки и так далее. Ведь это же не просто реактор, а космический реактор, и значит необходимо распределить веса по оси, вычислить моменты инерции, найти центр тяжести каждого агрегата, соединить их в систему. Задачи настолько сложные, что решать мы их будем здесь, в НИКИЭТе, рабочей группой, собранной из ведущих специалистов каждого участника проекта: РКК «Энергия», Исследовательского центра им. Келдыша, Конструкторского бюро химического машиностроения, нашего института, «Красной звезды» и РНЦ ФЭИ. А суперкомпьютер позволит свести решения каждой отдельной проблемы воедино: состыковать требования специалистов и скомпоновать блоки между собой.

http://strana-rosatom.ru/uploads/вместо сердца-2.PNG [not image]
Сегодня над созданием космического реактора трудится рабочая группа из 300 человек, из них половина — сотрудники НИКИЭТ. Через два года команда увеличится более чем втрое. Присоединятся собственные производства, материаловедческие лаборатории и так далее. Чтобы это произошло, необходимо найти кандидатов среди лучших умов. Потом подготовить их к решению проблем конкретного проекта. Но это не всё. Из работающих сейчас над «мегаваттником» специалистов почти треть — бойцы старой гвардии. Ещё два-три года, и многие уйдут на давно просроченный заслуженный отдых. За короткое время требуется подготовить им достойную замену. Недаром Сметанников называет кадровую проблему главной на текущем этапе работы.

— Мы сейчас платим сотрудникам не меньше, чем коммерческие фирмы, — говорит он. — К нам идёт молодёжь. И работают не за страх, а за совесть, по 10–12 часов в сутки. Подобных амбициозных и новаторских проектов в мире раз-два и обчёлся. Конечно, в подборе специалистов помогает седьмая кафедра энергомашиностроительного факультета МГТУ им. Баумана, где готовят конструкторов‑реакторщиков. Это наша родная кафедра, и мы можем отслеживать и брать из её выпускников лучших. Что не всегда можно сделать в остальных институтах. Да есть и другие сложности. К примеру, я пару лет назад присмотрелся к одному специалисту, выпускнику МФТИ. Он за два года защитил кандидатскую диссертацию, тут же получил приглашение в Льюисовский центр и уехал на стажировку. Проблема утечки мозгов вообще одна из острейших.

...

КОСМИЧЕСКАЯ ГРАДИРНЯ

Второй по важности Владимир Сметанников называет проблему холодильника-излучателя.

— В космосе чрезвычайно остро стоит вопрос сброса тепла термодинамического цикла. Поэтому разрабатываются сразу два варианта холодильника, которые считаются равнозначными. Разве что один будет немного проще реализовать. Сложнее создать холодильник капельного типа, потому что принцип его работы относительно новый. Проще — твердотельный, потому что технология испытана временем. Капельный холодильник проверялся на МКС «Мир». Но не целиком — в элементах. Его смысл в том, что форсунка будет разбрызгивать жидкость, обладающую высокой способностью отдавать энергию, в специальную прозрачную камеру, очень похожую на градирню. Только в отличие от земных градирен охлаждать мельчайшие капли будет не поток встречного воздуха, а их собственная способность светиться. Площадь поверхности жидкости в мелкодисперсном состоянии максимальна, а значит и тепла она успеет высветить за время пребывания в градирне максимальное количество. На выходе из ёмкости специальное устройство превратит остывший туман обратно в жидкость и вернёт в контур.


Третьей главный конструктор называет проблему поиска идеальной топливной композиции. Четвёртой — создание конструкционных материалов, которые проработают 10 лет в условиях температуры 1,5 тыс. градусов. Пятой — оптимальный выбор системы тестирования реактора в наземных условиях. То есть надо построить комплекс, обезопасить его в соответствии со всеми нормативами, провести ресурсные испытания продолжительностью хотя бы два года. И последняя, шестая проблема технически не сложна, зато способна доставить больше всего мороки — это необходимость подготовки нормативной базы, которой пока практически нет.

---

Жаль только, что относительно кпд и итоговой электрической мощности и суммарной массы разных вариантов он ничего не сказал.

