СНАП-10А
 Изображение космической атомной электростанции SNAP 10A | |
| Тип миссии | Инженерное дело |
|---|---|
| Оператор | ВВС США |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1965-027А |
| САТКАТ нет. | 01314  |
| Продолжительность миссии | 43 дня |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | Атомикс Интернэшнл |
| Стартовая масса | 440 кг (970 фунтов) |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 3 апреля 1965, 21:25 |
| Ракета | Атлас-Аген Д |
| Запуск сайта | Авиабаза Ванденберг, PALC2-4 [1] |
| Конец миссии | |
| Последний контакт | 16 мая 1965 г. |
| Дата распада | 3 апреля 5966 г. (планируется) |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Геоцентрический |
| Режим | Низкая Земля |
| Эксцентриситет | 0.00319 |
| Высота перигея | 1268 км (788 миль) |
| Высота апогея | 1317 км (818 миль) |
| Наклон | 90.2° |
| Период | 111,4 минуты [2] |
| Эпоха | 3 апреля 1965 г. |
Системы для вспомогательной атомной энергетики | |
SNAP-10A ( Системы для вспомогательной атомной энергетики , [3] также известный как Snapshot для Space Nuclear Auxiliary Power Shot , также известный как OPS 4682. [4] ) — американский экспериментальный спутник с ядерной установкой, запущенный в космос в 1965 году. [5] в рамках программы SNAPSHOT. [6] [4] Это испытание ознаменовало собой первую в мире эксплуатацию ядерного реактора на орбите. [7] [8] и первая эксплуатация системы ионных двигателей на орбите. Это единственная энергосистема с реактором деления, запущенная в космос Соединенными Штатами. [9] Реактор прекратил работу всего через 43 дня из-за отказа неядерной электрической части. [10] Реактор Systems Nuclear Auxiliary Power Program был специально разработан для использования на спутниках в 1950-х и начале 1960-х годов под наблюдением Комиссии по атомной энергии США . [11] [12]
История
[ редактировать ]Программа « Системы для вспомогательной ядерной энергетики » (SNAP) была разработана в результате проекта Feedback, исследования разведывательных спутников, проведенного корпорацией Rand и завершенного в 1954 году. [13] Поскольку некоторые из предложенных спутников требовали высокой мощности, некоторые достигали нескольких киловатт, Комиссия по атомной энергии США (AEC) запросила у промышленности серию исследований атомных электростанций в 1951 году. Завершенные в 1952 году, эти исследования установили, что ядерная энергия электростанции были технически возможны для использования на спутниках. [14] : 5
В 1955 году AEC начала два параллельных проекта атомной энергетики SNAP. Один из них, работавший по контракту с The Martin Company, использовал радиоизотопный распад в качестве источника энергии для своих генераторов. Этим заводам были присвоены обозначения SNAP с нечетными номерами, начиная с SNAP-1. В другом проекте для выработки энергии использовались ядерные реакторы, и он был разработан международным подразделением Atomics компании North American Aviation . Их системам были присвоены четные обозначения SNAP, первое из которых - SNAP-2. [14] : 5
SNAP-10A была первой энергетической системой ядерного реактора Atomics International, созданной для использования в космосе. Созданный на основе конструкции SNAP-10 мощностью 300 Вт, SNAP-10A соответствовал требованиям Министерства обороны 1961 года для системы мощностью 500 Вт. [14] : 5, 7
Большая часть разработки систем и испытаний реактора проводилась в полевой лаборатории Санта-Сусаны , округ Вентура, Калифорния, с использованием ряда специализированных объектов. [15]
Строительство
[ редактировать ]SNAP-10A состоит из трех основных компонентов: (1) компактный реактор деления, генерирующий тепло, (2) преобразователь энергии, преобразующий часть тепла в электричество, и (3) радиатор, излучающий тепло, которое невозможно использовать. [14]
Реактор имеет длину 39,62 см (15,6 дюйма), диаметр 22,4 см (8,8 дюйма) и вмещает 37 топливных стержней, содержащих 235 U в качестве уран-цирконий-гидридного топлива. [16] Реактор SNAP-10A был рассчитан на тепловую мощность 30 кВт и без экрана весит 650 фунтов (290 кг). Реактор можно найти в верхней части блока СНАП-10А. [17]
Отражатели были расположены вокруг реактора снаружи, чтобы обеспечить средства управления реактором. Отражатели состояли из слоя бериллия, который отражал нейтроны, что позволяло реактору начинать и поддерживать процесс деления. Отражатели удерживались на месте с помощью удерживающей ленты, закрепленной взрывным болтом . Когда отражатель был выброшен из блока, реактор не смог поддерживать реакцию ядерного деления и реактор окончательно остановился. [ нужна ссылка ]
