Файл: Применение Ядерной Энергии в работе транспортных средств.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 54
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, состоящий из ядерного реактора с соплом, бак с рабочим телом и турбонасосный агрегат (ТНА). А также замкнутый контур системы машинного преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую и систему управления. Вся установка отличается тем, что в нее дополнительно введен контур электрического двигателя, включающий электрические движители с системой хранения и подачи рабочего тела и соединенный с системой управления. Кроме того контур ядерного двигателя снабжен электрическим генератором с приводом от вала турбонасосного агрегата (ТНА) и соединен с системой управления.
Способ работы ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ), обеспечивает работу энергетического режима, заключающийся в получении электрической энергии в замкнутом контуре системы машинного путем преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую. ЯЭДУ обеспечивают введением контура электрического двигателя, запуск которого осуществляют сигналом от системы управления на подачу рабочего тела на электрические движители. Они обеспечивают тягу. А в энергетическом режиме получают дополнительную электрическую энергию в контуре ядерного двигателя за счет использования части разогретого в ядерном реакторе рабочего тела, поступающего на турбонасосный агрегат (ТНА), и дополнительно введенного электрического генератора, причем используемое при этом рабочее тело после отработки вновь направляется в ядерный реактор.
Важно отметить, что ядерная энергодвигательная установка будет включать в себя реактор на быстрых нейтронах нового поколения, рабочая температура которого будет на тысячу градусов выше, чем в применяемых сегодня промышленных ядерных реакторах. Во многом это достигнуто благодаря активному применению молибденовых сплавов. Ядерное топливо, которое будет применено в установке, будет иметь значительно более высокую степень обогащения, что даст возможность сделать реактор значительно компактнее современных образцов.
Огромное преимущество ЯЭДУ в том, что по мере удаления от Солнца интенсивность его излучения слабеет, и возможности солнечных батарей существенно снижаются. Радиоизотопные генераторы, обеспечивают слишком малые мощности, которых хватает только на питание бортовой аппаратуры, но далеко не достаточно для работы электроракетных двигателей. Бортовой же ядерный реактор сможет полностью обеспечивать энергетические потребности корабля на любом удалении от Солнца.
Разработки в этом направлении ведутся в наше время, и опять их проводят две страны: США и Россия.
Наследницей космической программы NERVA, стал проект «Прометей». Его реализация началась в октябре 2003г. Этот проект предусматривает создание ядерной двигательной установки для космических аппаратов. Ученым удалось убедить администрацию Джорджа Буша в перспективности своих разработок, на что в ответ была предложена 5-летняя программа развития Project Prometheus общей стоимостью 3 миллиарда $, из которых 450 миллионов $ выделялись в 2005 году.
Установка проекта будет состоять из ионного двигателя и компактного атомного реактора, поставляющего электроэнергию для двигателя. Ионный двигатель – разновидность Электрического двигателя, в мире уже существуют подобные прототипы, однако у них есть значительный минус - очень слабая тяга (порядка 50-100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.
Еще один нюанс проекта «Прометей» является разработка компактного ядерного реактора, который бы подходил для установки на автоматические космические аппараты. Требуемая мощность реактора в настоящее время предполагается в пределах 250 кВт, однако в дальнейшем она может измениться. Реактор должен стать источником электроэнергии для ионных электроракетных двигателей (ЭРД) следующего поколения, которые активно проектируются. ЭРД создают реактивную силу, выбрасывая в космическое пространство поток ионов, разогнанных электромагнитными силами.
NASA обосновывает разработку космического ядерного реактора необходимостью иметь в своем распоряжении надежный и мощный источник энергии для космических аппаратов, улетающих на окраину Солнечной системы. Корабли с ядерными силовыми установками дадут возможность значительно сократить продолжительность космических полетов на большие расстояния. Чтобы корабль смог преодолеть земное притяжение и уйти к другим мирам, его скорость должна превысить 11.2 км/с. На практике космические аппараты сначала выводят на околоземную орбиту, а уже с нее отправляют дальше. Термохимический ракетный двигатель способен увеличить орбитальную скорость корабля не больше, чем на 10 км/с. Расчеты показывают, что корабль с ядерным реактором такого типа, который создается по программе «Прометей», сможет при разгоне с орбиты повысить свою скорость более чем на 20 к/с.
