1000 холодильник
Большая космическая энциклопедия kosmos.claw.ru/shared/424.html
|
Главная |
|
Справочники |
Рефераты |
Шпаргалки |
Сделать стартовой |
Добавить в избранное |
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОСМОНАВТИКИ В РОССИИ
РАЗВИТИЕ И ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯЯдерные энергетические 1000 холодильник энергодвигательные установки
Более двадцати пяти лет назад в Семипалатинске был произведен первый энергопуск ядерного реактора ИВГ-1,с помощью которого была начата отработка конструкции ядерного ракетного двигателя. Уже тогда предполагали,что такой двигатель понадобится во время полета человека к Марсу. Позднее трудности с финансированием науки затормозили работу, но планируемая на 2017 г. экспедиция к Марсу оживила интерес к ядерному двигателю.
Ядерный двигатель представляет собой реактор, в котором вдоль тепловыделяющих элементов с ядерным топливом проходит поток газа - водорода. Он охлаждает элементы, 1000 холодильник сам нагревается 1000 холодильник с большой скоростью истекает из сопла, создавая тягу двигателя. При этом возникает импульс, толкающий ракету вперед. Температура газа на выходе должна быть очень высока - не менее 3000 °С, 1000 холодильник удельная тяга - 950 с. Только при этих условиях ядерный двигатель эффективнее, чем обычный, работающий на жидком топливе.
Сейчас в области ядерных ракетных двигателей мы, несмотря на полузамороженное состояние работ, на 15...20 лет опережаем США. Работы над ядерными энергетическими (ЯЭУ) 1000 холодильник энергодвигательными установками (ЯЭДУ) в настоящее время ориентированы на формирование опережающего научно-технического задела по созданию базовых унифицированных элементов, узлов 1000 холодильник агрегатов ЯЭУ (ЯЭДУ). К приоритетным направлениям исследований, которые могут показать преимущества ядерных источников энергоснабжения перед другими их вариантами, можно отнести:
развитие технологий, обеспечивающих создание ЯЭУ мощностью от десятков до сотен киловатт (с перспективой ее дальнейшего увеличения);
доведение гарантированного ресурса ЯЭУ до уровня, не меньше ожидаемого от солнечной энергетики (в том числе до 10 лет 1000 холодильник более на ГСО);
развитие технологий, обеспечивающих создание бимодальных ядерных электродвигательных установок (работающих как в режиме ядерных ракетных двигателей на водороде, так 1000 холодильник в электро-генерирующем режиме для питания целевой 1000 холодильник служебной аппаратуры КА или ЭРД);
подтверждение ядерной 1000 холодильник радиационной безопасности разработки 1000 холодильник эксплуатации ЯЭУ (ЯЭДУ).
Как показали исследования,проведенные специализированными отечественными организациями, при мощностях 50...100 кВт предпочтение может быть отдано ядерным энергетическим установкам в силу их заметных преимуществ перед традиционными солнечными энергоустановками по массогабаритным, эксплуатационным 1000 холодильник экономическим показателям. Причем в указанном диапазоне мощностей существенные преимущества имеют термоэмиссионные ЯЭУ второго поколения, основанные на дальнейшем развитии технологии, созданной по программе "Топаз", важным элементом которой явились успешные летно-конструкторские испытания в 1987-1988 гг. первой в мире термоэмиссионной ЯЭУ "Топаз-1". Именно это обстоятельство - использование ядерной энергоустановки - привносит весьма существенную специфику в практику конструирования КА, поскольку компоновочная схема последнего в большей степени становится зависимой от особенностей энергоустановки, чем от характеристик 1000 холодильник параметров целевой аппаратуры.
Существенно, что ЯЭУ используется как в качестве источника электроснабжения бортовой аппаратуры,так 1000 холодильник совместно с электро-ракетными двигателями для выведения КА с радиационно безопасной орбиты на рабочую.
Выполненные исследования по определению областей применения различных видов энергии для обеспечения КА свидетельствуют о том, что уже с уровня 300 кВт при сроке службы КА более одного года использование ядерной энергетики представляется более предпочтительным. Результаты теоретических исследований показывают, что может быть создана ЯЭУ с термоэмиссионным преобразованием энергии мощностью 7,5 МВт 1000 холодильник удельными массовыми характеристиками 6 кг/кВт.
ЯЭУ с турбомашинным преобразованием энергии (ТЭМП) может иметь преимущества по сравнению с термоэмиссионным 1000 холодильник термоэлектрическим вариантами вследствие:
значительно меньшей массы реакторной установки при равной электрической мощности;
более высокого КПД;
большей технологичности из-за значительно более низкой температуры рабочего тела;
принципиальной возможности отработки энергетического контура отдельно от реактора;
более высокой надежности ТЭМП из-за отсутствия ограничений по дублированию элементов вне реактора.
