Атомная космическая электростанция (АКЭС)
      АЭС обладают большими преимуществами перед другими ЭС - огромная мощность и значительная разница теплотворной способности и масс ядерного и органического топлива, о главном их недостатке я уже упоминал, но можно прибавить сложность и трудоёмкость эксплуатации, дороговизну обслуживания, тот факт, что территория станции, как и близлежайшие территории приходят в негодность после окончания кампании. Как я уже говорил, избавиться от этих недостатков можно, разместив АЭС в космосе на геосинхронной орбите (порядка 36000 км), что обеспечивает зависание станции над определённом пунктом на земной поверхности, или на Луне.

Общее описание:
   АКЭС будет состоять из следующих структур: реактор, устройства преобразования тепловой энергии в электрическую, арматура, перегрузочный контейнер, система замены ТВЭЛ, системы обеспечения и безопасности, система подачи энергии на передающее устройство, передающее устройство, система общего управления всей станцией. Станция будет представлять собой систему соединённых между собой и с передающим устройством (устойствами) реакторов. Работу мы планируем полностью автоматизировать и управлять ею с Земли.

   В космическом пространстве сейчас находятся 55 ядерных реакторов.

   Использование атомной-тепловой энергии тоже можно разделить на машинное и безмашинное, но на этот раз я начну с безмашинного.

   Физико-энергетический институт является инициатором решения проблемы прямого преобразования ядерной тепловой энергии в электрическую. Прямое преобразование имеет решающие преимущества по сравнению с машинным для автономных реакторных энергоустановок сравнительно небольшой мощности (от 3 кВт до 3-5 МВт) и большой ресурсоспособности (от 3 лет непрерывной эксплуатации до 10 лет в перспективе).

   В 50-х годах начаты работы по созданию реакторной термоэлектрической энергоустановки "БУК" с малогабаритным реактором на быстрых нейтронах и находящимся вне реактора термоэлектрическим генератором на полупроводниковых элементах. Более 30 установок "БУК" эксплуатировались на космических аппаратах серии "Космос" в течение ряда лет.
В1958 г. в институте начаты широкие исследования в обоснование разработки и создания реактора-преобразователя с более перспективным, термоэмиссионным принципом прямого преобразования энергии. Термоэмиссионное преобразование по сравнению с термоэлектрическим позволяет увеличить к.п.д., повысить ресурс и улучшить массогабаритные характеристики энергоустановки и космического аппарата в целом.

   Первого в мире термоэмиссионный реактор-преобразователь на промежуточных нейтронах "Топаз". Семь образцов энергоустановки с этим реактором-преобразователем в 1970-1984 гг. прошли серию наземных энергетических испытаний на специальном испытательном стенде ФЭИ. Установки "Топаз" дважды испытаны в качестве бортового источника электропитания на спутниках серии "Космос".

   Принцип работы термоэлектрических и термоэмиссионных преобразователей мы уже рассматривали, только в этом случае горячую сваю греет не солнце, а реактор.

   Дальнейшие перспективы повышения мощности, улучшения энергетических и массогабаритных характеристик и ресурсоспособности термоэмиссионных энергоустановок открывает использование реактора-преобразователя на быстрых нейтронах (без замедлителя) с натрий-калиевым или литиевым теплоносителем. Реализация концепции быстрого реактора-преобразователя с литиевым охлаждением позволяет решить задачу создания установки электрической мощностью 500-1000кВт и более. В настоящее время проводятся исследования по быстрым реакторам-преобразователям различной мощности.
Машинные преобразователи более похожи на своих земных коллег по большой энергетике, работающих на газо-турбинных и паротурбинных схемах. И устроены в принципе также. Но, в силу условий своего размещения и технических решений о которых будет рассказано чуть позже, будут отсутствовать следующие компоненты: бассейн выдержки, газгольдеры, коммуникации технической воды, системы вентиляции, деаэратор. Во время работы реактора нужно будет заменять различные внутрикорпусные устройства, датчики контроля, фильтры ионообменной установки 1 контура.

   Думаю, что для АКЭС следует использовать одноконтурную схему, т. к. двухконтурная схема лучше лишь тем, что надёжнее предотвращает возможность попадания радиоактивных веществ за пределы энергоносителя. Хотя если вопрос безопасности станет особенно остро, то второй контур не сильно отяготит станцию.

   На земле технологический конденсатор охлаждается так называемой технической водой, но, поскольку температура в космическом пространстве -140 градусов Цельсия, мы предлагаем охлаждать конденсатор излучением, отдалить его на некоторое расстояние от реактора и увеличить его площадь соприкосновения с космической средой. Излучением также будут охлаждаться выработанные ТВЭЛ, некоторое вспомогательное оборудование, турбины, теплообменники. Такие же части как сам реактор, трубы подающие пар от реактора к генератору, парогенератор будут утеплены, чтобы выходная мощность станции не снизилась.

