Кіріспе
1960 жылдардағы НАСА бағдарламасы спутниктер үшін ядролық реакторларды жасап, сынақтан өткізді. Жүйелік ядролық көмекші қуат (SNAP) бағдарламасы - 1960 жылдары НАСА ұшқан тәжірибелік радиоизотоптық термоэлектр генераторлары (RTG) және ғарыш ядролық реакторлары бағдарламасы. SNAP бағдарламасы 1954 жылы аяқталған Рэнд корпорациясының барлау спутниктерін зерттеу жобасының нәтижесі ретінде жасалды. Ұсынылған спутниктердің кейбіреулері жоғары қуатты талап еткендіктен, кейбіреулері бірнеше киловаттқа дейін жоғары болғандықтан, АҚШ Атом энергиясы комиссиясы (AEC) 1951 жылы өнеркәсіптен ядролық электр станцияларының зерттеулерін сұрады. 1952 жылы аяқталған бұл зерттеулер ядролық электр станцияларының спутниктерде пайдалануға техникалық тұрғыдан жарамды екенін анықтады. 1955 жылы АЭК екі қатарлы SNAP ядролық электр жобаларын бастады. Мартин компаниясымен келісімшарт жасасқан бір компания генераторлары үшін электр энергиясының көзі ретінде радиоизотоптық ыдырауды қолданды. Бұл зауыттарға SNAP 1-ден басталатын тақ нөмірлі SNAP атаулары берілді. Екінші жоба энергия өндіру үшін ядролық реакторларды қолданды және оны Солтүстік Америка авиациясының Атомдық халықаралық бөлімі әзірледі. Олардың жүйелеріне жұп SNAP атаулары берілді, біріншісі SNAP 2.
The Systems Nuclear Auxiliary POWER (SNAP) program was a program of experimental radioisotope thermoelectric generators (RTGs) and space nuclear reactors flown during the 1960s by NASA. The SNAP program developed as a result of Project Feedback, a Rand Corporation study of reconnaissance satellites completed in 1954. As some of the proposed satellites had high power demands, some as high as a few kilowatts, the U. S. Atomic Energy Commission (AEC) requested a series of nuclear power plant studies from industry in 1951. Completed in 1952, these studies determined that nuclear power plants were technically feasible for use on satellites. In 1955, the AEC began two parallel SNAP nuclear power projects. One, contracted with The Martin Company, used radio isotopic decay as the power source for its generators. These plants were given odd numbered SNAP designations beginning with SNAP 1. The other project used nuclear reactors to generate energy, and was developed by the Atomics International Division of North American Aviation. Their systems were given even numbered SNAP designations, the first being SNAP 2.
Жалғыз санды SNAP: радиоизотопты термоэлектр генераторлары
Радиоизотоптық термоэлектр генераторлары электр энергиясын өндіру үшін радиоактивті ыдыраудың жылуын пайдаланады.
SNAP-1
SNAP 1 - бұл ешқашан іске асырылмаған сынақ платформасы, ол жылу беру сұйықтығы ретінде сынақ циклында сынақ циклында 144 церийді қолданады. 2500 сағат бойы сәтті жұмыс істеді.
SNAP-3
SNAP 3 ғарыш миссиясында пайдаланылған алғашқы RTG болды (1961). АҚШ-тың Транзит 4А және 4Б навигациялық спутниктерімен ұшырылған. Бұл RTG электр қуаты 2,5 Вт болды. 1960 жылдардың ортасында кем дегенде алты бірлік SNAP 7A мен SNAP 7F атауларымен орналастырылды. SNAP 7D 30 Вт электр қуатын өндірді
SNAP-11
SNAP 11 - бұл ай түнінде Surveyor зондтарын қуаттандыруға арналған эксперименталды RTG. Куриум 242 RTG 130 күн бойы 900 ваттты жылу энергиясын пайдалана отырып, 25 ватт электр энергиясын өндірмек. Олардағы сулы НАК терморегулятор жүйесі және артық жылуды шығаратын жылжымалы қақпақ бар еді. Олар Surveyor миссиясында қолданылмаған. Жалпы, SNAP 11 отын блогы генератордың ішкі көлемін алып тұратын цилиндрлі көп материалды блок болып табылады. ТЗМ (молибден қорытпасы) отын капсуласы, 242 куриймен (Cm2O3 иридий матрицасында) отын блогының ортасында орналасқан. Капсула диаметрі шамамен 2 1/4 дюйм болатын платиналық сферамен қоршалған, ол қалқандық қамтамасыз етеді және соққы кезінде энергияны сіңіретін болып табылады. Бұл жиынтық графит пен бериллийдің кіші жиынтықтарына қосылған, олар жылуды дұрыс бөлуді және абляциялық қорғауды қамтамасыз етеді. (қазіргі Teledyne Energy Systems) деп аталады. Плутоний-238-мен қоректендірілген екі қатарлы қорғасын теллуридті термопара генераторлары бастапқыда шамамен 30 Вт электр қуатын өндірді. Nimbus 3 Nimbus B1 сынағынан алынған отынмен SNAP 19B қолданды. SNAP 19 пионері 10 және 11 миссиясын қуаттандырады. Олар 2N PbTe және p типті TAGS 85 термоэлектрлік элементтерін қолданды. Модификацияланған SNAP 19B Viking 1 және Viking 2 қондырғыштарында қолданылды. SNAP 19C-і Уттаракханд штатындағы Нанда Девидегі телеметриялық массивті қуаттандыру үшін пайдаланылды. Бұл операцияны ЦРУ Қытайдың зымыран ұшыруын бақылау үшін жүргізді.