Поэтому представляется целесообразным рассмотреть концепцию ЯЭУ с ТЭМП.
Следует также отметить большой накопленный опыт по разработке ЯРД, наличие стендовой базы 1000 холодильник высококвалифицированных специалистов в России, 1000 холодильник также большой научно-технический задел, созданный в США по программе "Нерва". При выбранном уровне электрической мощности (2 МВт) конструкция реактора 1000 холодильник радиационной защиты близка к оптимальной по удельным массам, по конфигурации 1000 холодильник по загрузке топлива, 1000 холодильник удельные массы агрегатов ТЭМП при этом уменьшаются до уровня 2...4 кг/кВт.
Проведенный проектно-баллистический анализ космического энерготранспортного аппарата (КЭТА) определил требуемые параметры электрической мощности, 1000 холодильник также характеристики электроракетной двигательной установки. Основные ограничения, принятые в расчетах:
масса установки 1000 холодильник габариты не должны выходить за рамки
возможностей ракеты-носителя "Ангара";
радиационная доза, накапливаемая полезным грузом при
пересечении радиационных поясов Земли, не должна превышать
5 х 104 рад;
радиационно безопасной считается круговая орбита высотой
600...800 км;
ресурс бортовых систем КЭТА должен составлять 1...2 года на
первом этапе с доведением до 5...7 лет при последующей отработке;
число рейсов КЭТА за ресурс - до 10;
суммарная доза радиоактивного облучения,получаемая в приборном отсеке от работы реактора 1000 холодильник воздействия радиационных
поясов Земли: гамма-излучение - не более 106 рад; флюенс быстрых нейтронов - не более 1013 н/см2.
В РНЦ "Курчатовский институт" разработан проект ЯЭУ с турбомашинным преобразователем энергии, рассчитанной на следующие параметры:
тепловая мощность - до 10 МВт;
электрическая мощность - около 2 МВт;
система преобразования энергии - турбомашинная (цикл Брайтона);
суммарное время работы - не менее 104 ч;
число включений за ресурс - до 30;
максимальная температура рабочего тела - до 1500 К.
В результате проведенных проработок определились основные проектные характеристики ЯЭУ:
масса газоохлаждаемого реактора - 1000 кг;
топливо - UC (U,Zr)C,UNc 90 %-м обогащением по U235, оболочка топлива - Zr, W184, отражатель - Be;
масса радиационной защиты (LiH,W,B4C) - 1000 кг;
масса преобразователя энергии (турбина, компрессор 1000 холодильник униполярный генератор) - 3500 кг;
рабочее тело - гелий-ксеноновая смесь (1...3 % Хе);
холодильники-излучатели - на тепловых трубах при средней температуре около 700 К, масса 3000 кг;
площадь холодильника-излучателя (эффективная) - около 300 м2;
масса системы автоматического управления, системы электро-снабжения - 1000 кг;
масса конструкции ЯЭУ - 1500 кг;
суммарная масса ЯЭУ - 11 000 кг;
удельная масса - 5,5 кг/кВт.
Конструктивно КЭТА, в состав которого входит ЯЭУ, состоит из модуля энергоустановки с ядерным реактором 1000 холодильник защитой; ТЭМП, размещенного в конусе радиационной защиты; холодильника-излучателя на тепловых трубах, выполненного по несущей схеме; четырех раскрывающихся плоскостей холодильников-излучателей, имеющих полуцилиндрическую форму, 1000 холодильник также размещенной внутри холодильника-излучателя выдвижной фермы. На выдвижной ферме располагаются:
приборный отсек с системой стыковки, приборами ориентации, навигации,связи 1000 холодильник дополнительной двигательной установкой;
маршевая электроракетная двигательная установка (удельный импульс 4600 с);
топливный бак ксенона.
Основные массовые характеристики КЭТА: ЯЭУ - 11 000 кг; ЭРДУ - 5000 кг; выдвижная ферма,топливный бак - 1000 кг; приборный отсек,система стыковки - 2000 кг; дополнительная двигательная установка, неучтенные элементы - 1000 кг; топливо (ксенон) - 8000 кг; суммарная "сухая" масса КЭТА - 20 000 кг.
КЭТА может обеспечить проведение обширных исследований космоса, создание лунной базы 1000 холодильник решение ряда других народнохо-зяйственных 1000 холодильник оборонных задач.
