Conceito de Rocket Nuclear Concebido.
A estrutura externa e interna das baterias térmicas isotópicas.
Reator nuclear espacial TOPAZ.
Apollo 14 é colocado na superfície lunar das baterias de isótopo quente.
De acordo com a Agência de Notícias Xinhua recentemente, a empresa espacial nacional russa iniciou o desenvolvimento da "estação de energia nuclear orbital" de carregamento por satélite de órbita a laser, foi questionada, mas, de fato, no espaço, a energia nuclear tem sido amplamente utilizada e espera-se que se torne espaço no futuro Detectar a fonte principal de energia.
Energia química, energia solar tem limitações
Quer se trate de uma nave espacial tripulada transportando astronautas que viajam no espaço ou uma variedade de veículos aéreos não tripulados, como satélites e detectores, uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos estão equipados. Uma fonte de energia estável e suficiente é a condição básica para o funcionamento normal da nave espacial.
As minúsculas espaciais, a maior parte do uso de baterias químicas como fonte de eletricidade. Os princípios básicos dessas baterias químicas e nossa vida diária usando baterias secas, baterias de celulares, etc., podem continuar a fornecer o tempo não é longo. Quando a energia da bateria está esgotada, Como não há lugar para recarregar, a espaçonave tem que parar de funcionar, e o satélite Dongfanghong-1 da China, que só funcionou no espaço há 28 dias, é limitado pela capacidade da bateria.
A nave espacial de hoje, o trabalho orbital a maior parte do estiramento de dispositivos semelhantes a formas, como a conhecida nave espacial Shenzhou, na parte traseira do módulo de propulsão tem um par de "asas". As "asas" da nave espacial É uma placa de windsurf com energia solar cuja função não é voar, mas para converter energia solar em energia elétrica. Com a melhoria contínua da tecnologia de energia solar, os painéis solares tornaram-se cada vez mais eficientes e se tornaram trabalhando perto da Terra De uma nave espacial e, embora a energia solar seja inesgotável, mas se quiser voar como Spacefly para "Horizons" de Plutão e os "viajantes" que voem para fora do sistema solar, A energia solar não é suficiente para suportar o trabalho da nave espacial, e à medida que a distância ao sol aumenta, os raios do sol tornar-se-ão mais fracos e mais fracos e os painéis solares gerarão menos e menos eletricidade.
De fato, a reação nuclear interna do sol vem do fato de que o sol emite luz e calor e, no presente, a humanidade dominou a tecnologia de usar a geração de energia nuclear e estabeleceu várias estações de energia nuclear para converter a energia nuclear na eletricidade que precisamos em nossa vida diária No espaço, a energia nuclear também foi amplamente utilizada e espera-se que se torne uma fonte básica de exploração espacial no futuro.
Exploração em espaço profundo da bateria quente isotópica da fonte de alimentação principal
Os requisitos de energia do Spacecraft, além de fornecer uma fonte de energia estável, mas também exigem tamanho pequeno, leve, podem funcionar de forma confiável durante um longo período de tempo, sem falhas. Para alcançar esse requisito, os Estados Unidos e a União Soviética foram selecionados Duas rotas técnicas diferentes: na época, os soviéticos miniaturizavam reatores nucleares usados em estações de energia nuclear terrestre e os equipavam com satélites poderosos, enquanto os americanos preferiam preferencialmente baterias térmicas isotópicas seguras e de estrutura simples.
As células termoelétricas de isótopos não são complicadas em princípio, e sua estrutura básica é semelhante à de um forno a carvão. As células termelétricas de isótopos são geralmente de forma cilíndrica, com o combustível nuclear capaz de gerar calor através de reações de decomposição espontâneas, como briquetes que queimam. A razão pela qual as células termoelétricas de isótopos são capazes de converter o calor liberado pelo combustível nuclear em energia elétrica é porque as paredes externas das baterias que encerram o combustível nuclear são incomuns e o dispositivo de parede exterior chamado termopar é feito de materiais semicondutores especiais. Quando o termopar Quando as temperaturas não são iguais em ambos os lados, ele pode gerar eletricidade para o exterior e converter a energia calorífica em eletricidade, um fenômeno chamado efeito de temperatura induzida por tensão chamado "efeito Seebeck", pelo qual o físico alemão Thomas John Nomeado após Seebeck À medida que a decadência do combustível nuclear continua, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior da célula térmica do isótopo pode persistir, produzindo energia estável através do termopar.