Однако на данный момент финансирование проекта приостановлено. Зато активные разработки по созданию ЯЭДУ ведутся в нашей стране: В 2010 году в России начались работы над проектом ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем. 3 декабря 2010 года глава госкорпорации «Росатом» Сергей Кириенко сообщил журналистам о том что работы по проекту проходят по графику. Процесс создания ЯЭДУ происходит, буквально на наших глазах: 4 июля 2014 года было объявлено о сборке первого в мире тепловыделяющего элемента штатной конструкции для ЯЭДУ.
По словам главы Роскосмоса Владимира Поповкина, опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для межпланетных миссий, появится в России в 2017 году. А уже через год в Сосновом Бору (У нас в городе!) могут начаться стендовые испытания ядерного реактора для этих целей.
У отечественного ЯЭДУ есть ряд отличительных черт, так, выходящая из нового двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое содержится в замкнутом контуре. Кроме того, нет необходимости при этой схеме нагревать до запредельных значений водород: в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 1500 градусов.
Таким образом, наука активно изучает способы применения ядерной энергии в космосе, уже есть результаты, благодаря которым ясно: ядерная энергетика найдет свое место в интенсивном изучении космоса, и человек не оставит попыток использовать энергию атома для освоения новых пространств.
Атомный Танк
В отличии от космических кораблей, и атомных судов, наземные транспортные средства, работающие на основе ядерной энергии практического применения не получили. Существовали различные проекты, такие как атомный танк, атомный локомотив (атомовоз), даже атомный автомобиль, однако пока это все нереализованные программы.
Первоначально проводились разработки по Атомному танку в 50-е годы XX века. Они проходили в США, в СССР проекты атомных танков не разрабатывались. Впервые концепция атомного танка в США прорабатывалась в ходе конференции, посвящённой перспективам развития бронетехники в июне 1954 года. Помимо проекта, предлагавшего использование ядерного реактора на мобильном бронированном шасси для питания колонн техники во время марш-бросков, были представлены и концепции танка с индивидуальной ядерной энергетической установкой.
Первый проект, получивший обозначение TV-1 (Track Vehicle 1 – «Гусеничная машина-1») представлял собой 70-тонную боевую машину, вооружённую 105-мм пушкой и защищённую 350-мм лобовой бронёй. Особый интерес представляла компоновка бронекорпуса предлагаемого танка. Так, за лобовой броней должен был располагаться малогабаритный атомный реактор. Для него предусмотрели объем в передней части бронекорпуса. За реактором и его защитой, расположили рабочее место механика-водителя, в средней и задней частях корпуса поместили боевое отделение, укладки боеприпасов и т.п., а также несколько агрегатов силовой установки. Реактор позволял приводившей в движение танк турбине, работавшей на перегретом атмосферном воздухе, работать на полной мощности в течение 500 часов без замены топлива.
Однако проект TV1 не рекомендовали к продолжению разработки. За 500 часов работы реактор с открытым контуром охлаждения мог заразить несколько десятков или даже сотен тысяч кубометров воздуха. Кроме того, во внутренние объемы танка никак не удавалось вписать достаточную защиту реактора. В целом, боевая машина TV1 получалась гораздо более опасной для своих войск, нежели для противника.
Ко времени следующей конференции, проводившейся в августе 1955 года, развитие атомных реакторов позволило значительно уменьшить их размер, а, следовательно, и массу танка. Представленный на конференции проект под обозначением R32 предполагал создание уже 50-тонного танка, вооружённого 90-мм гладкоствольной пушкой и защищённого в лобовой проекции 120-мм бронёй, расположенной под наклоном в 60° к вертикали, что примерно соответствовало уровню защиты обычных средних танков того периода. Реактор обеспечивал танку расчётный запас хода более 4 000 миль. Кроме того, предлагалось отказаться от использования газовой турбины, приводимой в движение перегретым атмосферным воздухом и применить новые системы защиты менее крупного реактора.