В XXI в. придется решать 1000 холодильник более энергоемкие задачи: создание космических производственных комплексов, исследование комет, астероидов 1000 холодильник др. Для их решения необходимы более мощные ДУ. Требования, предъявляемые к мощности двигательной установки, определяются временем полета, массой полезной нагрузки, удельной массой энергоустановки (кг/кВт), удельным импульсом 1000 холодильник КПД двигателя. Мощности, необходимые для грузового полета на Луну, 600-дневного грузового полета на Марс с полезной нагрузкой в сотни тонн,оцениваются в 1...10 МВт. Для пилотируемого полета на Марс требуются источники питания мощностью в несколько десятков МВт. Это позволяет с учетом отечественного 1000 холодильник зарубежного опыта рассмотреть концепцию создания КЭТА с ЯЭРДУ на базе энергетической установки с электрической мощностью в несколько МВт.
Ядерная энергетическая установка электрической мощностью 2 МВт для космического энерготранспортного аппарата. Космические энерготранспортные аппараты с ядерной энергетической установкой мощностью около 2 МВт 1000 холодильник электроракетными двигателями могут обеспечить значительный прогресс в исследовании планет Солнечной системы, создании лунной базы, проведении некоторых чисто научных высокоэнергетических экспериментов в космосе и, наконец, с их использованием может быть уменьшена в несколько раз себестоимость доставки 1 кг полезного груза на геостационарную 1000 холодильник другие высокие орбиты. В РНЦ "Курчатовский институт" разработана концепция создания ЯЭУ электрической мощностью 2 МВт для КЭТА табл.
Транспортные возможности КЭТА
КЭТА представляет собой космический челнок (межорбитальный буксир). Запуск КЭТА на низкую орбиту осуществляет РН "Ангара".
Совершенно очевидно, что программы исследования дальних планет, создания лунной базы, пилотируемой экспедиции к Марсу и, наконец, проекты глобальной космической телефонизации требуют решительного интенсивного увеличения транспортных возможностей космической техники, что предопределяет резкий рост энерговооруженности КА.
Ядерные электроракетные двигательные установки с электрической мощностью 2...10 МВт. Из предварительного проектно-баллистического анализа следует, что для ЯЭУ наиболее целесообразным представляется уровень электрической мощности ~3 МВт как наиболее оптимальный в соответствии со следующими критериями:
максимально возможная масса полезного груза, выводимого на геостационарную орбиту с помощью ЯЭРДУ, размещается при выведении с Земли на РН "Энергия" в контейнере ПГ;
время транспортировки груза на ГСО не превышает 100 сут (условие непревышения допустимой радиационной дозы при прохождении радиационных поясов Земли);
удельный импульс электроракетного двигателя (ЭРД) составляет 5000 с;
выбранный уровень мощности является универсальным для решения ряда других задач (транспортировка грузов к Марсу, Луне, Венере, изменение наклонения орбит больших космических объектов типа научных станций, проведение научных экспериментов 1000 холодильник организация промышленного производства на орбите).
Среди мощных ЭРД наиболее проработанными как по полетным параметрам, так 1000 холодильник по разработке подсистем являются магнитоплазменные 1000 холодильник ионные электроракетные двигатели. В настоящее время исследованы возможности создания магнитоплазмодинамического (МПД) двигателя мощностью 2,5 МВт с внешним полем, работающего при разрядном токе 10 кА 1000 холодильник напряжении 250 В. Ресурс двигателя, необходимый для большинства космических экспедиций, принят равным 10 тыс. ч, поэтому разработки направлены в основном на увеличение ресурса отдельного двигателя. Продемонстрирована возможность работы МПД-двигателей с мощностью до 40 МВт в квазистационарном режиме. Течение плазмы удовлетворительно описывается уравнениями идеальной магнитной гидродинамики. Основные параметры некоторых МПД-двигателей приведены в табл.
Параметры некоторых МПД-двигателей
Использование мощных МПД-двигателей в проводимых в последние десятилетия космических экспериментах не рассматривалось из-за низкого уровня бортовой энергетики существующих КА. Функционирование установки при низких уровнях мощности невыгодно по двум причинам. Во-первых, при этом снижается до недопустимо низкого значения эффективность преобразования электрической энергии в тягу. Во-вторых, высокую эффективность при низких уровнях средней мощности можно получить только в импульсном режиме работы двигательной установки. Для обеспечения импульсного режима работы необходим энерго-преобразователь со вспомогательными устройствами, масса которого довольно значительна. Поэтому маломощные двигательные установки с импульсными МПД-двигателями не могут конкурировать с другими ЭРД.
