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[视图资料] 【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

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发表于 2020-09-15 15:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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https://weibo.com/1989534434/JkBHMEUwQ


B站视频:https://www.bilibili.com/video/BV1qA411E755

【运输和能源模块(TEM)】#军事公开课# 俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛上兵工厂设计局(KB Arsenal)展示的“运输和能源模块”(TEM)动画,可以看到中央主梁上安装有三块巨大的热管散热翼,这是俄罗斯的一种1兆瓦核电太空拖船项目,TEM尾部的动力部分安装有四台固定式等离子推进器(一种霍尔效应推进器),核反应堆将为等离子推进器系统提供电力,这种TEM拖船可以将距离地球至少800公里轨道高度的卫星运送到距离地球36万公里的地球同步轨道,并随后向其卫星的系统提供能源,这将允许使用较小的火箭进行卫星发射,从而节省了成本,或者使用同样的火箭发射更大的载荷进入太空,TEM将有可能使发射到高轨道的有效载荷质量增加两到三倍,并为其提供比以前多10到20倍的功率,并且在以后的阶段,可以将其作为登月甚至是行星际任务的拖船,俄罗斯认为相比于化学能火箭,核动力火箭才是安全高效的行星际航行的首选【注】。

1兆瓦TEM将采用高温气冷(氦-氙混合物冷却剂)的快中子反应堆,不过2019年初俄罗斯联邦航天局(ROSCOSMOS)发布的招标表明完整的1兆瓦TEM可能至少要再等待十年,该招标要求在2030年之前完成TEM的地面基础设施。

而在此之前,俄罗斯会在2025年之前发射一颗演示卫星,KB Arsenal于2015年7月1日与赫鲁尼切夫中心签署了一项合同(称为TEM-Arsenal),该合同用于确定由“安加拉A5”(Angara-A5)火箭发射的327AN30-TEM-1轨道演示器,采用热离子反应堆(基于热离子发射从而实现热能到电能直接转换的静态转换技术)。根据该文件,KB Arsenal最初研究了140千瓦版本的演示器,但在2016年5月被命令将该功率升级到500千瓦,导致的问题之一是它比Angara-A5的发射能力大了约1.5吨。ROSCOSMOS局长德米特里•罗戈津表示,尚未确定是否有必要在过渡到1兆瓦版本之前建造500千瓦的演示版本。2019年8月在莫斯科附近举行的“2019莫斯科航空航天展”(MAKS-2019)上展示了TEM演示卫星的模型。

注:与远离物理学和航天学的人们的看法相反,行星之间的载人飞行并不像发射卫星那样容易。其主要原因是太空辐射。在远离地球的太空航行的宇航员每小时受到的辐射强度是核电站工人允许受到的辐射强度的四倍,而“太空探索”(SpaceX)公司的星际飞船飞往火星需要18个月,而且还是单程的。

然后还有一个无法解决的辐射防护问题,这是因为二次辐射,事实是,当带电的高能粒子撞击太空船的外壳时,它会击打保护材料(例如铅)的原子并产生更多的带电粒子,结果,宇航员受到的辐射只会更多。而如果飞船的外壳较薄,就不会产生很多的带电粒子,也就会更加安全。这也是为什么阿波罗飞船的外壳不是由厚重金属制成的原因。

俄罗斯认为采用兆瓦级核反应堆和大量等离子推进器阵列的核电火箭可以在1.5个月完成飞抵火星的旅程,然后还能返回地球,短时间飞行也意味着宇航员受到的太空辐射更少和更少的健康问题。

因为真空环境不可能发生传导和对流,其换热只能通过辐射进行,如果不冷却核反应堆,它将像切尔诺贝利核反应堆一样爆炸。但是由于缺乏空气作为介质使得散热变得很困难,目前采用了两种冷却方案-借助无源辐射器和热管/液滴辐射散热技术。


【运输和能源模块(TEM)-补】【图1至图3】为俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛上兵工厂设计局(KB Arsenal)展示的“运输和能源模块”(TEM)动画


【图4至图8】为俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛上兵工厂设计局(KB Arsenal)展示的建造中的327AN30-TEM-1轨道演示器












【图9至图11】为2019年8月在莫斯科附近举行的“2019莫斯科航空航天展”(MAKS-2019)上展示了TEM演示卫星的模型。





TEM演示卫星的核动力装置采用俄罗斯红星核燃料设计局(Krasnaya Zvezda)的140千瓦热离子反应堆【注】【图12】兵工厂设计局的保密项目“机组成员”(Ekipazh)核动力卫星(军事编号14F350)也采用了红星核燃料设计局的热离子反应堆



【图13】2014年,兵工厂设计局在其网站上发布了三颗核动力卫星的概念图,这些图纸基于“等离子体2010”(Plazma-2010)或UKP-YaEU(全称为“通用空间平台-核动力装置”)台,也是采用的红星核燃料设计局的热离子反应堆,据说这些是用于“地球遥感、太空研究和深空研究期间的信号中继”。


【图14至图18】热离子反应堆的效率和寿命偏低,因此最终的1兆瓦TEM将采用高温气冷(氦-氙混合物冷却剂)的快中子反应堆+闭式布雷顿
循环发电模式,不过2019年初俄罗斯联邦航天局(ROSCOSMOS)发布的招标表明完整的1兆瓦TEM可能至少要再等待十年,该招标要求在2030年之前完成TEM的地面基础设施。







