Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время наблюдается новый виток интереса мировых космических держав к исследованию и освоению Луны. В США был произведен успешный запуск сверхтяжелой ракеты с необитаемым модулем ORION [1], Китай осуществил несколько успешных беспилотных миссий [2]. В России в ближайшее время планируется запуск автоматизированной исследовательской станции Луна 25.
Независимо от назначения и сценария миссии, для успешного освоения Луны необходим надежный источник энергии. Таким источником может стать напланетная энергетическая станция, основанная на синергии ядерного и неядерного источников энергии в составе единой энергосистемы лунной инфраструктуры.
При определении облика энергетической установки, авторы, опираясь на отечественный и зарубежный опыт [3, 4], сформировали потенциальный облик энергоблока лунной станции, состав ее оборудования и возможный уровень энергопотребления (~50кВтэ). Были определены достоинства комбинированной энергосистемы относительно энергосистем, состоящих из исключительно ядерных или исключительно солнечных источников энергии. На основании расчетных оценок была определена оптимальная доля ядерной генерации в составе энергосистемы и сформулированы требования к основным параметрам ЯЭУ и фотоэлементам. В то время как солнечные панели давно являются привычным источником электроснабжения в космосе, то задача создания эффективной ядерной энергетической установки (ЯЭУ) напланетного базирования сейчас является особо актуальной для национальных и международных программ [5].
НИЦ «Курчатовский институт» совместно с МГТУ им. Н.Э. Баумана считают перспективной энергетическую установку, включающую малогабаритный автономный высокотемпературный ядерный реактор и систему преобразования энергии (СПЭ), работающую по циклу Стирлинга.
Ядерный реактор является источником тепловой энергии в цикле СПЭ. Конструкция ядерного реактора должна обеспечивать высокую надежность, автономность и естественную безопасность на всех этапах жизненного цикла ЯЭУ. При этом к установке предъявляются жесткие требования по массе и габаритам.
Облик ядерного реактора был сформирован с учетом имеющегося научно-техничного задела в области быстрых жидкометаллических реакторов. Выбор основных элементов конструкции был осуществлен на базе проверенных технических решений.
Использование линейных агрегатов, работающих по циклу Стирлинга, позволяет добиться высокой надежности установки за счет применения модульной компоновки, где единичный отказ одного агрегата не приводит к отказу системы в целом. Кроме того, применение агрегатов Стирлинга практически не накладывает ограничений на выбор теплоносителя ядерного реактора, что позволяет достичь наибольшей эффективности ЯЭУ в целом.
В настоящее время достигнуты значительные показатели ресурса, термодинамической эффективности и надежности линейных машин. Кроме того, имеются устройства, работающие по циклу Стирлинга, выпускаемые в промышленных масштабах для различных назначений [6].
Передачу тепла от реакторного контура к СПЭ предполагается осуществлять за счет высокотемпературных тепловых труб. В атомной отрасли накоплен огромный опыт создания и эксплуатации жидкометаллических тепловых труб, который демонстрирует высокую надежность тепловых труб, как теплопередающих устройств [7].
Таким образом, в работе рассмотрена концепция высоконадежной автономной напланетной космической ЯЭУ электрической мощностью до 50 кВт с высокотемпературным ядерным реактором и системой преобразования энергии, основанной на линейном агрегате Стирлинга. Выполнены оценочные расчеты, показывающие возможность создания такой ЯЭУ, а также обоснована ее эффективность относительно других концепций напланетных энергоустановок.
