?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

NASA поделилось с общественностью пресс-релизом о прогрессе в разработке реактора для космического применения Kilopower. Год назад я описывал этот проект подробно и тогда разработка была доведена до испытаний системы преобразования тепла в электроэнергию. Что ж, можно констатировать, что великолепный прогресс проекта стал еще лучше.




Реактор Kilopower на Луне (рендер).

В 2017 году в центре им. Гленна НАСА были проведены полномасштабные тепловакуумные испытания прототипа реактора с использованием электрического имитатора тепла распада внутри имитатора активной зоны из обедненного урана. В целом надо отметить, что отработка механизма передачи тепла от активной зоны в генераторы на базе двигателей Стирлинга (далее - ГДС) с помощью тепловых труб являлась чуть ли не самой сложной и важной частью проекта, поэтому затянулась на 3 года. В частности, сложной задачей является запуск натриевых тепловых труб, в которых надо расплавить и испарить часть натрия, что бы образовался достаточный тепловой поток, но при этом не перегреть их. Учитывая "самоуправляемый" характер реактора это не так-то и просто с точно зрения инженерии. Финальный цикл испытаний с болванкой обедненного уран-молибденового сплава был нацелен на испытания тепловых переходов между активной зоной (АЗ) и тепловыми трубами.



Температура в тепловых трубах KIlopower при запуске системы. Термопары расположены по возрастаню номера от имитатора АЗ к приемнику тепла (горячему концу ГДС).

Однако, хотя высокотемпературные тепловые трубы и ГДС - штуки интересные, все это мало касалось ядерной части Kilopower. Полноценный эксперимент с ядерным источником тепла был назван KRUSTY (Kilopower Reactor Using Stirling TechnologY) и проводился с осени 2017 по март 2018 в лаборатории DAF, расположенной в Невадском ядерном полигоне. В этой лаборатории (которая раньше была место сборки ядерных зарядов для испытательных подрывов на полигоне) сейчас расположено четыре критсборки которые используются ядерными лабораториями США для различных экспериментов (в т.ч. довольно мирных - например для измерения дозиметрических констант). Кстати, именно в этой лаборатории началась история Kilopower, т.к. именно здесь расположена критсборка Flattop, на которой в 2011 году провели испытания концептуального прототипа реактора.


Критсборка - донор. Для KRUTSY использована рама и нижняя подвижная система.

Для эксперимента KRUSTY была взята машина Comet, раньше представляющая собой сдвигаемые по вертикали половинки из урановых болванок и отражателей. Теперь сверху разместили собственно Kilopower с вакуумной камерой а подвижной системой на болванку из обогащенного урана надвигали отражатель из оксида бериллия.

Сборка из машины Comet и реактора Kilopower, использованная в эксперименте KRUSTY

После сборки активной зоны (что, кстати, представляет собой отдельный поджанр - с кучей ограничений по наличию рядом людей, материалов) были проведены испытания поведения системы при отказах различных систем. NASA здесь пишет "conducted without power", однако из плана экспериментов вырисовывается несколько другая картина


Сборка активной зоны реактора. Одно из часто встречающихся ограничений при работе с критичными сборками - ограничение на присутсвие людей рядом (скажем не более 2 человек в радиусе 2 метров), что бы не испытывать судьбу наличием большого количества водяных отражателей вокруг оружейного материала. Элементы собираемые инженерами описаны на картинке ниже:



Далее был выполнен физический пуск реактора без системы преобразования с измерениями реактивностных характеристик отражателя и размножающих свойств системы а также, судя по планам - пускового поглощающего стержня из карбида бора, который проектно устанавливается в центре активной зоны и гарантирует незапуск реактора при нештатных ситуациях, например падении при выводе на орбиту
.

Запланированные эксперименты включали в себя вводы реактивности при холодном состоянии реактора в 0,8 и 3 доллара (1 доллар означает превышение над критичностью равное доле запаздывающих нейтронов). При этом происходит рост нейтронной мощности (в случае ввода 3 долларов - быстрый) пока нагрев и расширение топливо не введет отрицательную реактивность и реактор не "успокоится" на определенном уровне мощности.



По планам должны были были измерены размножающие свойства различных элементов сборки при различных температурах.

