Кіріспе

АҚШ Әуе күштері үшін эксперименталды ядролық қуатпен жұмыс істейтін спутник. SNAP 10A (Systems for Nuclear Auxiliary Power, сондай-ақ Space Nuclear Auxiliary Power Shot деп те аталады, SNAPSHOT бағдарламасының OPS 4682 бөлігі ретінде белгілі). Бұл сынақ орбитада ядролық реактордың жұмыс істеген алғашқы жағдайы және орбитада иондық қозғалтқыш жүйесінің алғашқы жұмысы болды. Бұл АҚШ-тың ғарышқа ұшырған жалғыз ядролық реакторлық қуат жүйесі. Реактор 43 күннен кейін ядролық емес электр компонентінің бұзылуына байланысты жұмысын тоқтатты. Systems Nuclear Auxiliary Power Program реакторы 1950 және 1960 жылдардың басында АҚШ Атом энергиясы комиссиясының қадағалауымен спутниктерді пайдалану үшін әзірленді.

Тарих

Ядролық көмекші қуат жүйелері (SNAP) бағдарламасы 1954 жылы аяқталған Рэнд корпорациясының барлау спутниктерін зерттеу жобасы, «Feedback» нәтижесінде әзірленді. Ұсынылған спутниктердің кейбіреулері жоғары қуат талап ететін, тіпті бірнеше киловатқа дейін жететін болғандықтан, АҚШ Атом энергиясы комиссиясы (AEC) 1951 жылы өнеркәсіптен ядролық электр станцияларын зерттеуді сұрады. 1952 жылы аяқталған бұл зерттеулер ядролық электр станцияларының спутниктерде пайдалануға техникалық тұрғыдан мүмкін екенін көрсетті. 1955 жылы AEC екі параллель SNAP ядролық қуат жобасын бастады. Бірі, «Мартин компаниясымен» келісімшарт бойынша, генераторлары үшін қуат көзі ретінде радиоизотоптық ыдырауды пайдаланды. Бұл станцияларға SNAP 1-ден басталатын тақ нөмірлі SNAP белгілері берілді. Екінші жоба энергия өндіру үшін ядролық реакторларды қолданды және «Солтүстік Америка авиациясының» Атомдық халықаралық бөлімімен әзірленді. Олардың жүйелеріне жұп SNAP белгілері берілді, алғашқысы SNAP 2 болды.

Құрылыс

SNAP 10A үш негізгі компоненттен тұрады: 1) жылу шығаратын шағын бөліну реакторы, 2) жылудың бір бөлігін электр энергиясына түрлендіретін энергия түрлендіргіші және 3) пайдаланылмаған жылуды сәулелендіретін радиатор. Реакторды басқару үшін реактордың сыртына нейтрондарды кері шағылыстыратын рефлекторлар орналастырылды. Рефлекторлар бериллий қабатынан жасалған, бұл реактордың бөліну процесін бастауға және сақтауға мүмкіндік берді. Рефлекторлар жарылғыш бұрандамен бекітілген ұстағыш лентамен бекітілді. Рефлектор құрылымнан шығарылғанда, реактор ядролық бөліну реакциясын жалғастыра алмай, толығымен өшті. SNAP 10A-да эвтектикалық натрий-калий (NaK) қорытпасы салқындатқыш ретінде қолданылды. NaK сұйық металл тогы бар сорғы арқылы реактордың активтік аймағы мен термоэлектрлік түрлендіргіштер арқылы айналымға келтірілді. Термоэлектрлік түрлендіргіштер (ұзын ақ "алжапқыш" деп белгіленген) – силиций-германий материалдары, жылулық тұрғыдан байланысқан, бірақ NaK жылу тасымалдау ортасынан электрлік тұрғыдан оқшауланған. Термоэлектрлік түрлендіргіштің бір жағындағы NaK температурасы мен екінші жағындағы ғарыш суығы арасындағы температура айырмасы электр потенциалын және пайдалы электр энергиясын тудырды.