Fakir> Это у кого, и какой тип предполагался? Часом, не Кубарев, не?
э-э, не скажу. Видел в КБХА, обсуждать детали со мной категорически отказались, что им несомненно потом припомнится. Возможно, что и Кубарев. Фамилия знакомая. Появится возможность уточнить, обязательно отпишусь.

Fakir> Келдыши всё же не столько разработчик (участников-то много), а типа головная курирующая организация.
Не-не именно головной исполнитель ОКР, если дело до этого дойдет. Планируется, по крайней мере так. Сейчас все ОКРы для "поддержки штанов", типа "Факел" идут через ИЦК
Fakir> Дык, как нафиг не отдать - реактора он сам заведомо не сделает, и машинерию не сделает тоже
Fakir> Вопрос только - КОМУ отдаст, и в каком варианте (как головник).
Неизвестно. Вполне может быть что, что-то оставит под себя. Пример "Двина-МФ", ИЦК взялся проектировать камеру с охлаждением на жидком кислороде. Все отказались-ИЦК взялся.
Fakir> Э, только почему туннельные-то? Всю жизнь их капельными звали
Чего увидел, запомнил, написал. Может неправильно прочитал/запомнил

au> Кстати, про точность. Подумал вот, а если без форсунок и капель, а струёй? Она может быть ооочень длинной. Два сопла изначально в стык, пошёл теплоноситель, сопла раздвигаются, поверхностное натяжение не даёт струе разлетаться, вытягивается колбаса из жизкости, как жвачка растянутая, и одно сопло подаёт, другое забирает. Площадь конечно ниже, но зато длина может быть почти любой реальной, а если одна струя туда, а другая обратно, то вообще "модуль разворота струи" может быть свободно летающим Точных форсунок уже не надо, всё может быть грубым.
А зачем на другой стороне сопло? И зачем в струйной форсунке сопло? Вообще верно подметили, критичным элементом будет форсунка. Кстати не уверен, что Запад нам так уж сильно поможет. В плане смесеобразования европейцы точно не блещут. "Итал-авио" прислал в КБХА проект своей смесительной головки для метанового варианта РД-0146. На 10ти листиках, с трогательной просьбой-посмотрите и выдайте свои замечания. Не девяностые, их сразу послали.

Fakir> КОСМИЧЕСКАЯ ГРАДИРНЯ
Fakir> .....Его смысл в том, что форсунка будет разбрызгивать жидкость, обладающую высокой способностью отдавать энергию, в специальную прозрачную камеру, очень похожую на градирню.

Это чо за байдень така?

Хотя...нет!...все равно не вижу смысла

Интервьюируемый всё же, НЯП, спец именно по реакторам. Во всём остальном вполне может плавать - так, с описанием ЭРД тоже накосячил. Поэтому относительно капельника он не истина в последней инстанции.

Fakir> Интервьюируемый всё же, НЯП, спец именно по реакторам. Во всём остальном вполне может плавать ....

А может имеет смысл?

Fakir> Итак, реактор на быстрых нейтронах тепловой мощностью 3,5 МВт будет маленьким, если не сказать игрушечным. Высота — 2 м, вес — 2,7 т вместе с защитой.

Оно и есть. Зверь на молибденовых температурах при КПД около 33% и общей схеме 1950х годов.

Fakir>> Итак, реактор на быстрых нейтронах тепловой мощностью 3,5 МВт будет маленьким, если не сказать игрушечным. Высота — 2 м, вес — 2,7 т вместе с защитой.
yuu2> Оно и есть. Зверь на молибденовых температурах при КПД около 33% и общей схеме 1950х годов.

О! Хотел тебя спросить: был такой белорусский мобильный реактор - «Памир-630Д» Его главной особенностью был необычный теплоноситель: тетраоксид азота. Это позволяло организовать интересный цикл а-ля Ренкин, но не только с парообразованием, а и с химическим разложением в газ
Естественно, для гражданского применения это был полный бред - даже просто на испытаниях генераторной системы без реактора была катастрофа с гибелью испытателя А неизбежное попадание влаги в теплоноситель вызывало необратимую коррозию...
НО! В космосе то этих проблем нет! даже на старте такой реактор будет выглядеть безопасным, рядом с Протоном, в котором этой гадости сотни тонн
Рассматривается ТАКАЯ схема? Или забыли, увлеклись Брайтоном?