Здесь надо отметить, что пресс-релиз NASA/DOE весьма скуп на детали, но я на 99% уверен, что именно эти измерения были проведены зимой. Без экспериментальной проверки размножающих свойств реактора ему навсегда бы будет суждено остаться бумажными и не быть допущенным до пусков.


Установка вакуумной камеры на "преобразовательную часть" Kilopower во время зимних тестов.

Наконец, были проведены комплексные испытания системы с пуском реактора и преобразовательной системы, выходом на номинал и прогоном на мощности. Весь тест занял 28 часов, из графика разогрева тепловых труб выше можно предположить что опыт выглядел как "старт за 4 часа + 24 часа работы на номинале". Проводились ли при этом испытания по самоуправляемости реактора (изменение тепловой мощности при изменении нагрузки), не сообщается, но одна картинка из пресс-релиза заставляет предположить, что да, проводились


Сильнокликабельно

На заднем плане тут стойки управления критсборками GODIVA IV и Comet, на экранах можно разглядеть стенд из Comet с Kilopower, отражатель поднят в режим "пуск" и снег на экранах камеры тоже намекает, что это момент длительного прогона. На экранах на заднем столе, надо полагать какие-то ядерные параметры сборки, на экранах ближе к нам - графики температуры с темопар и состояние систем и инструментирования. Зубцы на графиках температуры вполне можно представить себе как включения дополнительных нагрузок. Планы на этот прогон тоже подтверждают эти идею:



На пресс-конференции инженер НАСА еще отметил, что "команда провела испытания последовательности запуска, параметров при работе на номинале, эффективность - причем по всем измеряемым параметрам система удовлетворяет требованиям".

Так или иначе для NASA/DOE это значительный шаг. За предыдущие 40 лет ни один проект гражданского космического реактора не дошел до физпуска, хотя этапы разработки и тепловакуумных испытаний прошли многие. Про военные проекты известно меньше, как минимум для реактора SP-100 испытания зашли весьма далеко - возможно что он был испытан в виде критсборки нулевой мощности. Этот успех невероятен на фоне десятилетий, которые тратили предыдущие, так и не дошедшие до полноценных наземных испытаний, проекты. Однако несмотря на отличную концепцию и успешную наземную отработку, будущее Kilopower неясно.


Концепции миссий к целям в поясе Койпера с применением 10-киловаттной версии Kilopower для обепечения тяги аппаратов.

Область применения подобного реактора хоть и относительно немаленькая, но одновременно и не такая большая: замена РИТЭГам в миссиях автоматических межпланетных станций за пределы орбиты Юпитера, в случае разработки 10 кВт версии - так же снабжение электроэнергией пилотируемых миссий на Луну (хотя относительно миссий на лунный полюс вопрос спорный) и главное - снабжение электропитанием ЭРД миссий к дальним телам солнечной системы. Последняя опция, называемая Nuclear Electrical Propulsion самая продуктивная в смысле улучшения возможностей космических аппаратов и позволяет достичь целей, которые невозможно достичь на химических реактивных двигателях, например орбиты Харона, Плутона и других тел пояса Койпера.

Однако 10 киловаттную версию еще надо разработать. С использованием 380-ваттных тепловых труб, которые есть на прототипе это невозможно, и вообще задача отвести 40 киловатт тепла от относительно небольшой болванки из урана без движущегося теплоносителя выглядит трудной. Вполне возможно, что разработка 10 киловаттного реактора затянется надолго, и неплохо бы найти потребителей и на 1-киловаттную версию, что бы реактор залетал.

Замена же РИТЭГов (особенно их версий со ГДС) мало что дает в силу большого собственного веса Kilopower, кроме потенциального удешевления аппаратов (РИТЭГи обоходятся НАСА в сумму порядка 100 млн долларов за киловатт, явно дороже Kilopower). Мейнстримное проектирование аппаратов НАСА продолжает делать оценки с использованием плутониевых РИТЭГов!


Планируемые НАСА миссии к Нептуну и Урану пока несут на борту РИТЭГи - развитие бортового энергоисточника ровера Curiocity.