Ұшыру және орбиталық жұмыс

SNAP 10A 1965 жылғы 3 сәуірде Ванденберг әуе күштері базасынан ATLAS Agena D зымыранымен Жердің төменгі орбитасына, шамамен 1300 шақырым биіктікке ұшырылды. Бұл сәл кері полярлық орбитада орналасқан – бұл зымыраның түскен бөліктері мұхитқа түсуін қамтамасыз етті. Оның термоэлектр элементтерінен құралған ядролық электр көзі бір жыл бойы 500 ваттан астам электр қуатын өндіруге арналған еді. 43 күннен кейін ғарыш аппаратындағы кернеуді реттегіш – SNAP реакторымен байланысы жоқ – істен шығып, реактор ядросы максималды 590 ватт қуатқа жеткеннен кейін тоқтатылды. 1965 жылғы жүйелік бұзушылықтан кейін реактор Жер орбитасында 4000 жылға қалды. 1979 жылдың қараша айында аппарат бөлшектерді төгіле бастады, соңында 50 анықталатын сынық бөлігі жоғалды. Себебі белгісіз, бірақ бұл соқтығысу нәтижесі болуы мүмкін. Басты бөлігі өз орнында болғанымен, радиоактивті материалдар тарап кеткен болуы мүмкін. Кейінірек, 2008 жылы жарияланған және Haystack деректеріне негізделген зерттеулер 10 см-ден кішкентай тағы 60-тан астам сынық бөлік бар екенін көрсетеді.

Иондық қозғалтқыш

SNAPSHOT сынағына екіншілік жүк ретінде цезий иондық қозғалтқышы енгізілді, бұл орбитада жұмыс істейтін электр қуатымен жұмыс істейтін ғарыш аппараттарының қозғалту жүйесін сынаудың алғашқы мысалы болды (1964 жылғы SERT 1 суборбитальдық сынағынан кейін). Иондық сәуле қуат көзі 4500 В және 80 мА кернеуде жұмыс істеді, шамамен 8,5 мН итермелеу күшін қамтамасыз етті. Айдахо Ұлттық зертханасы SNAP 10A ұшырылғанға дейін Солтүстік сынақ алаңында SNAP ядролық реакторларының үш жойғыш сынағын өткізді. 1964 жылғы 1 сәуірдегі SNAPTRAN 3 жойғыш эксперименті ракетаның мұхитқа құлауын модельдеді, мақсатты түрде радиоактивті қалдықтарды Айдахо шөліне таратып жіберді. Радиоактивті материалдарды пайдаланумен жүргізілген сынақтар мен әзірлемелер бұрынғы Atomics International Santa Susana Field Laboratory (SSFL) нысандарында қоршаған ортаның ластануына әкелді. АҚШ Энергетика министрлігі радиоактивті ластануды анықтау және оны жою үшін жауапты. (SSFL сонымен қатар Rocketdyne компаниясының, негізінен NASA үшін ракеталық қозғалтқыштарды сынау және әзірлеу үшін пайдаланылды.) DOE веб-сайты нысанды тазалауға қолдау көрсетіп, SSFL-дегі ядролық энергияның тарихи дамуын, соның ішінде қосымша SNAP сынақтары мен әзірлемелері туралы ақпаратты ұсынады.

Қатысушы жұмыстар мен жалғастыру бағдарламалары

Atomics International сонымен қатар Santa Susana Field Laboratory-де SNAP эксперименталды реакторы (SER), SNAP 2, SNAP 8 даму реакторы (SNAP8 DR) және SNAP 8 эксперименталды реакторы (SNAP 8ER) блоктарын қоса алғанда, басқа да ықшам ядролық реакторларды әзірледі және сынақтан өткізді (Санта-Сусана далалық зертханасындағы ядролық қосымша қуат жүйелері мақаласын қараңыз). Atomics International сонымен қатар Sodium Reactor Experiment, АҚШ-тың электр энергиясын халыққа тарату жүйесіне жеткізуге арналған алғашқы ядролық электр стансасын салған және пайдаланған. 30-дан астам кішкентай ядролық реактор советтік RORSAT спутниктерімен ғарышқа жіберілді; сондай-ақ, әлемде (көбінесе АҚШ және КСРО) ғарыш миссияларында 40-тан астам радиоизотоптық термоэлектр генераторлары қолданылды.