Wyvern-2> был такой белорусский мобильный реактор - «Памир-630Д»

Был. Но даже при тех температурах наблюдались трабблыю с коррозией, т.к. в цикле поочерёдно имеются и окись и закись азота. Найти адекватные материалы так и не смогли. Разработчики потому и "опустили" его до статуса покрытия кратких пиковых нагрузок у военных, что не смогли обосновать ресурс.

Wyvern-2>> был такой белорусский мобильный реактор - «Памир-630Д»
yuu2> Был. Но даже при тех температурах наблюдались трабблы с коррозией, т.к. в цикле поочерёдно имеются и окись и закись азота.

Газовая коррозия? Дык из платины тракты сделать - чай не колхозную ТЭЦ делаем то

Wyvern-2> Газовая коррозия? Дык из платины тракты сделать - чай не колхозную ТЭЦ делаем то

У платины не только цена, но ещё и плотность очень большая. Молибден, покрытый платиной может подойти. А может ещё углекомпозит с покрытием платиной.

Wyvern-2>> Газовая коррозия? Дык из платины тракты сделать - чай не колхозную ТЭЦ делаем то
au> .... Молибден, покрытый платиной может подойти. А может ещё углекомпозит с покрытием платиной.

Ну, в смысле ДА. Выигрыш велик - нет компрессоров, турбина много компактнее.

Fakir> Космические реакторы

Вот ты нашёл время постить такое, я спать собирался Плюс тебе в карму
Мысль взбрела: сколько стоил бы минимальный простейший миниатюрный реактор. Минимальный по функциональности (нерегулируемая и затухающая со временем мощность, например), простейший по конструкции (всё горячее, например) и миниатюрный — как можно меньше, вплоть до размера литровой банки (без защит, кроме самого корпуса-отражателя нейтронов). Ну а снимать энергию с него либо ИК фотоэлементами (в тени от излучений), либо трубой тепловой, в общем просто как-то. Чтобы всё в луноход вписалось и было в целом лучше ритэга

Fakir>> Космические реакторы
au> Вот ты нашёл время постить такое, я спать собирался Плюс тебе в карму
au> Мысль взбрела: сколько стоил бы минимальный простейший миниатюрный реактор.

РАСТВОРНЫЙ гомогенный надо брать Именно, что "литровая банка" Саморегулирующийся - нагрелся, жидкость закипела и ага -реактивность упала. Вообщем, как у Лема



А еще лучше - на америции: http://www.ssl.obninsk.ru/web/002/index.nsf/...

Wyvern-2> РАСТВОРНЫЙ гомогенный надо брать
Раствор солей плутония или урана в воде (замедлитель) хранится в баке со стержнями из бора. Бор поглощает нейтроны - реакции нет. Под давлением этот раствор выбрасывается через отверстие - на некотором расстоянии начинается цепная реакция. Образовавшаяся плазма удерживается и направляется магнитным соплом.

Вчера был на докладе, посвящённом "нашим успехам".

Ну то, что НИКИЭТ смотрит в рот Курчатнику - это для меня не новость
Что на этапе эскизного проектирования всё рассмотрение вариантов свелось к двум типам топлива и двум типам излучателя - это я тоже знал

А вот что меня удивило - так это сообщение о том, что мол нонеча "Ангара" это уже не комильфо, и выводить на орбиту "буксир мегаваттного класса" будут с помощью "Руси", которая неизвестно когда будет.

Соответственно вопросы: что за птица такая "Русь", и чем "Ангара" не угодила?

yuu2> Соответственно вопросы: что за птица такая "Русь", и чем "Ангара" не угодила?

Русь - это первоначальный вариант Ангары от Энергии, доработанный и дополненный УРМ на базе РД-180 - т.е. трехблочник дает порядка 30-40 тонн ПН, 5 - порядка 60-70. SerB, 'черепаший галоп' читаем

Впрочем, не уверен, там кажется еще метановый вариант прорабатывался.

