Проект Тимбервинд
Проект Timberwind был направлен на разработку ядерных тепловых ракет . Первоначальное финансирование Стратегической оборонной инициативы с 1987 по 1991 год составило 139 миллионов долларов (в том году). [1] Предложенная ракета позже была расширена до более крупной конструкции после того, как проект был передан в программу ВВС по программе космических ядерных тепловых двигателей (SNTP).
Программа прошла аудит в 1992 году из-за проблем безопасности, поднятых Стивеном Афтергудом . [1] Эта строго засекреченная программа послужила мотивацией для запуска проекта ФАС «Государственная тайна» . Осужденный шпион Стюарт Нозетт оказался в главном списке доступа к проекту TIMBER WIND. [2]
Достижения в области высокотемпературных металлов, компьютерного моделирования и ядерной техники в целом привели к значительному улучшению производительности. В то время как двигатель NERVA должен был весить около 6803 кг, окончательный вариант SNTP обеспечивал чуть более 1/3 тяги двигателя массой всего 1650 кг, при этом удельный импульс был улучшен с 930 до 1000 секунд. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]В 1983 году Стратегическая оборонная инициатива («Звездные войны») определила миссии, для которых можно было бы использовать ракеты, более мощные, чем химические ракеты, а некоторые из них можно было бы выполнить только с помощью более мощных ракет. [3] Проект ядерной двигательной установки СП-100 был создан в феврале 1983 года с целью создания ядерной ракетной системы мощностью 100 КВт. Эта концепция включала в себя реактор с частицами/ галечным слоем , концепцию, разработанную Джеймсом Р. Пауэллом в Брукхейвенской национальной лаборатории , которая обещала удельный импульс до 1000 секунд (9,8 км/с) и отношение тяги к массе от 25 до 1000 секунд (9,8 км/с). и 35 для уровней тяги более 89 000 ньютонов (20 000 фунтов силы). [4]
С 1987 по 1991 год он финансировался как секретный проект под кодовым названием Project Timberwind, на который было потрачено 139 миллионов долларов. [5] ВВС Предлагаемый проект ракеты был передан в программу космических ядерных тепловых двигателей (SNTP) в лаборатории Филлипса в октябре 1991 года. [6] НАСА провело исследования в рамках своей Инициативы по исследованию космоса (SEI) 1992 года, но посчитало, что SNTP предлагает недостаточное улучшение по сравнению с NERVA и не требуется ни для каких миссий SEI. Программа SNTP была прекращена в январе 1994 года. [4] [7] после того, как было потрачено 200 миллионов долларов. [8]
Технические характеристики Тимбервинда
[ редактировать ]Timberwind 45 на Timberwind Centaur
[ редактировать ]- Диаметр: 13,94 фута (4,25 м), Длина: [9] 23,87 м
- Количество двигателей: 1
- Вакуумная тяга: 99208 фунтов силы (441,3 кН)
- Тяга на уровне моря: 88305 фунтов силы (392,8 кН)
- Удельный импульс в вакууме: 1000 с
- Удельный импульс на уровне моря: 890 с
- Масса двигателя: 3300 фунтов (1500 кг)
- Соотношение тяги к весу: 30
- Время горения: 449 с
- Топливо: Ядерное/LH 2
Timberwind 75 на Timberwind Titan
[ редактировать ]- Диаметр сцены: 6,1 м (20 футов) Длина: 45,50 м [10]
- Диаметр [ нужны разъяснения ] : 5,67 футов (2,03 м) [ нужна ссылка ]
- Количество двигателей: 3 [10]
- Двигатель :
- Вакуумная тяга: 165347 фунтов силы (735,5 кН)
- Тяга на уровне моря: 147160 фунтов силы (654,6 кН)
- Удельный импульс в вакууме: 1000 с
- Удельный импульс на уровне моря: 890 с
- Масса двигателя: 5500 фунтов (2500 кг)
- Соотношение тяги к весу: 30
- Время горения: 357 с
- Топливо: Ядерное/LH 2
Ступень и двигатель Timberwind 250
[ редактировать ]- Диаметр: 28,50 футов (8,70 м). Длина: 30,00 м [11]
- Количество двигателей: 1
- Вакуумная тяга: 551 142 фунта-силы (2451,6 кН).
- Тяга на уровне моря: 429 902 фунта-силы (1912,0 кН)
- Удельный импульс в вакууме: 1000 с.
- Удельный импульс на уровне моря: 780 с.
- Масса двигателя: 8300 кг (18200 фунтов).