Проведенные баллистические расчеты показал и, что очень перспективно использовать МПД-двигатель в маршевой двигательной установке для межорбитальных полетов, если в составе КА имеется бортовой мегаваттный источник энергии, при котором стационарные МПД-двигатели достигают удовлетворительных двигательных характеристик. Для транспортировки большого источника энергии с низкой орбиты ИСЗ на геостационарную орбиту при помощи двигателя на химическом топливе требуется масса топлива, в 10 раз превышающая массу полезной нагрузки. При использовании МПД-двигателя масса рабочего тела уменьшается в 5...10 раз. Если учесть, что масса МПД-двигателя того же порядка, что 1000 холодильник двигателя на химическом топливе,то выигрыш в начальной массе КА на низкой околоземной орбите оказывается значительным. Для выполнения таких задач необходима надежная конструкция установки с МПД-двигателем мощностью несколько мегаватт.
Наиболее оптимальной для КА выбранного уровня мощности является реакторная установка на быстрых нейтронах, концепция активной зоны которой базируется на использовании ураноемких высокотемпературных композиций в виде витых стержневых твэлов или свободной засыпки шариковых твэлов с осевым течением теплоносителя. Выбор реактора на быстрых нейтронах обусловлен: минимальными габаритами 1000 холодильник массой; отсутствием замедлителя, что снимает проблему его стойкости 1000 холодильник охлаждения; практическим отсутствием эффектов реактивности, связанных с выгоранием 1000 холодильник зашлаковыванием; небольшим начальным запасом 1000 холодильник отрицательным температурным эффектом реактивности.
Ядерная безопасность на всех этапах жизненного цикла КА при штатных 1000 холодильник аварийных ситуациях обеспечивается с помощью активных 1000 холодильник пассивных средств, включающих следующие элементы:
регулирующие барабаны в боковом отражателе;
выводимые поглощающие стержни;
резонансные поглотители, размещаемые в активной зоне; программируемое изменение геометрии реактора в аварийных ситуациях.
Радиационная защита полезного груза 1000 холодильник системы управления - теневая, в виде усеченного конуса - определяется предельно допустимым уровнем радиации. В качестве основных компонентов защиты рассматриваются гидрид циркония, активированный бором, 1000 холодильник гидрид лития.
Выбор турбомашинного способа преобразования по термодинамическому циклу Брайтона обусловлен малой удельной массой системы преобразования - менее 10 кг/кВт, что существенно меньше ее значения для других способов преобразования (30 кг/кВт); высокой степенью технологической готовности, отработанностью основных узлов газового контура; возможностью обеспечения соответствия выходных параметров электрогенератора потребностям нагрузки; высоким КПД энергопреобразования (-30 %). Среди динамических способов преобразования энергии цикл Брайтона отличается тем, что обеспечивает простоту запуска, химическую инертность 1000 холодильник радиационную неактивируемость рабочего тела.
В предлагаемой энергоустановке применен прямой регенеративный замкнутый цикл Брайтона, основными узлами при реализации которого являются турбокомпрессор-генератор, рекуперативный теплообменник 1000 холодильник холодильник-излучатель (ХИ). Максимальная температура цикла составляет 1500 К, что является вполне оправданным при использовании современных конструкционных материалов на основе керамик для изготовления дисков турбин 1000 холодильник жаропрочных сплавов для корпусных узлов 1000 холодильник подводящих патрубков. Материалы, работающие при таких температурах, имеют, однако, повышенную хрупкость при более низких температурах, что требует отработки алгоритма запуска турбин. Конструкция рекуперативного теплообменника, состоящая из ряда штампованных листов, обеспечивает высокоинтенсивный теплообмен 1000 холодильник тем самым позволяет создать компактный 1000 холодильник легкий теплообменник.
КА состоит из модуля энергоустановки на основе ядерного реактора, двигательного модуля, ускорите ля 1000 холодильник отсека полезного груза. Модуль энергоустановки включает в себя реакторную установку, теневую радиационную защиту, систему энергопреобразования (СЭП), холодильники-излучатели на основе тепловых труб 1000 холодильник раздвижную ферму. Двигательный модуль содержит блок маршевых электроракетных двигателей, топливный бак, систему управления двигателями, систему управления космическим аппаратом, 1000 холодильник также систему управления ЯЭУ. Холодильники-излучатели электрической ракетной двигательной установки размещены на поверхности двигательного модуля.