Na natureza, existem muitos isótopos que podem se decominar espontaneamente, e a escolha do tipo de isótopos para usar como combustível nuclear para uma bateria térmica isotópica também é estressante. Primeiro, a taxa de decaimento deste elemento não deve ser muito rápida. A curto prazo, a maior parte de sua energia será liberada e não pode sustentar o trabalho espacial a longo prazo. Em segundo lugar, a quantidade de energia produzida por unidade de massa de combustível nuclear deve ser suficiente para que a nave espacial possa atender às suas necessidades transportando apenas uma pequena quantidade de combustível nuclear, Mais peso é usado para carregar a carga útil para a execução da tarefa. Em terceiro lugar, o tipo de radiação que emana da desintegração do combustível nuclear deve ser tão facilmente absorvido pelo termopar quanto possível.
Depois que os cientistas examinaram esses três critérios, o plutônio 238 tornou-se o combustível nuclear mais utilizado para baterias isotópicas aeroespaciais, com uma meia-vida de 87,77 anos e uma potência de 0,54 watts por grama de plutônio 238, satisfazendo os dois primeiros Ainda mais louvável é o plutônio 238 na decadência, a radiação gerou quase todo o termopar fácil de absorver os raios α, mas não uma penetração muito forte, mas também não é facilmente absorvida pelos raios β do termopar. Quase todo o plutônio 238 é absorvido pelo termopar em si durante a decadência, de modo que nenhuma proteção adicional é fornecida fora do RTG para evitar que a radiação beta danifique outros dispositivos.
O Plutonium 238, que tem menos fontes e é mais complexo na sua preparação, é, portanto, mais caro e menos produtivo e atualmente produz apenas 1,5 kg de plutônio por ano em todo os Estados Unidos.238 No entanto, devido às suas excelentes propriedades, até agora foi difícil encontrar outras alternativas que possam substituí-lo completamente Isótopos.
29 de junho de 1961, a primeira nave espacial nuclear "Meridian" 4A do mundo, lançada e com sucesso na operação da órbita, o uso da potência de saída da bateria térmica de isótopos de apenas 2,6 W. Depois disso, a tecnologia de bateria térmica de isótopos Prosperando, com exceção dos "Horizons" e "Viajantes" mencionados anteriormente, a sonda "Cassini" que completou recentemente a missão de cair em Saturno, a sonda "Galileo" que percorreu Júpiter, aterrando Mars Rover Curiosity também usa baterias térmicas com isótopos, que são capazes de fornecer centenas de watts a cerca de um quilowatt de potência.
Além de fornecer eletricidade, as baterias térmicas de isótopos às vezes usam o "calor residual" da geração de energia como um "fogão real" para aquecer a espaçonave no espaço e "aquecer" o equipamento da nave espacial de ser congelado. Em "Martian Rescue", o protagonista Matt Damon já se arriscaram a cavar uma bateria quente de isótopo abandonada em um rover para se aquecer.
Potencial espacial de alta potência nuclear
Embora as vantagens das baterias térmicas de isótopos sejam muitas, elas têm suas próprias desvantagens inerentes: por um lado, sua eficiência de conversão de energia é baixa e, em geral, apenas menos de 10% da energia de radiação é convertida em energia elétrica. Por outro lado, Kilowatts, o poder de mais espaçonaves será impotente e, com o esgotamento do combustível nuclear, a produção de bateria quente de isótopo continuará a diminuir.