- Соотношение тяги к весу: 30
- Время горения: 493 с
- Топливо: Ядерное/LH 2
Программа космических ядерных тепловых двигателей
[ редактировать ]
В отличие от проекта TIMBER WIND, программа космических ядерных тепловых двигателей (SNTP) была предназначена для разработки верхних ступеней для космических перевозок, которые не будут работать в атмосфере Земли. SNTP не смог достичь своей цели по летным испытаниям верхней ступени ядерной тепловой системы и был прекращен в январе 1994 года. [13] Программа включала координацию усилий Министерства обороны, Министерства энергетики и их подрядчиков с действующих площадок по всей территории США. Главным достижением программы стала координация одобрений Агентства по охране окружающей среды на наземные испытания на двух возможных площадках. [14]
| Имя | Расположение | Обязанности |
|---|---|---|
| Брукхейвенская национальная лаборатория | Аптон, Нью-Йорк | Испытания реакторных материалов и компонентов; теплогидравлический и нейтронно-физический анализ; проектные исследования реактора [12] |
| Бэбкок и Уилкокс | Lynchburg, VA | Испытание конструкции реактора, изготовление и сборка |
| Сандианские национальные лаборатории | Альбукерке, Нью-Мексико | Ядерная безопасность, ядерные приборы и эксплуатация, моделирование систем управления реакторами, ядерные испытания |
| Отдел аэрореактивных двигателей | Сакраменто, Калифорния | Разработка альтернативных материалов топливных элементов |
| Геркулес Аэрокосмическая Корпорация | Отлично, Юта | Проектирование и изготовление нижней конструкции и сопла двигателя. |
| Подразделение Garrett Fluid Systems | Темпе, Аризона и Сан-Тан, Аризона | Проектирование и изготовление системы ориентации, системы регулирования расхода топлива и турбонасосного агрегата. |
| AiResearch, Лос-Анджелесское подразделение Allied Signal | Торранс, Калифорния | Испытание турбинного колеса |
| Подразделение космической электроники Grumman | Бетпейдж, Нью-Йорк | Проектирование и производство автомобилей, системная интеграция |
| Raytheon Services Невада | Лас-Вегас, Невада | Проектирование объектов и систем подачи теплоносителя (СПС), управление строительством объектов |
| Рейнольдс электротехническая и инженерная компания, Inc. | Лас-Вегас, Невада | Строительство объекта |
| Флуор-Дэниел, Инк. | Ирвин, Калифорния | Проектирование системы очистки сточных вод (ETS) |
| Сандианские национальные лаборатории | Испытательный полигон Сэддл-Маунтин или площадки QUEST или LOFT | Подготовка полигона, планирование и проведение наземных испытаний двигателей, испытаний ядерных компонентов |
| [УДАЛЕНО] | Вашингтон, округ Колумбия | Управление программой |
| Штаб-квартира Министерства энергетики | Вашингтон, округ Колумбия | Управление программой, обеспечение ядерной безопасности |
| Испытательный полигон Министерства энергетики США в Неваде | Лас-Вегас, Невада | Наземные испытания |
| Национальная инженерная лаборатория Министерства энергетики штата Айдахо | Айдахо-Фолс, ID | Наземные испытания |
| Лаборатория Филлипса ВВС США | Альбукерке, Нью-Мексико | Управление программой |
| Инженерный корпус армии США | Хантсвилл, Алабама | Инженерное управление ЭТС |
| Лос-Аламосская национальная лаборатория | Лос-Аламос, Нью-Мексико | Испытания топлива и материалов |
| Центр космических полетов Маршалла (НАСА) | Хантсвилл, Алабама | Моделирование/испытание материалов и компонентов |
| Западный испытательный полигон / Западный ракетно-космический центр (ВВС США) | Авиабаза Ванденберг, Калифорния | Обзор программы |
| Центр инженерных разработок Арнольда | Манчестер, Теннесси | Тестирование потока водорода |
| Производственная компания UNC | Ункасвилл, Коннектикут | Производство материалов |
| Grumman Corporation – завод в Калвертоне | Лонг-Айленд, Нью-Йорк | Водородное тестирование |
По оценкам, запланированные наземные испытания обойдутся в 400 миллионов долларов дополнительного финансирования, которые должны быть завершены в 1992 году. [15] В течение трех-четырех лет было запланировано менее 50 субмасштабных испытаний, после чего последовало расширение объекта для проведения от пяти до 25 полномасштабных испытаний двигателя мощностью 2000 МВт по 1000 секунд. [14]
Первоначально PIPET (Тестер комплексных рабочих элементов реактора со слоем частиц) задумывался как небольшой и недорогой эксперимент, ориентированный на SNTP, для тестирования и квалификации топлива и топливных элементов PBR. Требования других агентств, Министерства энергетики и НАСА, привели к созданию национального испытательного центра для топлива, топливных элементов и двигателей NTP. Его размер увеличил способность программы SNTP обеспечить средства для такого крупного строительного проекта. Хотя к программе SNTP были предъявлены требования по расширению масштабов объекта, а руководство программы SNTP пыталось координировать трехагентство, Министерство обороны, Министерство энергетики и НАСА, поддержку и финансирование, адекватная финансовая поддержка для национального наземного испытательного центра получена не была.