R32 был сочтён более перспективным, чем первоначальный вариант атомного танка, и рассматривался даже в качестве возможной замены для находившегося в производстве танка M48, несмотря на очевидные недостатки, такие как крайне высокая стоимость машины и необходимость регулярной замены экипажей, чтобы исключить получение ими опасной дозы радиационного облучения. Однако и R32 не вышел за стадию эскизного проекта. Постепенно интерес армии к атомным танкам угас, однако работы в этом направлении продолжались, по меньшей мере, до 1959 года. Ни один из проектов атомных танков не дошёл даже до стадии постройки опытного образца – все они остались на бумаге.
Последний американский проект танка с ядерной силовой установкой, который смог продвинуться дальше стадии технического предложения, был выполнен фирмой Chrysler. Пентагон заказал танк, предназначенный для армии следующих десятилетий, и специалисты «Крайслера» решили дать еще одну попытку танковому реактору. Кроме того, новый танк TV8 должен был олицетворять новую концепцию компоновки. Бронированное шасси с электромоторами и ядерным реактором представляло собой типичный корпус танка с гусеничной ходовой частью. Однако на нем предлагалось установить башню оригинальной конструкции.
Крупногабаритный агрегат сложной обтекаемо-граненой формы предполагалось сделать немного длиннее шасси. Внутри такой оригинальной башни предлагалось поместить рабочие места всех четырех членов экипажа, все вооружения, в т.ч. 90-мм орудие на жесткой безоткатной подвесной системе, а также боекомплект. Кроме того, в поздних версиях проекта предполагалось поместить в кормовой части башни дизельный двигатель или малогабаритный ядерный реактор. В таком случае реактор или двигатель давали бы энергию для работы генератора, питающего ходовые электромоторы и прочие системы. Согласно некоторым источникам, до самого закрытия проекта TV8 шли споры о наиболее удобном размещении реактора: в шасси или в башне. Оба варианта имели свои плюсы и минусы, но установка всех агрегатов энергоустановки в шасси была выгоднее, хотя и сложнее в техническом плане.
Надо сказать, что TV8 оказался самым удачливым из всех американских атомных танков. Во второй половине пятидесятых на одном из заводов компании Chrysler даже построили макет перспективной бронемашины. Но дальше макета дело не пошло. Революционно новая компоновка танка в сочетании с ее технической сложностью не давала никаких преимуществ перед существующими и разрабатываемыми бронемашинами. В результате проект TV8 закрыли за бесперспективностью.
Способ работы ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ), обеспечивает работу энергетического режима, заключающийся в получении электрической энергии в замкнутом контуре системы машинного путем преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую. ЯЭДУ обеспечивают введением контура электрического двигателя, запуск которого осуществляют сигналом от системы управления на подачу рабочего тела на электрические движители. Они обеспечивают тягу. А в энергетическом режиме получают дополнительную электрическую энергию в контуре ядерного двигателя за счет использования части разогретого в ядерном реакторе рабочего тела, поступающего на турбонасосный агрегат (ТНА), и дополнительно введенного электрического генератора, причем используемое при этом рабочее тело после отработки вновь направляется в ядерный реактор.
Важно отметить, что ядерная энергодвигательная установка будет включать в себя реактор на быстрых нейтронах нового поколения, рабочая температура которого будет на тысячу градусов выше, чем в применяемых сегодня промышленных ядерных реакторах. Во многом это достигнуто благодаря активному применению молибденовых сплавов. Ядерное топливо, которое будет применено в установке, будет иметь значительно более высокую степень обогащения, что даст возможность сделать реактор значительно компактнее современных образцов.
Огромное преимущество ЯЭДУ в том, что по мере удаления от Солнца интенсивность его излучения слабеет, и возможности солнечных батарей существенно снижаются. Радиоизотопные генераторы, обеспечивают слишком малые мощности, которых хватает только на питание бортовой аппаратуры, но далеко не достаточно для работы электроракетных двигателей. Бортовой же ядерный реактор сможет полностью обеспечивать энергетические потребности корабля на любом удалении от Солнца.
Разработки в этом направлении ведутся в наше время, и опять их проводят две страны: США и Россия.
Наследницей космической программы NERVA, стал проект «Прометей». Его реализация началась в октябре 2003г. Этот проект предусматривает создание ядерной двигательной установки для космических аппаратов. Ученым удалось убедить администрацию Джорджа Буша в перспективности своих разработок, на что в ответ была предложена 5-летняя программа развития Project Prometheus общей стоимостью 3 миллиарда $, из которых 450 миллионов $ выделялись в 2005 году.