A União Soviética, nos anos sessenta do século passado, também criou e fabricou com sucesso o poder isotópico de bateria quente, mas talvez a nação de luta nasça com o desejo de um poder mais poderoso, a União Soviética use a energia nuclear quase todo o reator nuclear do espaço do reator de energia nuclear. Os reatores nucleares espaciais gostam de um estreito A usina de energia nuclear também aquece a matéria por reações de fissão em cadeia do combustível nuclear e gera vapor para alimentar o gerador da turbina para gerar eletricidade. Também pode controlar o funcionamento do reator, conectando e desconectando as hastes de controle e usando o vapor de água no chão Diferentemente das turbinas, os reatores nucleares espaciais geralmente usam máquinas a vapor com vapor de metal. Na década de 1960, a União Soviética desenvolveu com sucesso o reator nuclear espacial BES-5 com uma produção de 3 quilowatts e, posteriormente, desenvolveu o reator TOPAZ com uma potência de 6 quilowatts .
O primeiro incidente de espaço aéreo em grande escala foi feito acidentalmente enquanto os soviéticos conseguiram avançar a tecnologia de reator nuclear de transporte espacial. O reator BES-5 foi amplamente montado no RORSAT, A uma altura de apenas 250 km, é usado para fazer uma rápida "varredura" da Terra para monitorar os movimentos da Marinha dos EUA. Quando um satélite RORSAT está prestes a chegar ao fim de sua vida útil, ele irá lançar seu reator nuclear em uma faixa de "queda de 950 quilômetros" Onde os reatores nucleares abandonados sempre flutuam no espaço para evitar a poluição nuclear na Terra e o resto do corpo satélico cairá na Terra sob a resistência atmosférica depois de perder sua motivação. No entanto, em janeiro de 1978 No dia 24, um satélite RORSAT descontrolado, denominado por código "Universe 954", não conseguiu ejetar adequadamente seus reatores em "órbitas descartadas" e, em vez disso, o transportou junto com seus reatores nucleares para dispersar o combustível nuclear radioativo em solo canadense. O governo teve que gastar muito mão-de-obra e recursos para encontrar e remover materiais radioativos espalhados por milhares de quilômetros quadrados. Para este fim, o Canadá e a União Soviética Após um processo internacional exigindo que a União Soviética compensasse a perda econômica de 6.041 milhões de dólares dos EUA, a União Soviética modificou o projeto do satélite RORSAT e instalou um dispositivo de propulsão de reserva no reator para manter o reator normal quando o principal dispositivo de propulsão falhou Ao mesmo tempo, diante do risco potencial de acidentes nucleares espaciais, o presidente dos EUA, Carter, assinou uma ordem que proíbe o uso da energia nuclear pela nave espacial dos Estados Unidos que opera perto da Terra.
Os reatores nucleares de fissão nuclear, em risco, são as únicas fontes de aproveitamento eficiente da capacidade da energia nuclear atualmente no espaço e o futuro exigirá o lançamento de foguetes de energia nuclear mais poderosos e mais capazes, bem como os reatores nucleares baseados no espaço. No momento, existem basicamente dois foguetes nucleares tecnicamente comprovados: o primeiro é um foguete termonuclear que usa o calor gerado pelo reator nuclear para aquecer o hidrogênio líquido do tanque de combustível até uma temperatura de quase 10.000 graus Celsius antes de ser ejetado , Empurrando os foguetes com uma corrente de ar forte. Neste ponto, o hidrogênio líquido não atuou como um propulsor gerador de momentum, como os foguetes atualmente utilizados, atuando como um propelente gerador de momentum. Estimou-se que este foguete foi carregado com o mesmo peso de propelente A capacidade será o dobro do uso atual de foguetes de combustível químico. Outro programa de foguete nuclear mais avançado e efetivo, é a tecnologia emergente de propulsão elétrica e tecnologia nuclear combinada com foguetes de energia nuclear. Este foguete, primeiro uso de energia nuclear Geração de ionização por calor de hidrogênio líquido e outros propulsores para o estado do plasma. Depois disso, reutilize o poder do reator nuclear, com eletromagnética Acelere o plasma, resultando em empuxo enorme. Porque o plasma na força eletromagnética pode ser acelerado a uma velocidade muito alta, ou mesmo perto da velocidade da luz, de modo que o foguete pode rapidamente obter bastante impulso e energia para acelerar o Star Trek necessário Velocidade.