натрий В -калий ( NaK качестве теплоносителя в СНАП-10А использовался эвтектический сплав ). NaK циркулировал через сердечник и термоэлектрические преобразователи с помощью жидкометаллического насоса проводимости постоянного тока . Термоэлектрические преобразователи (обозначенные как длинный белый «фартук») представляют собой легированные кремний-германиевые материалы, термически связанные, но электрически изолированные от теплоносителя NaK. Разница температур между NaK на одной стороне термоэлектрического преобразователя и холодом космоса на другой создала электрический потенциал и полезную электроэнергию. [18]
Миссия SNAPSHOT
[ редактировать ]Запуск и орбитальная эксплуатация
[ редактировать ]SNAP-10A был запущен с базы ВВС Ванденберг ракетой ATLAS Agena D 3 апреля 1965 года на низкую околоземную орбиту высотой ок. 1300 км. Он находится на слегка ретроградной полярной орбите. [19] — это гарантировало, что отработавшие ступени ракеты приземлятся в океане. Его ядерный электрический источник, состоящий из термоэлектрических элементов, должен был производить более 500 Вт электроэнергии в течение одного года. [20] [21] Через 43 дня бортовой регулятор напряжения внутри космического корабля, не связанный с реактором SNAP, вышел из строя, что привело к активной зоны реактора после достижения максимальной мощности в 590 Вт. остановке [16] [22]
После отказа системы в 1965 году реактор остался на околоземной орбите длиной 1300 километров (700 морских миль) на ожидаемый срок 4000 лет. [11] [23] [24]
В ноябре 1979 года автомобиль начал разваливаться, в результате чего было потеряно 50 обломков . Причины неизвестны, но причиной могло стать столкновение. Хотя основной корпус остался на месте, возможно, произошел выброс радиоактивного материала. Более поздние исследования, опубликованные в 2008 году и основанные на данных Haystack , показывают, что существует еще 60 или более обломков размером <10 см. [22] [25]
Ионное движение
[ редактировать ]Испытание SNAPSHOT включало двигатель на ионах цезия в качестве вторичной полезной нагрузки, это было первое испытание двигательной установки космического корабля с электрическим приводом для работы на орбите (после суборбитального испытания SERT-1 в 1964 году). Источник питания ионного пучка работал при напряжении 4500 В и токе 80 мА для создания тяги около 8,5 мН. [6] Ионный двигатель должен был работать от батарей в течение примерно одного часа, а затем батареи должны были заряжаться в течение примерно 15 часов, используя в качестве источника питания 0,1 кВт номинальной мощности 0,5 кВт системы SNAP. Ионный двигатель проработал менее 1 часа, прежде чем был окончательно отключен. Анализ полетных данных указал на значительное количество высоковольтных пробоев, что, по-видимому, и стало причиной электромагнитных помех (ЭМП), вызывающих возмущения ориентации космического корабля. Наземные испытания показали, что искрение двигателя создает кондуктивные и излучаемые электромагнитные помехи, значительно превышающие расчетные уровни. [ нужна ссылка ]
Безопасность
[ редактировать ]Программа реакторов SNAP потребовала наличия программы безопасности и привела к созданию Программы ядерной безопасности в аэрокосмической отрасли. Программа была создана для оценки ядерных опасностей, связанных со строительством, запуском, эксплуатацией и утилизацией систем SNAP, а также для разработки проектов, обеспечивающих их радиологическую безопасность. [ нужна ссылка ]
Atomics International несла основную ответственность за безопасность, а Sandia National Laboratories отвечала за независимую проверку аэрокосмической безопасности и проводила многие испытания безопасности. Прежде чем был разрешен запуск, необходимо было получить доказательства того, что при любых обстоятельствах запуск реактора не будет представлять серьезной угрозы. [ нужна ссылка ]
Различные испытания были успешно завершены, и несколько видеороликов разработки и испытаний доступны для просмотра. [26] Национальная лаборатория Айдахо провела три разрушительных испытания ядерных реакторов SNAP на Северном испытательном полигоне . Перед запуском SNAP-10A [27] Разрушительный эксперимент SNAPTRAN-3, проведенный 1 апреля 1964 года, имитировал падение ракеты в океан, в результате чего радиоактивные обломки намеренно разлетелись по пустыне Айдахо.