Пилотируемые же базы/долговременные миссии где-то на Луне или Марсе же остаются в концептуальной фазе уже много десятилетий, и не похоже, что это та лошадь, которая способна вытащить Kilopower в космос. Собственно даже дальние АМС предусматривают темп запусков 1 раз в 10 лет, а то и реже. Думается, следующий шаг должна сделать именно НАСА, найдя достоенную миссию для Kilopower и сделать его как можно скорее. Будем надеятся, что в ближайший год мы такой выбор увидим, что даст наилучшие шансы на появления нового ядерного реактора в космосе, чего мы не видели уже очень давно.

Comments

( 97 comments — Leave a comment )
nastojashheeimj
May. 4th, 2018 07:20 pm (UTC)
а куда и как оно тепло будет сбрасывать в вакууме?
sceptikk
May. 4th, 2018 07:22 pm (UTC)
излучение -нет, не слышал...))
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 07:28 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 07:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:36 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 07:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 07:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:58 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 08:00 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 08:06 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sceptikk - May. 4th, 2018 08:07 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 08:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - basila_ppp - May. 5th, 2018 11:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - sur_kg - May. 5th, 2018 06:09 am (UTC) - Expand
И проблемы больше нет. - ecort - May. 19th, 2018 12:22 am (UTC) - Expand
(no subject) - balmerdx - May. 4th, 2018 07:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 08:15 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 4th, 2018 08:17 pm (UTC) - Expand
(no subject) - balmerdx - May. 4th, 2018 08:54 pm (UTC) - Expand
Кстати! - ecort - May. 12th, 2018 10:55 am (UTC) - Expand
Re: Кстати! - tnenergy - May. 12th, 2018 11:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - flat_area - May. 4th, 2018 07:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nastojashheeimj - May. 4th, 2018 07:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - flat_area - May. 4th, 2018 07:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - May. 5th, 2018 12:22 pm (UTC) - Expand
flat_area
May. 4th, 2018 07:23 pm (UTC)
"100 млн долларов за киловатт"
Блин, шутка про чипсы, как картофелину по цене килограмма, однозначно, обесценена.
Киловатт по цене электростанции.

Edited at 2018-05-04 07:28 pm (UTC)
eugene_gu
May. 4th, 2018 08:03 pm (UTC)
Location! Location! Location!
(no subject) - misha_makferson - May. 4th, 2018 09:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - alexartukov - May. 5th, 2018 08:55 am (UTC) - Expand
(no subject) - misha_makferson - May. 5th, 2018 09:08 am (UTC) - Expand
(no subject) - alexartukov - May. 5th, 2018 09:18 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 5th, 2018 09:35 am (UTC) - Expand
carrot_v
May. 4th, 2018 07:51 pm (UTC)
А вот про ГДС очень интересно.
affidavid
May. 4th, 2018 09:10 pm (UTC)
На луну стремно - все-таки оружейный уран в количествах. Шансов, что доктор Зло привезет обратно немного, но на пару киношек и истерику политиков хватит. С другой стороны, может киношки могут помочь решить финансовую сторону экспедиции?
jr0
May. 5th, 2018 12:14 pm (UTC)
Э, сколько, по-вашему, стоит программа создания ядерного оружия? А сколько доставка с Луны сотен кг?
misha_makferson
May. 4th, 2018 09:43 pm (UTC)
>(скажем не более 2 человек в радиусе 2 метров), что бы не испытывать судьбу наличием большого количества водяных отражателей вокруг оружейного материала.
А я думал, что ограничения это для охраны здоровья людей :-)
tnenergy
May. 4th, 2018 10:13 pm (UTC)
Если не заботиться о судьбе критсборки, от цепной реакции которой отделяет только отсутствие хорошего отражателя, то с охраной здоровья сборщиков может возникнуть большая беда.
(no subject) - egh0st - May. 5th, 2018 04:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 5th, 2018 07:29 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 01:49 pm (UTC) - Expand
(no subject) - savechenkov - May. 7th, 2018 03:08 am (UTC) - Expand
cn_mangetsu
May. 4th, 2018 10:04 pm (UTC)
А доллары — это действительно такая внесистемная единица? Ни разу не встречал.
tnenergy
May. 4th, 2018 10:14 pm (UTC)
Да, в расчетах критичности очень часто встречается. Как вариант эту единицу обозначают греческой буквой ро.
(no subject) - b_my - May. 7th, 2018 07:48 am (UTC) - Expand
alex_avr2
May. 4th, 2018 11:33 pm (UTC)
А софт похоже на базе LabView сделан, насколько можно разглядеть экраны. Вот не думал, что его для таких серьезных вещей как ядерные реакторы применяют, хоть и "детские". Хотя если только для мониторинга параметров..
alga
May. 5th, 2018 03:29 am (UTC)
Это вообще-то выглядит как EDM (Extensible Display Manager) поверх EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System), хотя я не сильно приглядывался. Было бы странно, если бы в DOE лабе использовали что-то другое :)
(no subject) - egh0st - May. 5th, 2018 04:51 am (UTC) - Expand
(no subject) - alga - May. 5th, 2018 06:04 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 01:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - egh0st - May. 5th, 2018 02:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - int128 - May. 5th, 2018 07:06 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 09:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - amginskiy - May. 10th, 2018 10:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - black_semargl - May. 8th, 2018 12:14 am (UTC) - Expand
(no subject) - black_semargl - May. 12th, 2018 01:13 pm (UTC) - Expand
(no subject) - black_semargl - May. 13th, 2018 10:47 pm (UTC) - Expand
(no subject) - alex_avr2 - May. 5th, 2018 08:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - thorgeir - May. 5th, 2018 06:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - alex_avr2 - May. 5th, 2018 08:48 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 01:55 pm (UTC) - Expand
dimasik1982
May. 5th, 2018 08:10 am (UTC)
А у нас кроме победный реляций есть что?
tnenergy
May. 5th, 2018 08:32 am (UTC)
Ну вон крылатые ракеты с ядерным двигателем, по словам президента, есть.

