Прототип китайского космического реактора мегаваттного класса прошел первые наземные испытания


Один из способов снизить массу энергетической установки, предложенных китайскими ученых, — использовать теплообменник между первым и вторым контурами системы охлаждения в качестве радиационного экрана. Справа — общий вид реактора с разложенным радиатором / © YiCan Wu et al., Scientia Sinica Technologica

Амбициозные проекты по освоению других планет и дальнего космоса еще на стадии предварительной проработки сталкиваются с огромной проблемой своих больших энергетических потребностей. Солнечные панели хороши, надежны и проверены временем, однако их удельная мощность мала. Международная космическая станция несет на себе 2,5 тысячи квадратных метров солнечных панелей, которые вырабатывают в среднем всего 120 киловатт электричества. Хватает для работы орбитальной лаборатории, но ни о каких высокоэффективных электрических двигательных установках речи и быть не может.

Для сравнительно быстрых пилотируемых полетов к другим планетам и тем более на окраины Солнечной системы альтернатив атомным реакторам фактически нет. Поэтому китайские физики-ядерщики работают над перспективными установками, способными обеспечить конкурентоспособность родной нации в новой космической гонке. Это очень сложная и дорогостоящая задача, прогресс в выполнении которой можно проследить по недавней публикации в рецензируемом журнале Scientia Sinica Technologica. Ее авторы — сотрудники полутора десятков ведущих научных организаций Поднебесной.

В статье рассматривается проект ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, газовой турбиной и системой охлаждения на основе теплотрубок. В качестве теплоносителя первого контура выступает литий, второго контура — гелий-ксеноновая смесь. Теплотрубки охладителя заправляются сплавом калия и ртути. Расчетная тепловая мощность — шесть мегаватт, электрическая — до полутора мегаватт нетто, еще 50 киловатт тратится на внутренние нужды реактора (насосы, подогреватели, система управления).

В разделе публикации с предварительными анализом существующих наработок в области аналогичных установок авторы объяснили, почему выбрали именно такую схему. Если вкратце, она оптимальна по соотношению удельной мощности, надежности и массы для выбранных задач и диапазона мощностей. Газофазные реакторы устроены проще (теплоноситель первого контура можно сразу направлять в газовую турбину), но требуют более тяжелого экранирования, а их рабочие температуры выше. Жидкометаллические реакторы с тепловыми трубками в первом контуре теплообмена обещают более высокую устойчивость к потенциальным отказам за счет простоты конструкции, однако удельная мощность такой установки будет существенно меньше.

При массе чуть менее восьми тонн перспективная китайская космическая ядерная энергетическая установка в сложенном виде умещается под обтекателем высотой 12 метров и диаметром 4,4 метра — это немало, но по плечу даже ракетам-носителям среднего класса. Слева показан реактор с разложенным радиатором / © YiCan Wu et al., Scientia Sinica Technologica

По всем остальным основным узлам перспективной энергетической установки китайские ученые проводят похожий разбор. Наиболее интересен выбор теплоносителя первого контура — это не калий или натрий, обычные для жидкометаллических реакторов, а литий. Его удельная теплоемкость в несколько раз выше, вдобавок он остается жидким вплоть до температуры в 1615 градусов. А чем выше температура горячей части тепловой машины, тем выше ее эффективность при прочих равных.

Проблема только одна: таких реакторов еще никто не делал, есть некоторые наработки у США и Японии, но за пределы лабораторий они не выходили. Следовательно, специалистам из КНР предстоит решить множество сложнейших задач в области материаловедения.

Потенциальным трудностям в разработке посвящена большая часть статьи китайских ученых. Среди них:

  • разработка вольфрамовых, рениевых и молибденовых сплавов, технологии изготовления металлических композитов из них для трубопроводов первого контура (а также методов обработки и сварки таких материалов);
  • испытания и доводка сепаратора для отделения гелия от лития (он вырабатывается при облучении) в первом контуре, который должен работать в невесомости (ранее их испытывали только на Земле);
  • создание материалов для лопаток газовой турбины, которой предстоит на протяжении десятилетий непрерывно работать при температуре 1500 градусов;
  • отработка технологий изготовления углерод-углеродных композитов для основного радиатора системы охлаждения (в листах которого будут заключены теплотрубки);
  • разработка уран-нитридного керамического ядерного топлива.

Особый акцент китайские ученые сделали на том, что эти, а также многие другие недостающие знания и технологии в той или иной степени получили развитие за рубежом. Авторы статьи выделили несколько направлений работы для национальных научно-исследовательских учреждений, требующих повышенного внимания и финансирования. Лишь тогда, по мнению исследователей, к 2035-2050 годам, когда и понадобится такой космический реактор, Китай будет им обладать. В противном случае страна рискует отстать от других участников космической гонки XXI века.