Основные параметры системы преобразования энергии ЯЭУ по термодинамическому циклу Брайтона
Электрическая мощность,МВт
3
Тип цикла
прямой регенеративный
Тип теплоносителя
смесь Не 1000 холодильник Хе
Давление теплоносителя, МПа
2,8
Максимальная температура теплоносителя, К
1500
Степень регенерации
0,9
Площадь холодильника-излучателя, м2
800
Средняя температура ХИ, К
700
КПД энергопреобразования, %
27,5
Ускоритель представляет собой сбрасываемую ракетную ступень, состоящую из бака окислителя (кислород),бака горючего (керосин) 1000 холодильник двух двигателей суммарной тягой около 1 тс, размещенных на сбрасываемой ферме. Ферма закреплена на поверхности силового каркаса СЭП 1000 холодильник сбрасывается вместе с баками 1000 холодильник двигателями на круговой орбите высотой Нкр ~ 800 км.
Отсек полезного груза имеет общий объем около 800 м3 1000 холодильник отделяется от К А на ГСО по плоскости стыковки с двигательным модулем.
При выведении на низкую орбиту КА размещается в контейнере полезного груза РН "Энергия". Контейнер полезного груза раскрывается 1000 холодильник сбрасывается после выведения РН на высоте Нкр - ~ 200 км. Затем включаются двигатели ускорителя, 1000 холодильник при достижении КА опорной орбиты высотой Нкр ~ 600... 800 км ускорители сбрасываются.
На опорной орбите по команде с Земли проводятся операции раздвижения ферм ХИ 1000 холодильник их раскрытие. Далее проводится запуск реактора 1000 холодильник вывод СЭП на уровень заданной мощности. После тестирования подсистем КА он переводится в положение гравитационной ориентации. Включаются маршевые ЭРДУ.
Предварительные оценки массовых характеристик КА 1000 холодильник его элементов
Масса полезного груза КА с ЯЭУ на ГСО,тв том числе:
35
ядерного реактора 1000 холодильник радиационной защиты
3,5
системы энергопреобразования
14,5
конструкций неучтенных элементов
3
Масса двигательного модуля, тв том числе:
16
ЭРДУ
3
системы управления ЭРДУ, КА, ЯЭУ
2
топливного бака
1
топлива
8
конструкции
2
Масса ускорителя
12
Масса КА на опорной орбите (Нкр - 800 км), т
72
Масса КА на орбите выведения (Нкр ~ 200 км), т
84
Стартовая масса КА, т
104
в том числе контейнера полезного груза
20
Согласно расчетам время выведения КА с указанными параметрами на ГСО составит примерно 60 сут, при этом большую часть времени КА будет находиться в радиационных поясах разной интенсивности. Если защиту управления КА 1000 холодильник полезного груза выполнить из алюминия, обеспечив ее удельную массу до 1 г/см2, суммарная радиационная доза не превысит 2*104 рад. После выведения на орбиту полезный груз отделяется от КА, 1000 холодильник КА при необходимости переводится на геоцентрическую орбиту.
Таким образом, проведенные исследования показывают следующее:
использование РН "Энергия" 1000 холодильник ЯЭРДУ мощностью 3 МВт с
турбомашинным преобразованием 1000 холодильник МПД-двигателем, имеющим
КПД ~ 0,7 1000 холодильник удельный импульс 5000 с, позволяет вывести на ГСО
полезный груз массой 35 т за 60 сут;
использование ЯЭРДУ вдвое увеличивает по сравнению с
ЖРД массу 1000 холодильник объем полезного груза, выводимого на ГСО;
ядерная безопасность КА на всех этапах жизненного цикла
при штатных 1000 холодильник аварийных ситуациях может быть обеспечена с помощью активных 1000 холодильник пассивных средств защиты;
реализуемость предлагаемой концепции электроракетного
двигателя подтверждается рядом экспериментальных 1000 холодильник расчетно-теоретических работ, выполненных в России 1000 холодильник за рубежом.
В настоящее время Россия обладает возможностями решения такой задачи, поскольку располагает мощной РН "Энергия", 1000 холодильник также научно-техническим заделом по космической ядерной 1000 холодильник двигательной установке.
Наряду с ЯЭДУ, обладающими повышенной радиационной опасностью, дальнейшее развитие получат 1000 холодильник ракетные двигатели традиционных схем.
Введите условия поиска
Отправить форму поиска
в интернете
на сайте
adfun.ru
adfun.ru
| Главная
| Рефераты
| Шпаргалки
| Энциклопедии
| Реклама
| Контакты |
© 2006—2007 «Claw»
разделы
холодильный централь
contiwinterviking купить
1000 холодильник