【注】热离子核反应堆电源由核热源、热离子能量转换器和排热系统三部分构成。热离子能量转换器由承担放出电子的高温电极(发射极)和与其面对面放置的低温电极(集电极)构成。将发射极紧靠着反应堆中的核燃料元件,当核裂变产生的热量将发射极加热到1500到2000℃的高温时,发射极中的自由电子得到足够的能量而飞出,由集电极将电子收集起来,就可在阳极、阴极和负载之间形成通路,产生电流。
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发表于 2020-09-16 18:48 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

基于氢化镁的核电/核热双模共质空间核动力技术林庆国 王浩明 程诚上海空间推进研究所,上海空间发动机工程技术研究中心针对未来空间任务对能源和动力日益提高的需求,提出了基于氢化镁的核电核热双模共质空间核动力技术。该技术以一种储氢密度高、热稳定性较好,能够以常温常压储存的氢化镁作为工质,通过核能加热后氢化镁分解成为核热推进可用的高压氢气和电推进可用的单质镁,并结合高效动态热电转换系统,形成大功率核电源、大功率超高比冲核电推进、高比冲氢气核热推进以及大推力镁核热推进多种工作模式。基于氢化镁的多模共质空间核动力技术解决了低温推进剂、气态工质在空间应用时的存储安全性和存储密度低的问题,其具备的多种工作模式能够针对不同任务需求提供相应的能源或者动力输出,提高核动力飞行器任务能力。
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发表于 2020-09-16 18:50 | 显示全部楼层

RE: 【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

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发表于 2020-09-16 18:51 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

要想载人飞火星 核热核电双模推进是必须要的
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发表于 2020-09-16 18:55 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

载人核热火箭登陆火星方案研究洪刚;娄振;郑孟伟;王建明  针对未来载人登陆火星任务,比较了化学推进、电推进及核推进的优缺点,指出核热推进是未来载人登陆火星的首选。简述了美国和俄罗斯在核热推进的研究进展,指出核热/发电双模式是未来载人登火的发展趋势。提出我国近地轨道5次对接、人货分离载人登陆火星构想。在此基础上,设计了单台推力15 t,比冲940 s载人核热发动机并提出我国核热火箭2016—2035年发展研究规划。
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发表于 2020-09-16 18:57 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

载人登陆火星任务核热推进系统方案研究作者洪刚, 戚峰, 王建明, 陈士强, 郑孟伟摘要相对于美国和俄罗斯等航天强国把载人登陆火星作为2030年左右实现的终极航天目标,我国载人登火计划论证起步较晚,有必要对载人登火任务采用的核热推进方案进行前瞻性研究。本文首先论证了核热推进在载人登火任务的优势,之后根据载人登火任务需求,设计了8次地面发射、5次近地轨道对接、人货分离任务构架,并提出了总推力为450 kN的核热推进总体方案;最后依据我国航天技术水平,对核热发动机及增压输送子系统系统组成和参数分配进行了详细设计,载人登火任务核热推进系统方案没有超过我国现有航天技术
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发表于 2020-09-16 19:03 | 显示全部楼层

RE: 【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

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发表于 2020-09-16 19:08 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

金属陶瓷堆芯1000kN核热火箭发动机系统及组件参数研究 摘要 针对大推力核热火箭发动机系统设计问题,开展了基于金属陶瓷( CERMET)堆芯1000 kN核热火箭发动机系统方案研究. 通过对比闭式膨胀、开式膨胀和抽气三种循环方式的发动机系统性能,确定闭式膨胀循环为最佳系统循环方案;进行了反应堆堆芯、推力室、氢涡轮泵和再生冷却段的组件方案设计及数值仿真分析,得到反应堆氢出口温度 2750 K,室压4.997 MPa,氢涡轮泵轴功43 MW,再生冷却段总温升和总流阻分别为190 K 和3.3 MPa. 最终获得比冲908 s 的发动机系统参数.
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发表于 2020-09-16 19:11 超大游击队员 | 显示全部楼层

Re.【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

110kN核热火箭发动机系统方案选取与参数优化研究王浩泽;左安军;霍红磊;马晓秋  核热火箭发动机是深空探测的理想动力,可用系统循环方式包括闭式膨胀循环、抽气循环和开式膨胀循环。对基于金属陶瓷(CERMET)快堆堆芯的110 kN核热火箭发动机开展了3种不同系统循环方式的对比研究,通过不同方案的参数对比和组合件参数优化分析,最终认为基于CERMET堆芯110 kN核热火箭发动机的最佳系统方案为抽气循环。并对提高核热火箭发动机比冲性能的途径进行了探讨。
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发表于 2020-09-16 20:27 超大游击队员 | 显示全部楼层
关键这玩意比冲能达到多少?
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发表于 2020-09-18 15:17 | 显示全部楼层
用反应堆而不是核电池啊,总觉得离成熟有点远。
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发表于 2020-09-18 16:07 超大游击队员 | 显示全部楼层
距地球36万公里的同步轨道?原来月球是地球的同步卫星。
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发表于 2020-09-18 16:34 | 显示全部楼层

RE: 【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

neuhl 发表于 2020-09-16 20:27
关键这玩意比冲能达到多少?

纯电推模式1200~1500s,但加速慢适合运货和深空,混合推进940~980s,加速快,适合运人。
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发表于 2020-09-18 17:27 | 显示全部楼层

RE: 【来自强大的微博】俄罗斯核电火箭

hdllmx 发表于 2020-09-18 16:07
距地球36万公里的同步轨道?原来月球是地球的同步卫星。

小数点忘了吧?老外喜欢用36K公里,换成中文要加个小数点3.6万公里。
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