Установка проекта будет состоять из ионного двигателя и компактного атомного реактора, поставляющего электроэнергию для двигателя. Ионный двигатель – разновидность Электрического двигателя, в мире уже существуют подобные прототипы, однако у них есть значительный минус - очень слабая тяга (порядка 50-100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.
Еще один нюанс проекта «Прометей» является разработка компактного ядерного реактора, который бы подходил для установки на автоматические космические аппараты. Требуемая мощность реактора в настоящее время предполагается в пределах 250 кВт, однако в дальнейшем она может измениться. Реактор должен стать источником электроэнергии для ионных электроракетных двигателей (ЭРД) следующего поколения, которые активно проектируются. ЭРД создают реактивную силу, выбрасывая в космическое пространство поток ионов, разогнанных электромагнитными силами.
NASA обосновывает разработку космического ядерного реактора необходимостью иметь в своем распоряжении надежный и мощный источник энергии для космических аппаратов, улетающих на окраину Солнечной системы. Корабли с ядерными силовыми установками дадут возможность значительно сократить продолжительность космических полетов на большие расстояния. Чтобы корабль смог преодолеть земное притяжение и уйти к другим мирам, его скорость должна превысить 11.2 км/с. На практике космические аппараты сначала выводят на околоземную орбиту, а уже с нее отправляют дальше. Термохимический ракетный двигатель способен увеличить орбитальную скорость корабля не больше, чем на 10 км/с. Расчеты показывают, что корабль с ядерным реактором такого типа, который создается по программе «Прометей», сможет при разгоне с орбиты повысить свою скорость более чем на 20 к/с.
Однако на данный момент финансирование проекта приостановлено. Зато активные разработки по созданию ЯЭДУ ведутся в нашей стране: В 2010 году в России начались работы над проектом ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем. 3 декабря 2010 года глава госкорпорации «Росатом» Сергей Кириенко сообщил журналистам о том что работы по проекту проходят по графику. Процесс создания ЯЭДУ происходит, буквально на наших глазах: 4 июля 2014 года было объявлено о сборке первого в мире тепловыделяющего элемента штатной конструкции для ЯЭДУ.
По словам главы Роскосмоса Владимира Поповкина, опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для межпланетных миссий, появится в России в 2017 году. А уже через год в Сосновом Бору (У нас в городе!) могут начаться стендовые испытания ядерного реактора для этих целей.
У отечественного ЯЭДУ есть ряд отличительных черт, так, выходящая из нового двигателя струя не будет радиоактивной, поскольку через реактор проходит совершенно другое рабочее тело, которое содержится в замкнутом контуре. Кроме того, нет необходимости при этой схеме нагревать до запредельных значений водород: в реакторе циркулирует инертное рабочее тело, которое нагревается до 1500 градусов.
Таким образом, наука активно изучает способы применения ядерной энергии в космосе, уже есть результаты, благодаря которым ясно: ядерная энергетика найдет свое место в интенсивном изучении космоса, и человек не оставит попыток использовать энергию атома для освоения новых пространств.
Проекты атомных наземных транспортных средств
Атомный Танк
В отличии от космических кораблей, и атомных судов, наземные транспортные средства, работающие на основе ядерной энергии практического применения не получили. Существовали различные проекты, такие как атомный танк, атомный локомотив (атомовоз), даже атомный автомобиль, однако пока это все нереализованные программы.
Первоначально проводились разработки по Атомному танку в 50-е годы XX века. Они проходили в США, в СССР проекты атомных танков не разрабатывались. Впервые концепция атомного танка в США прорабатывалась в ходе конференции, посвящённой перспективам развития бронетехники в июне 1954 года. Помимо проекта, предлагавшего использование ядерного реактора на мобильном бронированном шасси для питания колонн техники во время марш-бросков, были представлены и концепции танка с индивидуальной ядерной энергетической установкой.
