Космический реактор Kilopower прошел наземные тесты

NASA поделилось с общественностью пресс-релизом о прогрессе в разработке реактора для космического применения Kilopower. Год назад я описывал этот проект подробно и тогда разработка была доведена до испытаний системы преобразования тепла в электроэнергию. Что ж, можно констатировать, что великолепный прогресс проекта стал еще лучше.




Реактор Kilopower на Луне (рендер).
В 2017 году в центре им. Гленна НАСА были проведены полномасштабные тепловакуумные испытания прототипа реактора с использованием электрического имитатора тепла распада внутри имитатора активной зоны из обедненного урана. В целом надо отметить, что отработка механизма передачи тепла от активной зоны в генераторы на базе двигателей Стирлинга (далее - ГДС) с помощью тепловых труб являлась чуть ли не самой сложной и важной частью проекта, поэтому затянулась на 3 года. В частности, сложной задачей является запуск натриевых тепловых труб, в которых надо расплавить и испарить часть натрия, что бы образовался достаточный тепловой поток, но при этом не перегреть их. Учитывая "самоуправляемый" характер реактора это не так-то и просто с точно зрения инженерии. Финальный цикл испытаний с болванкой обедненного уран-молибденового сплава был нацелен на испытания тепловых переходов между активной зоной (АЗ) и тепловыми трубами.



Температура в тепловых трубах KIlopower при запуске системы. Термопары расположены по возрастаню номера от имитатора АЗ к приемнику тепла (горячему концу ГДС).
Однако, хотя высокотемпературные тепловые трубы и ГДС - штуки интересные, все это мало касалось ядерной части Kilopower. Полноценный эксперимент с ядерным источником тепла был назван KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling TechnologY) и проводился с осени 2017 по март 2018 в лаборатории DAF, расположенной в Невадском ядерном полигоне. В этой лаборатории (которая раньше была место сборки ядерных зарядов для испытательных подрывов на полигоне) сейчас расположено четыре критсборки которые используются ядерными лабораториями США для различных экспериментов (в т.ч. довольно мирных - например для измерения дозиметрических констант). Кстати, именно в этой лаборатории началась история Kilopower, т.к. именно здесь расположена критсборка Flattop, на которой в 2011 году провели испытания концептуального прототипа реактора.


Критсборка - донор. Для KRUTSY использована рама и нижняя подвижная система.
Для эксперимента KRUSTY была взята машина Comet, раньше представляющая собой сдвигаемые по вертикали половинки из урановых болванок и отражателей. Теперь сверху разместили собственно Kilopower с вакуумной камерой а подвижной системой на болванку из обогащенного урана надвигали отражатель из оксида бериллия.

Сборка из машины Comet и реактора Kilopower, использованная в эксперименте KRUSTY
После сборки активной зоны (что, кстати, представляет собой отдельный поджанр - с кучей ограничений по наличию рядом людей, материалов) были проведены испытания поведения системы при отказах различных систем. NASA здесь пишет "conducted without power", однако из плана экспериментов вырисовывается несколько другая картина

Сборка активной зоны реактора. Одно из часто встречающихся ограничений при работе с критичными сборками - ограничение на присутсвие людей рядом (скажем не более 2 человек в радиусе 2 метров), что бы не испытывать судьбу наличием большого количества водяных отражателей вокруг оружейного материала. Элементы собираемые инженерами описаны на картинке ниже:

Далее был выполнен физический пуск реактора без системы преобразования с измерениями реактивностных характеристик отражателя и размножающих свойств системы а также, судя по планам - пускового поглощающего стержня из карбида бора, который проектно устанавливается в центре активной зоны и гарантирует незапуск реактора при нештатных ситуациях, например падении при выводе на орбиту
.

Запланированные эксперименты включали в себя вводы реактивности при холодном состоянии реактора в 0,8 и 3 доллара (1 доллар означает превышение над критичностью равное доле запаздывающих нейтронов). При этом происходит рост нейтронной мощности (в случае ввода 3 долларов - быстрый) пока нагрев и расширение топливо не введет отрицательную реактивность и реактор не "успокоится" на определенном уровне мощности.



По планам должны были были измерены размножающие свойства различных элементов сборки при различных температурах.

Здесь надо отметить, что пресс-релиз NASA/DOE весьма скуп на детали, но я на 99% уверен, что именно эти измерения были проведены зимой. Без экспериментальной проверки размножающих свойств реактора ему навсегда бы будет суждено остаться бумажными и не быть допущенным до пусков.