Испытания и разработки радиоактивных материалов привели к загрязнению окружающей среды на объектах бывшей полевой лаборатории Atomics International в Санта-Сусане (SSFL). Министерство энергетики США За выявление и очистку радиоактивного загрязнения отвечает . (SSFL также использовался Rocketdyne для несвязанных испытаний и разработки ракетных двигателей, в первую очередь для НАСА .) Веб-сайт Министерства энергетики, поддерживающий очистку сайта. [28] подробно описывает историческое развитие ядерной энергетики в SSFL, включая дополнительную информацию об испытаниях и разработках SNAP.
Сопутствующие работы и последующие программы
[ редактировать ]Atomics International также разработала и испытала другие компактные ядерные реакторы, включая экспериментальный реактор SNAP (SER), SNAP-2, экспериментальный реактор SNAP-8 (SNAP8-DR) и экспериментальный реактор SNAP-8 (SNAP-8ER) на месторождении Санта-Сусана. Лаборатория (см. статью «Системы для вспомогательной атомной энергетики» ). Atomics International также построила и эксплуатировала Эксперимент с натриевым реактором , первую атомную электростанцию в США, обеспечивающую электроэнергией общественную энергосистему. [29] [30]
По состоянию на 2010 год [update]более 30 малых ядерных реакторов ядерных систем деления были отправлены в космос на советских РОРСАТ спутниках ; кроме того, более 40 радиоизотопных термоэлектрических генераторов использовались во всем мире (в основном в США и СССР) в космических полетах. [11]
См. также
[ редактировать ]
- Ядерная энергетика в космосе
- РОРСАТ — советский спутник с ядерным реактором.
- Безопасный доступный двигатель ядерного деления , экспериментальная серия НАСА
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Макдауэлл, Джонатан. «Журнал запуска» . Космический отчет Джонатона . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ «Снимок» . Координированный архив данных НАСА по космическим наукам . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ «Коротко о новостях: космический ядерный реактор» . Канберра Таймс . Том. 36, нет. 10, 203. Столичная территория Австралии, Австралия. 18 апреля 1962 г. с. 3 . Проверено 12 августа 2017 г. - через Национальную библиотеку Австралии. , ...реактор будет "известен как "Snaps 10a" от "Системы для вспомогательной ядерной энергетики"...
- ^ Jump up to: а б Снимок , Космическая страница Гюнтера. Проверено 3 апреля 2019 г.
- ^ «Реактор отправляется в космос» . Канберра Таймс . Том. 39, нет. 11, 122. Столичная территория Австралии, Австралия. 5 апреля 1965 г. с. 1 . Проверено 12 августа 2017 г. - через Национальную библиотеку Австралии.
- ^ Jump up to: а б SNAPSHOT , Исследовательский центр Гленна НАСА, 20 марта 2007 г. Получено 3 апреля 2019 г.
- ^ « История астроядерных реакторов США, часть 1: SNAP-2 и 10A », Beyond NERVA , 3 апреля 2019 г. Проверено 3 апреля 2019 г.
- ↑ Эндрю Лепейдж, « Первый ядерный реактор на орбите », Drew Ex Machina, 3 апреля 2015 г. Проверено 3 апреля 2019 г.
- ^ Использование НАСА космических ядерных систем для роботизированных и пилотируемых исследовательских миссий (PDF) (Отчет). НАСА. Июль 2022. с. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2023 года . Проверено 19 марта 2023 г.
- ^ Ядерные реакторы для космоса , Информационный документ № 82, январь 2004 г.
- ^ Jump up to: а б с Мейсон Л., Бэйли С., Бектель Р., Эллиотт Дж., Флёриал Дж.П., Хаутс М., Каперник Р., Липински Р., Макферсон Д., Морено Т., Несмит Б., Постон Д., Куаллс Л., Радель Р., Вайцберг А., Вернер Дж. (18 ноября) 2010). «Технико-экономическое обоснование малой энергетической системы - итоговый отчет» . НАСА / МЭ . Проверено 3 октября 2015 г.
Космическая ядерная энергетика: с 1961 года в США было запущено более 40 радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ) с практически идеальными эксплуатационными показателями. Специфика этих РИТЭГов и выполняемых ими задач тщательно рассмотрена в открытой литературе. США запустили только один реактор, о котором рассказывается ниже. Советский Союз использовал только два РИТЭГа и предпочитал использовать небольшие энергетические системы на ядерном топливе вместо РИТЭГов. СССР имел более агрессивную энергетическую программу космического деления, чем США, и имел более 30 реакторов. Хотя они были рассчитаны на короткий срок службы, программа продемонстрировала успешное использование общих конструкций и технологий.