Системы обеспечения и безопасности:
   Выход АЭС из нормального состояния работы весьма опасно и в космосе, поэтому её потребуется защитить. Защита АКЭС будет состоять из четырёх защитных барьеров. Первым барьером будет служить оболочка ТВЭЛ. В качестве оболочки ТВЭЛ могут использоваться циркониевые и алюминиевые сплавы, нержавеющую сталь. Оболочка должна герметизировать топливо и надёжно отделять его от теплоносителя, чтобы исключить их взаимодействие и вынос продуктов деления в парогенераторы или промежуточные теплообменники в течении всего периода эксплуатации ТВЭЛов в реакторе. Второй барьер представляет собой корпус реактора и первый контур. Третий барьер - защитная оболочка (контейнмент), она служит для предупреждения выброса радиоактивных веществ в окружающую среду в случае разгерметизации первого контура, а также для предохранения реактора от механического разрушения. Защитная оболочка будет включать в себя только корпус реактора, за её пределами останутся трубопровод первого контура и парогенератор. Она может быть изготовлена из нержавеющей стали. Последний барьер в основном направлен на предотвращение аварии или на её остановку. Он состоит из системы управления и защиты, системы воздействия на реактивность, системы внутриреакторного контроля, системы диагностики, системы аварийного расхолаживания активной зоны, дозиметрической системы (измерение активности отходов), разбрызгивающих устройств для охлаждения активной зоны в случае её обезвоживания. Система управления и защиты будет представлена датчиками контроля нейтронного потока, электронной аппаратурой, исполнительными устройствами в виде электромеханических приводов для перемещения стержней. Для надёжности реактор должен иметь как минимум две системы воздействия на реактивность основанных желательно на разных принципах, в реакторах АКЭС мы предлагаем использовать поглощающие стержни и ввод борной кислоты. Система диагностики будет представлена современным методом ультразвукового контроля герметичности оборудования. Система аварийного расхолаживания реактора будет основываться на пассивной схеме (с естественной циркуляцией теплоносителя).

Замена и утилизация ТВЭЛ:
   Главное достоинство АКЭС - в утилизации использованного ТВЭЛ. Мы предлагаем весьма смелое решение - отправлять использованные ТВЭЛ на солнце.

   Для доставки мы предлагаем использовать систему МКС "Энергия-Буран" или западные аналоги. В грузовом отсеке будет находиться специальная "тележка", на которой будут расположены новые ТВЭЛ, массой 22т (столько надо ежегодно добавлять в каждый реактор ВВЭР-1000) (см. рис.). Мы предлагаем следующую схему загрузки-разгрузки ТВЭЛ: реактор останавливают; Буран приближается к станции; грузовой отсек открывается и из него выводится "тележка"; она стыкуется со станцией; станция, при помощи манипулятора, достаёт истощённые ТВЭЛ и ставит их в пустой контейнер, прикреплённый к ней снаружи; манипулятор перемещает новые ТВЭЛ в реактор, а старые ставит на "тележку"; "тележка" включает плазменные двигатели и уходит к Солнцу. Весь процесс будет управляться с Земли. Удельный импульс плазменных двигателей может достигать 100 км/с, а тяга составляет несколько ньютонов. Чтобы покинуть орбиту земли и упасть на солнце носитель ТВЭЛ должен обладать скоростью в 11,2 км/с, что возможно при существующих характеристиках плазменных двигателей. Двигатели буду работать пока "тележка" не достигнет того участка, когда она сможет продолжить путь к Солнцу под действием его гравитационных сил. Путь от Земли до этого участка не сложно найти. В связи со сложностью публикования расчётов в интернете я представлю вам только результат - 258941805,3 метра.

Транспортёр для доставки ТВЭЛ на АКЭС и для сгрузки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) на Солнце

   МКС "Энергия-Буран" может доставить в космос 30 тонн груза, из них 22 тонны - топливо, поэтому масса носителя ТВЭЛ не должна превышать 8 тонн (мы думаем, что этого вполне достаточно, например, масса космического корабля "Союз" - 6 тонн). В реакторе ВВЭР-1000 образуется 40-50 кг осколков на тонну топлива, поэтому масса загруженной "тележки" перед отправлением на Солнце не будет превышать 50*22 + 8000 = 9100 кг.

   Поскольку отходы производства утилизируются сразу после их выемки из реактора, и не один компонент, участвующий при этом не возвращается на Землю, то нет нужды в бассейне выдержки, чья функция заключается в снижении радиоактивности отходов перед их захоронением.

