우주를위한 원자력 기술
3 년 미국 지도부에 SNAP 1959 발전기 시연. 사진 제공 : 미국 에너지 부
이미 로켓 및 우주 산업 개발의 초기 단계에 다양한 핵 기술 사용에 대한 첫 번째 제안이 나타났습니다. 다양한 기술과 단위가 제안되고 해결되었지만 그중 일부만이 실제 작동에 도달했습니다. 앞으로 근본적으로 새로운 솔루션의 도입이 예상됩니다.
우주 최초
1954 년, 최초의 방사성 동위 원소 열전 발전기 (RTG 또는 RTG)가 미국에서 만들어졌습니다. RTG의 주요 요소는 열 에너지 방출과 함께 자연적으로 붕괴되는 방사성 동위 원소입니다. 열전 소자의 도움으로 열 에너지는 전기 에너지로 변환되어 소비자에게 공급됩니다.
RTG의 가장 큰 장점은 안정된 특성으로 유지 보수없이 장기간 작동 할 수 있다는 것입니다. 수명은 선택한 동위 원소의 반감기에 의해 결정됩니다. 동시에 이러한 발전기는 저효율 및 출력 전력이 특징이며 생물학적 보호 및 적절한 안전 조치가 필요합니다. 그러나 RTG는 특별한 요구 사항이있는 여러 영역에서 응용 프로그램을 찾았습니다.
SNAP 4B RTG로 Tansit 3A 위성 발사 준비. NASA의 사진
1961 년 미국에서는 캡슐에 3g의 플루토늄 -96이 들어있는 SNAP 238B 유형 RTG가 생성되었습니다. 같은 해에 그러한 발전기가 장착 된 Transit 4A 위성이 궤도에 진입했습니다. 그것은 핵분열 에너지를 사용하는 최초의 지구 궤도 우주선이되었습니다. 1965 년 소련은 폴로늄 -84을 사용하는 최초의 Orion-1 RTG 장치 인 Kosmos-210 위성을 발사했습니다.
그 후 두 강대국은 RTG를 적극적으로 사용하여 다양한 목적의 우주 기술을 만들었습니다. 예를 들어, 최근 수십 년 동안 많은 화성 탐사선이 방사성 원소의 붕괴로 동력을 얻었습니다. 마찬가지로 태양에서 멀어지는 임무의 전원 공급 장치가 제공됩니다.
NERVA 엔진 다이어그램. NASA의 사진
반세기가 넘도록 RTG는 다음을 포함하여 여러 분야에서 기능을 입증했습니다. 우주 산업에서는 특정 작업을위한 특수 도구로 남아 있습니다. 그러나이 역할에서 방사성 동위 원소 발생기는 산업, 연구 등의 발전에 기여합니다.
핵 로켓
우주 프로그램이 시작된 직후 주요 국가들은 핵 로켓 엔진을 만드는 문제를 연구하기 시작했습니다. 작동 원리와 이점이 다른 다양한 아키텍처가 제안되었습니다. 예를 들어, 미국 프로젝트 Orion에서 저전력 핵탄두의 충격파를 사용하여 가속하는 우주선이 제안되었습니다. 또한 더 친숙한 디자인의 디자인이 진행되고 있습니다.
XNUMX ~ XNUMX 년대에 NASA와 관련 기관은 NERVA (로켓 차량 응용을위한 핵 엔진) 엔진을 개발했습니다. 주요 구성 요소는 개방형 원자로였습니다. 액체 수소 형태의 작동 유체는 반응기에서 가열되어 노즐을 통해 배출되어 추력을 생성해야했습니다. 이런 종류의 핵 엔진은 작동이 더 위험했지만 기존의 화학 연료 시스템보다 설계 성능이 뛰어났습니다.
RD-0410 엔진. 사진 KBKHA
NERVA 프로젝트는 다양한 구성 요소와 전체 어셈블리를 테스트했습니다. 테스트 기간 동안 엔진을 28 회 켜고 거의 2 시간 동안 작동 시켰으며 특성이 확인되었습니다. 중요한 문제가 없었습니다. 그러나이 프로젝트는 더 이상 개발되지 않았습니다. XNUMX 년대와 XNUMX 년대가되자 미국의 우주 프로그램은 심각하게 축소되었고 NERVA 엔진은 폐기되었습니다.