Установка вакуумной камеры на "преобразовательную часть" Kilopower во время зимних тестов.
Наконец, были проведены комплексные испытания системы с пуском реактора и преобразовательной системы, выходом на номинал и прогоном на мощности. Весь тест занял 28 часов, из графика разогрева тепловых труб выше можно предположить что опыт выглядел как "старт за 4 часа + 24 часа работы на номинале". Проводились ли при этом испытания по самоуправляемости реактора (изменение тепловой мощности при изменении нагрузки), не сообщается, но одна картинка из пресс-релиза заставляет предположить, что да, проводились

Сильнокликабельно
На заднем плане тут стойки управления критсборками GODIVA IV и Comet, на экранах можно разглядеть стенд из Comet с Kilopower, отражатель поднят в режим "пуск" и снег на экранах камеры тоже намекает, что это момент длительного прогона. На экранах на заднем столе, надо полагать какие-то ядерные параметры сборки, на экранах ближе к нам - графики температуры с темопар и состояние систем и инструментирования. Зубцы на графиках температуры вполне можно представить себе как включения дополнительных нагрузок. Планы на этот прогон тоже подтверждают эти идею:



На пресс-конференции инженер НАСА еще отметил, что "команда провела испытания последовательности запуска, параметров при работе на номинале, эффективность - причем по всем измеряемым параметрам система удовлетворяет требованиям".

Так или иначе для NASA/DOE это значительный шаг. За предыдущие 40 лет ни один проект гражданского космического реактора не дошел до физпуска, хотя этапы разработки и тепловакуумных испытаний прошли многие. Про военные проекты известно меньше, как минимум для [Видео] испытания зашли весьма далеко - возможно что он был испытан в виде критсборки нулевой мощности. Этот успех невероятен на фоне десятилетий, которые тратили предыдущие, так и не дошедшие до полноценных наземных испытаний, проекты. Однако несмотря на отличную концепцию и успешную наземную отработку, будущее Kilopower неясно.


Концепции миссий к целям в поясе Койпера с применением 10-киловаттной версии Kilopower для обепечения тяги аппаратов.
Область применения подобного реактора хоть и относительно немаленькая, но одновременно и не такая большая: замена РИТЭГам в миссиях автоматических межпланетных станций за пределы орбиты Юпитера, в случае разработки 10 кВт версии - так же снабжение электроэнергией пилотируемых миссий на Луну (хотя относительно миссий на лунный полюс вопрос спорный) и главное - снабжение электропитанием ЭРД миссий к дальним телам солнечной системы. Последняя опция, называемая Nuclear Electrical Propulsion самая продуктивная в смысле улучшения возможностей космических аппаратов и позволяет достичь целей, которые невозможно достичь на химических реактивных двигателях, например орбиты Харона, Плутона и других тел пояса Койпера.

Однако 10 киловаттную версию еще надо разработать. С использованием 380-ваттных тепловых труб, которые есть на прототипе это невозможно, и вообще задача отвести 40 киловатт тепла от относительно небольшой болванки из урана без движущегося теплоносителя выглядит трудной. Вполне возможно, что разработка 10 киловаттного реактора затянется надолго, и неплохо бы найти потребителей и на 1-киловаттную версию, что бы реактор залетал.

Замена же РИТЭГов (особенно их версий со ГДС) мало что дает в силу большого собственного веса Kilopower, кроме потенциального удешевления аппаратов (РИТЭГи обоходятся НАСА в сумму порядка 100 млн долларов за киловатт, явно дороже Kilopower). Мейнстримное проектирование аппаратов НАСА продолжает делать оценки с использованием плутониевых РИТЭГов!


Планируемые НАСА миссии к Нептуну и Урану пока несут на борту РИТЭГи - развитие бортового энергоисточника ровера Curiocity.
Пилотируемые же базы/долговременные миссии где-то на Луне или Марсе же остаются в концептуальной фазе уже много десятилетий, и не похоже, что это та лошадь, которая способна вытащить Kilopower в космос. Собственно даже дальние АМС предусматривают темп запусков 1 раз в 10 лет, а то и реже. Думается, следующий шаг должна сделать именно НАСА, найдя достоенную миссию для Kilopower и сделать его как можно скорее. Будем надеятся, что в ближайший год мы такой выбор увидим, что даст наилучшие шансы на появления нового ядерного реактора в космосе, чего мы не видели уже очень давно.