- ^ Lords, RE (август 1994 г.), Сводный отчет по топливу SNAP и AI , Westinghouse Idaho Nuclear Company, Inc., doi : 10.2172/10182034 , OSTI 10182034 , WINCO-1222, UC-510
- ^ Дж. Э. Липп; Роберт М. Солтер (март 1954 г.). «Сводный отчет об обратной связи по проекту, том I» . РЭНД . Проверено 11 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д Уильям Р. Корлисс (1966). ЯДЕРНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕАКТОРЫ SNAP . Комиссия по атомной энергии США/Отдел технической информации.
- ^ «Обзор SNAP» . Министерство энергетики США . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Шмидт, Глен (февраль 2011 г.). «Обзор SNAP – общая информация» (PDF) . Американское ядерное общество . Проверено 27 августа 2012 г.
- ^ Восс, Сьюзен (август 1984 г.). Обзор реактора SNAP (PDF) . Авиабаза Киртланд, Нью-Мексико: Лаборатория вооружения ВВС США. АФВЛ-ТН-84-14. Архивировано (PDF) из оригинала 15 февраля 2017 года . Проверено 19 сентября 2018 г.
- ^ Шмидт, Г.Л. (сентябрь 1988 г.). Программа испытаний SNAP 10A . Rockwell International, Канога-Парк, Калифорния. DCN: SP-100-XT-0002.
- ^ «Снимок – Орбита» . www.heavens-above.com . Проверено 15 июня 2016 г.
Наклонение: 90,3084°
– объект с наклонением от 90 до 180 градусов находится на ретроградной орбите. - ^ «Обзор SNAP» . USDOE ETEC. Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 года . Проверено 14 апреля 2012 г.
- ^ Беннетт, Гэри Л. (2006). «Космическая ядерная энергетика: открывая последний рубеж» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики . п. 17 . Проверено 3 апреля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б Портри, Дэвид С.Ф.; Лофтус-младший, Джозеф П. (январь 1999 г.). «Орбитальный мусор: хронология» (PDF) . Технический отчет NASA Sti/Recon N. 99 . НАСА : 29–31. Бибкод : 1999STIN...9941786P . ТП-1999-208856. Архивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2000 года.
- ^ Стауб, Д.В. (25 марта 1967 г.). Сводный отчет SNAP 10 . Международное подразделение Atomics компании North American Aviation, Inc., Канога-Парк, Калифорния. НАА-SR-12073.
- ^ «ДОПУСК В США: авария со спутником выпустила лучи» . Канберра Таймс . Том. 52, нет. 15, 547. Столичная территория Австралии, Австралия. 30 марта 1978 г. с. 5 . Проверено 12 августа 2017 г. - из Национальной библиотеки Австралии. , ...Запущенный в 1965 году и несущий около 4,5 килограммов урана-235, Snap 10A находится на орбите с возрастом 1000 лет....
- ^ Стокли, К.; Стэнсбери, Э. (2008), «Идентификация облака обломков со спутника SNAPSHOT с ядерной установкой с помощью радиолокационных измерений Haystack» , Advances in Space Research , vol. 41, нет. 7, стр. 1004–1009, Бибкод : 2008AdSpR..41.1004S , doi : 10.1016/j.asr.2007.03.046 , hdl : 2060/20060028182
- ^ «ЕТЭК - Видео» . Архивировано из оригинала 4 февраля 2017 года . Проверено 12 января 2018 г.
- ^ Стейси, Сьюзен М. (2000). Доказательство принципа: история Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо, 1949–1999 гг. (PDF) . Министерство энергетики США, Операционный офис штата Айдахо. ISBN 978-0-16-059185-3 . Глава 17: Наука в пустыне.
- ^ «Развитие ядерной энергетики Министерства энергетики США в SSFL» . Архивировано из оригинала 4 августа 2017 года . Проверено 12 января 2018 г.
- ^ «ETEC — Проект закрытия ETEC Министерства энергетики» . www.etec.energy.gov . Проверено 19 ноября 2021 г.
- ^ «Атомикс Интернешнл» . Промышленная и инженерная химия . 48 (9):100А. Сентябрь 1956 г. doi : 10.1021/i651400a779 . ISSN 0019-7866 .