Вообще, надо заметить, что в РФ есть альтернативная технология с термоэмиссионными преобразователями ("Топаз", "Енисей"), не совсем понятно, что у нее с ресурсом и весовой отдачей, но она как минимум есть. А вот задач, типа тех, под которые планируется Kilopower у Российского космоса нет и не будет.
(no subject) - jr0 - May. 5th, 2018 12:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 01:53 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 5th, 2018 01:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 09:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 5th, 2018 09:31 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 5th, 2018 09:43 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 6th, 2018 06:33 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 6th, 2018 12:05 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 7th, 2018 07:13 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 7th, 2018 07:46 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 7th, 2018 07:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 7th, 2018 08:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 7th, 2018 08:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 7th, 2018 09:03 am (UTC) - Expand
(no subject) - amginskiy - May. 10th, 2018 10:15 am (UTC) - Expand
Нуклон ? - naunau - May. 7th, 2018 04:35 am (UTC) - Expand
lx_photos
May. 5th, 2018 03:09 pm (UTC)
классно, спасибо
tnenergy
May. 7th, 2018 01:18 pm (UTC)
Не могли бы вы развернуть мысль?
borbacuca
May. 7th, 2018 01:42 pm (UTC)
Проект ГДМЛ
tnenergy
May. 7th, 2018 01:58 pm (UTC)
Я смотрю, вы большой любитель краткости. Я знаю, про что эта презентация. Поясните, почему отчет по продвижению проекта открытых ловушек (без особых прорывов) в ИЯФ в 2017 году важнее новости об успешных испытаниях kilopower?

Да, про СМОЛУ я тоже в курсе, и пока она не дошла до полноценной конфигурации.
Mad Max
May. 19th, 2018 12:05 am (UTC)
Запланированные эксперименты включали в себя вводы реактивности при холодном состоянии реактора в 0,8 и 3 доллара (1 доллар означает превышение над критичностью равное доле запаздывающих нейтронов). При этом происходит рост нейтронной мощности (в случае ввода 3 долларов - быстрый) пока нагрев и расширение топливо не введет отрицательную реактивность и реактор не "успокоится" на определенном уровне мощности.

Эмм. Т.е. они по сути запускают реактор разгоном на мгновенных нейтронах, как при подрыве атомной бомбы в рассчете, что нагрев и расширение топлива достаточно быстро снизят критичность? Настолько быстро, что по инерции (из-за те же запаздывающих в т.ч.) не сильно проскочат расчетную рабочую температуру?
( 97 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

September 2018
S M T W T F S
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30      
Powered by LiveJournal.com