источник - tnenergytnenergy 
[3 ссылок 57 комментариев 3394 посещений]
читать полный текст со всеми комментариями
blog comments powered by Disqus

Добавить комментарий


Свежие посты

Твиттер

Twitter июля 17, 11:00
Горшочек, вари!!! Лучше с умным потерять, чем с дураком - найти. Вопрос -то у нас случилось в июне? Божья благод http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=8b1928ff-b2ea-4cc5-80ba-29ec4e75c9b8

Twitter июля 17, 10:51
@v_tretyakov Поздравляю, Вы попали в топ твиттера с 569 ретвитами и 186 ответами на 6е место http://www.t30p.ru/t https://twitter.com/v_tretyakov/status/1019112622338297856

Twitter июля 17, 10:51
RT @v_tretyakov: Тот редкий случай, когда я категорически не согласен с патриархом Кириллом. Никакой "коллективной вины" нашего народа за у…

Twitter июля 17, 10:40
Разорили ли чемпопоезда РЖД? Масштаб перевозок на ЧМФ-2018Как и обещал, некоторые итоги по чемпопоездам.Для начала: http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=5490d636-c5f1-48c8-98d4-09515cb89b84

Twitter июля 17, 10:20
Годовщина 100 лет назад совершилось одно из величайших злодеяний насвете. Была убита семья последнего Российского http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=88751418-f58d-4810-b23c-3ebd30c54ecf

Twitter июля 17, 10:00
И о стейке! Дузья! Побывав в нью-йорковских стейкхаусах (да проститДузья! Побывав в нью-йорковских стейкхаусах (да http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=0064b24d-c4ec-44ca-81b7-8ba68f90b775

Twitter июля 17, 09:40
Без единого выстрела: как Трамп капитулировал перед ПутинымЧто произошло на саммите в Хельсинки? Президент США Дона http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=af8a46c4-4a5b-4f08-aa86-a9127a42bff1

Twitter июля 17, 09:20
Правильное питание во время путешествияНастало время рассказать вам как мы питаемся во время наших путешествий. Поп http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=c1151c81-13ed-4168-abd9-143d4a0389b4

Twitter июля 17, 09:00
К чему приводит сожительствоПочему нельзя автоматически приравнивать сожительство к браку, я расскажу на конкретном http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=61bd2382-d9fa-4ad2-8aa6-a255d8bbd0f3

Twitter июля 17, 08:40
Верность флагу США, и нации под БогомВ середине 1990х, когда мне было пятнадцать лет, я перевёлся в самую что ни на http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=0f66f852-75f3-4cfd-83f2-950bf2df43ac

Twitter июля 17, 08:20
Царские серьги Алины Кабаевой произвела фурор на гала-концерте в Большом театреНа гала-концерт в Большом театре, по http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=abb6f684-fb95-4b02-b343-0b56b3c60f06

Twitter июля 17, 08:00
Это Россия, детка, тут запрещено всёНамедни беседовал с одним кипрским товарищем. Тот был очень невысокого мнения о http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=ecfa53c4-0b47-436d-ba38-2659a129a4ee

Twitter июля 17, 07:47
@ramon_merkader Поздравляю, в топе твиттера с 644 ретвитами и 75 ответами на 5е место http://www.t30p.ru/t https://twitter.com/ramon_merkader/status/1018927757974294528

Twitter июля 17, 07:47
RT @ramon_merkader: Вам, народу, нужно понять, что размахивавшая вчера флагом Франции в Париже после финала ЧМ Лиза Пескова наслаждается жи…

Twitter июля 17, 07:26
RT @yttytt: Это тот самый полковник Юрий Здоренко, который грезит, сука, 37-м годом. Получайте в профиль и анфас. https://twitter.com/yttytt/status/1018931850516029440/photo/1

Twitter июля 17, 07:26
@yttytt Поздравляю, Вы попали в топ твиттера с 614 ретвитами и 70 ответами на 6е место http://www.t30p.ru/t https://twitter.com/yttytt/status/1018931850516029440

Twitter июля 17, 07:00
Ещё один дом сдали по реновацииПомню доводы противников реновации, которые утверждали, что главная цель программы э http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=e7d443e2-7686-4e37-addf-ed6c22a686da

Twitter июля 17, 06:32
КС РФ нанесли серию авиа-ударов по позициям джихадистов в н.п. Набе Сакер (Nabe Saker) и Касиба (Qasibah), располож… https://twitter.com/i/web/status/1019107553916145664

Twitter июля 17, 06:00
Как появилась бразильская эпиляцияБыть идеально гладкой. Как шелк. Везде. Что б ни одной волосинки. Кроме, конечно, http://blog.t30p.ru/post.aspx?id=036cc94e-2964-4d98-aca0-708b3188c54f

Twitter июля 17, 05:46
@mdmarylin Поздравляю, Вы попали в топ твиттера с 668 ретвитами и 14 ответами на 5е место http://www.t30p.ru/t https://twitter.com/mdmarylin/status/1018908839553495042

Подпишись в твиттере
 

Рейтинг постов блогосферы