SNAP-21 және 23
SNAP 21 және SNAP 23 су асты пайдалану үшін жобаланған және стронций 90 радиоактивті көз ретінде стронций оксиді немесе стронций титанаты ретінде салынған. Олар он ватт электр қуатын өндірді.
SNAP-27
Бес SNAP 27 қондырғысы Аполлонның 12, 14, 15, 16 және 17-ші айларында Айға тасталған Аполлонның Жер бетіндегі эксперименттер пакеттеріне (ALSEP) электр қуатын қамтамасыз етті. SNAP 27 қуат көзі шамамен 20 кг салмақта, ұзындығы 46 см, диаметрі 40,6 см. Ол терможелістердің концентрикалық сақиналарымен қоршалған орталық отын капсуласынан тұрады. Термопараның сыртында термопараның суық жағындағы жылуды қабылдамау үшін пластиналар жинағы орналасқан. SNAP құрылғыларының әрқайсысы 30 VDC-те шамамен 75 Вт электр қуатын өндіреді. Әр құрылғының энергия көзі - шамамен 1250 Вт жылу қуатын беретін плутоний 238 таяқшасы болды. Оксид түріндегі плутоний 238 (44,500 Ci немесе 1,65 PBq) бар бұл отын капсуласы Ай модуліне бекітілген жеке отын ботағы арқылы Айға жеткізілді. Отын құйылатын бөшке жылу оқшаулауды қамтамасыз етіп, отын капсуласына құрылымдық қолдау берді. Айда Ай модулі пилоты отын капсуласын ыдыстан алып, RTG-ге енгізді. Бұл станциялар ай сілкінісі мен метеорлық соққылар, Айдың магниттік және гравитациялық өрістері, Айдың ішкі температурасы және Ай атмосферасы туралы ақпаратты миссиядан кейін бірнеше жыл бойы жеткізді. Он жылдан кейін SNAP 27 бастапқы 75 Ватт қуатының 90% -дан астамын өндірді. Аполлон 13 миссиясы тасымалданған SNAP 27 бірлігіндегі отын ботағы қазіргі уақытта Тынық мұхитындағы Тонга траншеясының түбінде 20000 фут (6096 м) судың астында жатыр. Бұл миссия Айға қонбай қалды, ал генераторды көтерген Ай модулі Жер атмосферасына қайта кіргенде жанды, траекториясы қазба орнына түсетіндей етіп дайындалды. Қапшық қайтадан кіргізілгенде аман қалды, өйткені ол жобаланған, және плутонийдің шығарылуы байқалған жоқ. Капсуланың коррозияға төзімді материалдары оны 10 жартылай кезең (870 жыл) бойы ұстап қалады деп күтілуде.
Тіпті санды SNAP: шағын ядролық реакторлар
Атомдық реакторлардың сериясы ғарышқа арналған, жұп нөмірлі SNAP-тар АҚШ үкіметі үшін Солтүстік Америка авиациясының Atomics International бөлімшесі әзірлеген.
SNAP тәжірибелік реакторы (SER)
SNAP эксперименттік реакторы (SER) ғарыш спутниктеріне арналған арнайы талаптар бойынша салынған алғашқы реактор болды. SER уран цирконий гидриді отын ретінде және евтекті натрий калий қорытпасы (NaK) салқындатқыш ретінде пайдаланылды және шамамен 50 кВт жылулық қуатта жұмыс істеді. Жүйеде қуатты конверсиялау жүйесі болмаған, бірақ жылуды атмосфераға тарату үшін екінші жылуды ауа жарылысы жүйесі қолданылған. SER реактордың рефлектор модератор құрылғысын SNAP 10A сияқты қолданды, бірақ тек бір рефлектормен. 1959 жылдың қыркүйегінде критикалық жағдайға қол жеткізілді, 1961 жылдың желтоқсанында соңғы тоқтату аяқталды. Жоба сәтті деп танылды. Бұл SNAP бағдарламасының дамуына сенімділік берді және терең зерттеулер мен компоненттерді дамытуға әкелді.