— Итоговый отчет SNTP, [13]
Программа имела и технические достижения, такие как разработка высокопрочных волокон и карбидных покрытий для углеродно-углеродных композитов . Конструкция горячей секции была усовершенствована и теперь использует весь углерод-углерод, чтобы максимизировать температуру на входе в турбину и минимизировать вес. Углерод-углерод имеет гораздо меньший ядерный нагрев, чем другие материалы-кандидаты, поэтому термические напряжения также были сведены к минимуму. Компоненты прототипа турбины, в которых используется двухмерное полярное армирующее переплетение, были изготовлены для использования в агрессивной высокотемпературной водородной среде, присутствующей в предлагаемом двигателе с реактором слоя частиц (PBR). [13] Концепция реактора с частицами требовала значительной радиационной защиты не только для полезной нагрузки, электроники и конструкции транспортного средства, но также для предотвращения неприемлемого выкипания криогенного топлива. с топливным охлаждением Было обнаружено, что композитный экран из вольфрама , который ослабляет гамма-лучи и поглощает тепловые нейтроны, и гидрида лития , который имеет большое сечение рассеяния быстрых и тепловых нейтронов, имеет низкую массу по сравнению с более старым гидридом бора, алюминия и титана. (БАННЫЕ) щиты. [16]
Национальная лаборатория Сандиа отвечала за квалификацию топлива с покрытием из частиц для использования в концепции ядерной тепловой силовой установки SNTP. [15]
| Про | С | |
|---|---|---|
| Цикл прокачки |
| Требуется разработка высокотемпературной турбины и питающих линий. |
| Цикл расширителя частичного потока |
|
|
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Либерман, Роберт (декабрь 1992 г.). «Аудиторский отчет по программе специального доступа TIMBER WIND» (PDF) . Министерство обороны. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2012 года . Проверено 28 июля 2012 г.
- ^ Афтергуд, Стивен (октябрь 2009 г.). «Нозетт и ядерная ракетная техника» . Федерация американских ученых. Архивировано из оригинала 26 мая 2012 года . Проверено 28 июля 2012 г.
- ^ Хаслетт 1995 , с. 3-1.
- ^ Перейти обратно: а б Хаслетт 1995 , стр. 1–1, 2-1–2-5.
- ^ Либерман 1992 , стр. 3–4.
- ^ Хаслетт 1995 , с. 2-4.
- ^ Миллер, Томас Дж.; Беннетт, Гэри Л. (1993). «Ядерная двигательная установка для освоения космоса». Акта Астронавтика . 30 : 143–149. Бибкод : 1993AcAau..30..143M . дои : 10.1016/0094-5765(93)90106-7 . ISSN 0094-5765 .
- ^ Хаслетт 1995 , с. 3-7.
- ^ Тимбервинд Кентавр
- ^ Перейти обратно: а б Тимбервин Титан
- ^ Ракета Тимбервинд
- ^ Перейти обратно: а б Людвиг, Х. (1996), «Проектирование реакторов с частицами для программы космических ядерных тепловых двигателей», Progress in Nuclear Energy , 30 (1): 1–65, doi : 10.1016/0149-1970(95)00080-4
- ^ Перейти обратно: а б с Хаслетт, Р.А. (1995), Заключительный отчет программы космических ядерных тепловых двигателей , заархивировано из оригинала 8 апреля 2013 г. , получено 28 июля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Окончательное заявление о воздействии на окружающую среду (EIS) программы космических ядерных тепловых двигателей (SNTP)» . Центр технической информации Министерства обороны США. Сентябрь 1991 года. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 7 августа 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кингсбери, Нэнси (октябрь 1992 г.). «Космическая ядерная двигательная установка: история, стоимость и статус программ» (PDF) . Счетная палата правительства США. Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2014 года . Проверено 4 августа 2012 г.
- ^ Грюнейзен, SJ (1991), «Требования к защите для двигательных систем с частицами» , специальный отчет , Bibcode : 1991phil.rept.....G , заархивировано из оригинала 08 апреля 2013 г. , получено 19 августа 2012 г.