   Вы только посмотрите, какие выгоды мы получаем. На Земле высокоактивные выработанные ТВС сначала отправляются в бассейн выдержки, где устанавливаются в специальные пеналы, которые затем герметизируют крышкой, и хранятся там 10 лет под слоем воды; затем ТВС загружаются в специальные железнодорожные вагоны-контейнеры и перевозятся на радиохимический завод; после обработки на радиохимическом заводе отходы везут к месту захоронения. Конечно, каждый шаг строго контролируется, но риск все ровно очень большой, да и хранить на Земле высокоактивные отходы не безопасно для экологии планеты. На АКЭС всё происходит в несколько действий. Вероятность попадания ионизирующего излучения на Землю весьма мала даже в случае нештатной ситуации, планета отделена от станции 36000000 метрами, озоновым слоем. А что делают с земной АЭС по истечении максимального срока его работы? Территория, на которой она стояла, как и близлежащая территория, становиться непригодной для жизни и хозяйства на многие годы. В космосе от находящегося в состоянии аварии или исчерпавшего свой потенциал реактора можно избавится также как и от его отходов, отправить его в пекло звезды при помощи "эвакуатора", доставляемого в космос МКС "Энергия-Буран", конструктивно мало отличающегося от ежегодно обслуживающих реактор "тележек".

Тросовые генераторы
   Более десятилетия активно разрабатываются тросовые системы, обеспечивающие как стыковку, так и необходимые инерционные характеристики при вращении тела вокруг его центра масс. Теорию тросовых систем разработал профессор Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова В. Белицкий. Американцы развётывали двойные системы, соединённые тосом или кабель-тросом длиной до 20 километров, рассматривая их как чисто механические или электромагнитодинамические.

   Размещенные на орбите, они покачиваются (либрируют) относительно вертикали, разделение связи переводит концевые массы на новые орбиты. Подбирая длину троса, амплитуду либрации и момент разделения, удается существенно поднять апоцентр орбиты верхней массы и опустить перицентр нижней.

   Отсюда могла найти применение схема подъема связки блоков "Мира" при спуске лишь двух 20-тонных модулей - аварийного "Спектра" и отслужившего "Кванта-2". Дополнительно используя один аппарат "Союз", с некоторыми механическими приспособлениями и одноразовой тросовой шпулей, возможно состыковать его с "Квантом-2" и "Спектром", развернуть станцию так, чтобы они оказались впереди по; вектору скорости, отделить их.

   Активным маневром связка ушла бы вперед и вниз с развертыванием троса, началась бы ее либрация под действием гравитационного поля. При прохождении вертикали один из модулей отделился бы и начал спускаться, сообщая импульс верхней массе, тем самым переводя станцию на более высокую орбиту. Через 1,5 - 2,5 витка в апоцентре отделился бы второй спускаемый модуль, сформировав "Миру" новую, почти круговую орбиту.

   Эффекты троса при разделении связки могут усиливаться и корректироваться с помощью двигателей, точки разделения должны сочетаться с районами падения фрагментов.

   Таким образом, отделение и сброс двух аварийных модулей обеспечил бы подъем станции на 40-60 км в зависимости от длины тросов, для чего понадобилась бы работа всего одного дополнительного "Союза".

   Сохранение и использование в будущем модулей "Кристалл" и "Природа" в комплекте новой станции позволили бы сэкономить средства, приблизительно соответствующие четырехлетнему бюджету Росавиакосмоса! Тогда появилась бы "эстафетная палочка" - сбереженные на орбите модули как основа новой обитаемой научной станции...

   Сейчас поясню для чего я сделал такое отступление казалось бы в сторону от выбранной тематики.

  Во-первых, механические и электромеханические трсовые устройства, двигаясь в магнитном поле Земли, позволяют превращать МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ ДВИЖЕНИЯ СТАНЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И НАОБОРОТ! В электропроводящем, вертикально ориентированном 10-ти километровом тросе, летящем по круговой орбите высотой 420 км и наклонением 51,6 градуса (орбита станции "МИР") наводится ЭДС (электродвижущая сила) 1200 В, что позволяет снимать с него электрическую мощность 5 кВт при силе тока 7,7 А. Но при этом на конструкциюдействует тормозящая сила 1,2 Н, способная за один виток уменьшить высоту орбиты 400-тонной станции на 30 м.

   Во-вторых, такую технологию корректировки станции можно использовать и на космической ЭС. Если же подать на тот же проводник (описанный в предыдущем абзаце) ток силой 10 А в противоположном направлении (например, от солнечных батарей мощностью 16 кВт), то возникнет разгоняющая сила в 1,6 Н, которой ожно не только компенсировать аэродинамическое сопротивление, но и увеличить высоту орбиты. Это позволит сэкономить средства на доставке топлива на станцию, а его при существенных размерах станции понадобится много.

Хотите высказатся по поводу космической энергетики? ВЫССКАЗЫВАЙТЕСЬ!

Хочешь прислать свою статью? Шли её СЮДА!