SNAP-2
SNAP 2 даму реакторы SNAP-тың екінші реакторы болды. Бұл құрылғы уран цирконий гидридті отын пайдаланып, конструкциялық реактор қуаты 55 кВт болды. Бұл ұшуды басқару құралы қолданылған алғашқы модель болды және 1961 жылдың сәуірінен 1962 жылдың желтоқсанына дейін сынақтан өтті. Негізгі идеясы ядролық энергияның ұзақ мерзімді энергия көзі болуы керек еді. Алайда, экипаж капсуласы ядролық реактордан ағып жатқан өлімге әкелетін радиациядан қорғалуы керек еді. Реакторды радиациялық қалқанмен қоршау мүмкін емес еді. Ол кездегі ракеталармен ұшыру тым ауыр болар еді. "Екіпаж" және "пайдалы жүкті" қорғау үшін SNAP 2 жүйесі "көлеңкелі қалқан" қолданды. Қалқан литий гидриді бар қысқартылған конус болып табылады. Реактор кішігірім шетте, ал экипаж капсуласы / пайдалы жүк үлкен шеттің көлеңкесінде болды. Реактор, оның жекелеген бөлшектері мен қолдау жүйесі бойынша зерттеулер жүргізілді. Атомдық халықаралық, бөлімшесі Солтүстік Америка авиация жасады даму және сынақ жұмыстарын. СНАП 2 Қалқанды әзірлеу бөлімі радиациялық қалқанды әзірлеуге жауапты болды. Қалқанды жасау үшін литий гидриді балқытып, қажетті пішінге құю керек. Оның пішіні үлкен, кесінділенген конус тәрізді. Құйылған литий гидриді құю қалыпқа бірден аз-аздан құйылуы керек, әйтпесе ол суытылып, қатып қалған кезде жарылады. Қалқан материалдарының жарылуы кез келген ғарыш экипажы немесе оған байланысты пайдалы жүк үшін қауіпті, өйткені ол радиацияның экипаж / пайдалы жүк бөлмесіне өтуіне мүмкіндік береді. Материал суығанда ортасында қуыс айналып шығады. Инженерлер қалқанның бүтіндігін сақтай отырып, айналды толтырудың жолын іздестіру керек болды. Мұның бәрін жасағанда олар ылғалды, оттегі мол ортада жарылғыш тұрақсыз материалмен жұмыс істеп жатқанын естен шығармаған. Талдау сондай-ақ жылу және сәулелену градиенттері кезінде литий гидриді ажыратылып, сутегі иондары қалқан арқылы көшіп кетуі мүмкін екенін көрсетті. Бұл қалқанның тиімділігін өзгертеді және зарядтарды қатты сәулеленуге ұшыратады. Осы әсерлерді азайтуға тырысты. SNAP 2DR реактордың рефлектор модератор құрылғысын SNAP 10A сияқты қолданған, бірақ екі жылжымалы және ішкі бекітілген рефлекторлармен. Жүйе реакторды ртуть Ранкин циклымен біріктіріп, 3,5 кВт электр қуатын өндіру үшін жобаланған.
SNAP-8
SNAP 8 реакторларын Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасымен келісімшарт бойынша Atomics International компаниясы жобалады, салдырды және басқарады. Екі SNAP 8 реакторы өндірілді: SNAP 8 тәжірибелік реакторы және SNAP 8 даму реакторы. SNAP 8 реакторлары SNAP 2 және SNAP 10A реакторлары сияқты жоғары байытылған уран цирконий гидридті отынды қолданды. SNAP 8 жобасына жылуды сынаптық ртуть қуаттылық түрлендіру жүйесіне беру үшін біріншілік және екіншілік NaK циклдері кірді. SNAP 8 реакторларының электр генерациялау жүйесін Aerojet General компаниясы ұсынды. SNAP 8 эксперименталды реакторы - 1963-1965 жылдары сыналған 600 кВт реактор. SNAP 8 даму реакторының реактор ядросы бар, оның құрамында жалпы отын бар, оның қуаты 1 МВт болды. Реактор 1969 жылы Санта-Сусананың далалық зертханасында сынақтан өтті.
SNAP-10A
SNAP 10A - 1965 жылы SNAPSHOT бағдарламасы бойынша ғарышқа ұшырылған ғарышқа жарамды ядролық реактор электр жүйесі. Ол Әуе күштері үшін ҒЗТ-дан жоғары қуатты өндіру мүмкіндігін көрсету үшін ғылыми-зерттеу жобасы ретінде салынған. Реактор басқару үшін екі жылжымалы бериллийлік рефлекторды қолданды және өмірінің басында 35 кВт өндірді. Жүйе NaK-ны қорғасын-теллюр термобуралары арасында айналдыра отырып, электр энергиясын өндірді. Реактордың қауіпсіз орбитаға жеткенше іске қосылмауының себебі - ұшыру қаупі. SNAP 10A Жер орбитасына 1965 жылы сәуірде ұшырылды және Lockheed/Martin компаниясы жасаған Agena D зерттеу спутнигін қуаттандыру үшін пайдаланылды. Жүйе 43 күндік ұшу сынағы кезінде 500 Вт электр қуатын өндірді. Реакторды қате командалық қабылдағыш алдын ала тоқтатты. Ол орбитада 4000 жыл бойы тұратыны болжанып отыр.
Жалпы көздер
"Ғарыштағы ядролық энергия". АҚШ Энергетика министрлігі, Ядролық энергия, ғылым және технология басқармасы