Первый проект, получивший обозначение TV-1 (Track Vehicle 1 – «Гусеничная машина-1») представлял собой 70-тонную боевую машину, вооружённую 105-мм пушкой и защищённую 350-мм лобовой бронёй. Особый интерес представляла компоновка бронекорпуса предлагаемого танка. Так, за лобовой броней должен был располагаться малогабаритный атомный реактор. Для него предусмотрели объем в передней части бронекорпуса. За реактором и его защитой, расположили рабочее место механика-водителя, в средней и задней частях корпуса поместили боевое отделение, укладки боеприпасов и т.п., а также несколько агрегатов силовой установки. Реактор позволял приводившей в движение танк турбине, работавшей на перегретом атмосферном воздухе, работать на полной мощности в течение 500 часов без замены топлива.
Однако проект TV1 не рекомендовали к продолжению разработки. За 500 часов работы реактор с открытым контуром охлаждения мог заразить несколько десятков или даже сотен тысяч кубометров воздуха. Кроме того, во внутренние объемы танка никак не удавалось вписать достаточную защиту реактора. В целом, боевая машина TV1 получалась гораздо более опасной для своих войск, нежели для противника.
Ко времени следующей конференции, проводившейся в августе 1955 года, развитие атомных реакторов позволило значительно уменьшить их размер, а, следовательно, и массу танка. Представленный на конференции проект под обозначением R32 предполагал создание уже 50-тонного танка, вооружённого 90-мм гладкоствольной пушкой и защищённого в лобовой проекции 120-мм бронёй, расположенной под наклоном в 60° к вертикали, что примерно соответствовало уровню защиты обычных средних танков того периода. Реактор обеспечивал танку расчётный запас хода более 4 000 миль. Кроме того, предлагалось отказаться от использования газовой турбины, приводимой в движение перегретым атмосферным воздухом и применить новые системы защиты менее крупного реактора.
R32 был сочтён более перспективным, чем первоначальный вариант атомного танка, и рассматривался даже в качестве возможной замены для находившегося в производстве танка M48, несмотря на очевидные недостатки, такие как крайне высокая стоимость машины и необходимость регулярной замены экипажей, чтобы исключить получение ими опасной дозы радиационного облучения. Однако и R32 не вышел за стадию эскизного проекта. Постепенно интерес армии к атомным танкам угас, однако работы в этом направлении продолжались, по меньшей мере, до 1959 года. Ни один из проектов атомных танков не дошёл даже до стадии постройки опытного образца – все они остались на бумаге.
Последний американский проект танка с ядерной силовой установкой, который смог продвинуться дальше стадии технического предложения, был выполнен фирмой Chrysler. Пентагон заказал танк, предназначенный для армии следующих десятилетий, и специалисты «Крайслера» решили дать еще одну попытку танковому реактору. Кроме того, новый танк TV8 должен был олицетворять новую концепцию компоновки. Бронированное шасси с электромоторами и ядерным реактором представляло собой типичный корпус танка с гусеничной ходовой частью. Однако на нем предлагалось установить башню оригинальной конструкции.
Крупногабаритный агрегат сложной обтекаемо-граненой формы предполагалось сделать немного длиннее шасси. Внутри такой оригинальной башни предлагалось поместить рабочие места всех четырех членов экипажа, все вооружения, в т.ч. 90-мм орудие на жесткой безоткатной подвесной системе, а также боекомплект. Кроме того, в поздних версиях проекта предполагалось поместить в кормовой части башни дизельный двигатель или малогабаритный ядерный реактор. В таком случае реактор или двигатель давали бы энергию для работы генератора, питающего ходовые электромоторы и прочие системы. Согласно некоторым источникам, до самого закрытия проекта TV8 шли споры о наиболее удобном размещении реактора: в шасси или в башне. Оба варианта имели свои плюсы и минусы, но установка всех агрегатов энергоустановки в шасси была выгоднее, хотя и сложнее в техническом плане.
Надо сказать, что TV8 оказался самым удачливым из всех американских атомных танков. Во второй половине пятидесятых на одном из заводов компании Chrysler даже построили макет перспективной бронемашины. Но дальше макета дело не пошло. Революционно новая компоновка танка в сочетании с ее технической сложностью не давала никаких преимуществ перед существующими и разрабатываемыми бронемашинами. В результате проект TV8 закрыли за бесперспективностью.