Фото прототипа части агрегатов перспективной космической атомной энергетической установки / © YiCan Wu et al., Scientia Sinica Technologica

Немалая часть требующихся технологий уже отрабатывается. Например, недавно (когда именно — не сообщается) наземные испытания прошел прототип теплообменника между первым и вторым контурами будущего реактора. В тесте удалось проверить коррозиестойкий трубопровод для литиевого теплоносителя, электромагнитный насос и гелий-ксеноновую турбину. Доказательство работоспособности концепции получено, далее требуются усовершенствования, необходимые для полноценной работы установки длительное время.


Source: https://lib.zaplata.ru/spas/prototip-kitaiskogo-kosmicheskogo-reaktora-megavattnogo-klassa-proshel-pervye-nazemnye-ispytaniia.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Грузовой космический корабль «Прогресс МС-25» пристыковался к МКС

 © www.roscosmos.ru Сегодня в 14:18:33 по московскому времени грузовой корабль «Прогресс МС-25» причалил к малому исследовательскому модулю «Поиск» российского сегмента Международной космической...

ЕКА перезапустило программу ExoMars. Без России

Один из важнейших инструментов ровера «Розалинд Франклин» — бур, способный проникать в грунт Марса на глубину до двух...

Первая за полвека лунная миссия пилотируемого корабля завершилась успешно

Момент приводнения корабля Orion, запечатленный со спасательного судна в Тихом океане / ©NASA / Автор: Milonia Larcius Как...

Starship: проверка орбитальной баллистикой уже не за горами

Ракета Starship в сборе на стартовом комплексе в Starbase, Бока-Чика / ©SpaceX / Автор: Наталья Федосеева Полетная схема...

«Вычерпать до конца». Рогозин сообщил, когда появится российская многоразовая ракета «Амур-СПГ»

Старт ракеты-носителя с космодрома Восточный / © РИА Новости / Автор: Plinia Abito «Роскосмос» не планирует производить многоразовую...

Космические силы США планируют провести первые военные учения на орбите

В последние годы некоторые крупные державы, среди которых США и Россия, намекают, пусть и не открыто, о своих...

Starship впервые достиг космоса, но обе ступени взорвались — по пока не совсем ясным причинам

Вторая попытка запуска Starship, в 16 часов по Москве, 18 ноября 2023 года / © SpaceX / Автор:...

Космический грузовик «Прогресс МС-26» прибыл на МКС

 © www.interfax.ru Транспортный грузовой корабль «Прогресс МС-26», стартовавший в четверг с космодрома Байконур, пристыковался к Международной космической станции (МКС). Пристыковка к служебному модулю...

Армения станет тестовым полигоном для аналоговой симуляции высадки человека на Марс

Предыдущая «марсианская миссия» прошла в 2020 году в Израиле / © futurezone.at / Автор: Екатерина Лебедева Если миллиардер...

Запущенные с Восточного 17 российских и один иранский малые спутники выведены на орбиты

 © www.roscosmos.ru Сегодня в 08:43:26,263 по московскому времени с площадки 1С космодрома Восточный проведен пуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат», гидрометеорологическим космическим...

В России заявили о разработке космоплана для полета на орбитальную станцию РОС

Владимир Соловьев / © ТАСС / Автор: Никита Тарасов Прорабатываемый космоплан «представляет собой летательный аппарат с композитным планером...

Европейское космическое агентство заставит добровольцев 60 дней лежать вниз головой

Занятия в центрифуге тоже будут / © Европейское космическое агентство / Автор: Caristania Fabricius Двенадцать добровольцев поучаствуют в...

США лишились перспективных плавучих космодромов

Концепт плавучего стартового стола для многоразовой космической системы SpaceX Starship с первой ступенью Super Heavy / ©SpaceX /...

РКЦ «Прогресс» — производство ракет-носителей в Самаре

 © img.geliophoto.com С момента запуска первой ракеты-носителя «Союз» прошло 58 лет. За это время почти 2000 ракет доставили на орбиту корабли с космонавтами,...

Четыре добровольца целый год проживут в симуляторе Марса

Симулятор находится в Космическом центре NASA / © Mark Felix/AFP / Автор: Cloelia Andronicus Прежде чем отправлять первую...

«Чандраян-3» сделал свое первое открытие на Луне

Луноход «Прагъян» выезжает из посадочного модуля «Викрам» / © ISRO / Автор: Артем Фомин Индийское космическое агентство (ISRO)...

Образцы грунта с астероида Бенну содержат важные для возникновения жизни элементы

Материал с астероида Бенну, собранный вне основного контейнера / © NASA / Автор: Godefridus Victorinus Спустя две недели...

С космодрома Плесецк запущен спутник в интересах Министерства обороны

 © www.roscosmos.ru По сообщению Министерства обороны Российской Федерации, сегодня в 11:48 по московскому времени с Государственного испытательного космодрома Минобороны России Плесецк в Архангельской области...

Образцы астероида Бенну едва не потеряли из-за перепутанных проводов

Специалисты NASA и Lockheed Martin осматривают возвращаемую капсулу OSIRIS-REx сразу после ее приземления 24 сентября 2023 года /...

«Чандраян-3» успешно сел на Луну с планетоходом на борту

Садящийся на Луну «Чандраян-3» в представлении художника / © ISRO / Автор: Александр Литвинов В 15:33 по московскому...