Что же до реакторов - я думаю, что ТФЯРД - сугубо промежуточный шаг. Нужен термоядерный реактор с прямым сбросом плазмы через магнитное сопло для создания тяги. И к нему - нормальный энергетический ядерный - для обеспечения корабля и тягового реактора энергией. Но мощность ядерного - на порядок ниже.

yuu2> Что на этапе эскизного проектирования всё рассмотрение вариантов свелось к двум типам топлива и двум типам излучателя - это я тоже знал

Так и что осталось в сухом остатке? Что за варианты?

yuu2> выводить на орбиту "буксир мегаваттного класса" будут с помощью "Руси", которая неизвестно когда будет.

"Ангара" будет еще более неизвестно когда. If ever...

yuu2> Соответственно вопросы: что за птица такая "Русь",

Глубокая модернизация "Союза" по сути.

Хотя... может они уже про Русь-М говорили? Тогда это другое:


http://i077.radikal.ru/1001/34/b0aad17e6269.jpg [can't download]
http://www.flightglobal.com/blogs/hyperbola/samara 1.JPG [can't download]
yuu2> и чем "Ангара" не угодила?

Да тем, что само её появление - неочевидно... Плюс старты под неё предусматривались только в Плесецке - может, и это сыграло.
Похоже, в неё уже не верят совсем

Впрочем, возможен и вариант ведомственных игрищ - "Ангара" хруничевская, а "Русь" - креатура "Энергии" (с ЦСКБ), вот реактор (тоже "свой") и пытаются задействовать для укрепления позиций своей же РН и гнобления конкурнетов.

Fakir> Так и что осталось в сухом остатке? Что за варианты?

Традиционные дуализмы - излучатель панельный или капельный; топливо на оксиде или карбиде. И ВСЁ!

По всем остальным вопросам (температурные режимы, компоновка, весовая оптимизация и т.д., и т.п.) НИКИЭТ тупо смотрит в рот Курчатнику

Fakir> Хотя... может они уже про Русь-М говорили? Тогда это другое:

По первой картинке похожа А характеристик всё одно не оглашали - доклад-то был "о наших успехах".

yuu2>> и чем "Ангара" не угодила?
Fakir> Да тем, что само её появление - неочевидно...

А с этим зверем всё до последней гайки очевидно? Или очередная "Булава" получится ?

yuu2> Традиционные дуализмы - излучатель панельный или капельный; топливо на оксиде или карбиде. И ВСЁ!

А что еще следовало бы оставить?
Или детализировать?

yuu2> По всем остальным вопросам (температурные режимы, компоновка, весовая оптимизация и т.д., и т.п.) НИКИЭТ тупо смотрит в рот Курчатнику

А кому конкретно, и в чём основные ожидаемые от этого проблемы?

yuu2> А с этим зверем всё до последней гайки очевидно?

Да ясен пень неочевидно. У нас ща всё и со всем неочевидно, включая и любимый реактор
Но веры в ЦСКБ, возможно, побольше, чем в ЦиХ - всёж-таки "прогрессовцы" модификации "Союза" регулярно делают, в то время как эпопея с "Ангарой" тянется и тянется и тянется... Плюс запросто могут быть внутренние склоки и попытки перетянуть одеяло.

Fakir> А кому конкретно, и в чём основные ожидаемые от этого проблемы?

Ну, "сдавать" всех не стану. То тот пресловутый монокристаллический молибден как основа активной зоны - исключительное "изобретение" Курчатника, тогда как мы предлагали варианты, где можно по температурным режимам обойтись железо-никелевыми сплавами. Или ещё один прикол курчатника - молибден-рениевый сплав, о поведении которого под облучением не известно НИЧЕГО. Или полная неопределённость со степенью дублирования турбоагрегатов: курчатник в заявке "нарисовал" три, а теперь уже 4.

И т.д., и т.п. Список можно на пару страниц выкатить.

А вкратце можно резюме - как в самом худшем случае эти нововведения могут повлиять на ход и итог работ по проекту? Насколько могут затянуть, увеличить стоимость, и (самое неприятное) вероятность провала?