같은 기간에 소련에서도 비슷한 작업이 수행되었습니다. 유망한 프로젝트는 액체 수소 형태로 작동 유체를 가열하는 반응기가있는 엔진의 사용을 제안했습니다. XNUMX 년대 초반에 그러한 엔진을 위해 원자로가 만들어졌고 나중에 나머지 장치에서 작업이 시작되었습니다. 오랫동안 다양한 장치의 테스트 및 개발이 계속되었습니다.
목성 비행을위한 구성에서 프로 메테우스 시스템의 혐의가있는 모습. NASA의 사진
0410 년대에 완성 된 RD-XNUMX 엔진은 일련의 발사 테스트를 통과하고 주요 특성을 확인했습니다. 그러나 프로젝트는 높은 복잡성과 위험으로 인해 더 이상 개발되지 않았습니다. 국내 로켓 및 우주 산업은 "화학"엔진을 계속 사용했습니다.
공간 잡아 당김
미국과 우리나라에서 추가 연구 및 설계 작업을 수행하는 과정에서 NERVA 또는 RD-0410 유형의 엔진을 사용하는 것이 적절하지 않다는 결론에 도달했습니다. 2003 년 NASA는 원자력 발전소가있는 우주선을위한 근본적으로 새로운 아키텍처를 테스트하기 시작했습니다. 프로젝트 이름은 Prometheus입니다.
새로운 개념은 이온 제트 엔진뿐만 아니라 전기를 제공하는 본격적인 원자로가 탑재 된 우주선의 건설을 제안했습니다. 이러한 장치는 장거리 연구 임무에 적용 할 수 있습니다. 그러나 "프로 메테우스"의 개발 비용은 엄청나게 비쌌으며 그 결과는 먼 미래에만 예상되었습니다. 2005 년에 프로젝트는 전망 부족으로 마감되었습니다.
TEM 콤플렉스의 초기 버전. RSC Energia 그래픽
2009 년 러시아에서 유사한 제품 개발이 시작되었습니다. "운송 및 전력 모듈"(TEM) 또는 "우주 예인선"은 ID-500 이온 엔진과 결합 된 메가 와트 급 원자력 발전소를 받아야합니다. 우주선은 지구 궤도에 조립되어 다양한 하중을 운반하고 다른 우주선을 가속하는 데 사용됩니다.
TEM 프로젝트는 매우 복잡하여 비용 및 구현 조건에 영향을 미칩니다. 또한 많은 조직 문제가있었습니다. 그럼에도 불구하고 2030 분의 XNUMX 중반에는 TEM의 개별 구성 요소가 테스트를 위해 제거되었습니다. 작업은 계속되고 미래에는 실제 "우주 잡아 당김"의 출현으로 이어질 수 있습니다. 그러한 장치의 건설은 XNUMX 대 후반에 계획되어 있습니다. 시운전-XNUMX 년
심각한 어려움이없고 모든 계획을 적시에 이행 할 경우 TEM은 동급 제품 중 세계 최초의 서비스를 제공 할 수 있습니다. 동시에 경쟁자의 적시 출현 가능성을 배제하면서 일정한 시간 여유가 있습니다.
TEM의 최신 버전. Roscosmos 그래픽
관점과 한계
핵 기술은 로켓과 우주 산업에 큰 관심을 가지고 있습니다. 우선, 다른 등급의 발전소가 유용 할 수 있습니다. RTG는 이미 응용 프로그램을 발견했으며 일부 영역에서 확고하게 자리 잡고 있습니다. 본격적인 원자로는 크기와 질량이 크기 때문에 아직 사용되지 않고 있지만 이미 그러한 장비를 갖춘 선박에 대한 개발이 진행되고 있습니다.
수십 년 동안 선도적 인 우주 및 원자력 발 전국은 실제로 여러 가지 독창적 인 아이디어를 연구하고 테스트했으며 실행 가능성을 결정하고 주요 적용 영역을 찾았습니다. 이러한 프로세스는 오늘날까지 계속되고 있으며 아마도 곧 실용적인 성격의 새로운 결과를 제공 할 것입니다.
핵 기술은 우주 분야에서 널리 보급되지 않았으며 이러한 상황은 변하지 않을 것입니다. 동시에 특정 영역과 프로젝트에서 유용하고 유망한 것으로 나타났습니다. 그리고이 틈새 시장에서 사용 가능한 잠재력이 이미 실현되고 있습니다.
정보