ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ В КОСМОСЕ
advertisement
Steven Aftergood Background оп Space Nuclear Power Science & Global Security, 1989, Volume 1, Nos. 1-2, рр. 93-107 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ В КОСМОСЕ С. Афтергуд Эта работа представляет собой введение в технологию космической ядерной энергии, в ней дается обзор истории ее развития, nриводится информация о современных исследовательских программах и рассматриваются волросы лрименения систем, использующих космическую ядерную энергию. Автор статьи работает в Федерации американских ученых в Вашингтоне. Статья nодготовлена в рамках совместного исследовательского лроекта по сокращению вооружений, организованного Комитетом советских ученых в защиту мира, против ядерной угрозы и Федерацией американских ученых. 2 ПРИНUИПЬIКОНСТРУКUИИ КОСМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ иллюстрирует общую применимасть раз­ личных нсточюtкоD энергии, ядерных инея­ дерных, в интервалах требований по мощно­ Космическая ядерная энергетическая СТII и длительности действия. Для IЗсех пра­ установка лреобразует тепловую энергию ктических ядерного для реакторов необходимо, когда в течение дли­ Элементы тельного периода требуется обеспечивать nитания источника в какой-либо электрическую нагрузки. этого процесса иллюстрируются схемой на 1. рис. умеренную целей или использование ядерных высокую непрерывную мо­ щность. Как правило, в космосе используется два типа источников ядерной энергии - яд­ ИСТОРИЯ РАЗ ВИТИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЯДЕРНЬIХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ерные реакторы и радиоизотоnные источни­ ки. В космической системе, использующей ядерный реактор, источником энергии явля­ ется тепло, выделяющееся в управляемой Американская программа. В США рабо­ ты по разработке небольших ядерных исто­ реакции деления урана. Это тепло через те­ чников энергии для использования в космосе плообменник-охладительлередаетсялибов статическую (например, теплоэлектриче­ 1955 году в рамках программы SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power- скую), либо в динамическую (например, тур­ вспомогательные системы ядерной энерг11и). бина/генератор) систему преобразования, начались в Всего США запустили 22 космических которая переводит его в электричество. За­ аппарата, питаюtцихся от одного или более тем это электричество может быть "перер­ аботано" в форму, необходимую для полез­ ной нагрузки. Ненужное тепло сбрасывается (РТГ). Кроме того, США запустили один спу­ через радиатор. В изотопном источнике эне­ этих систем косм11ческой ядерной энергии ргии тепло выделяется при естественном распаде радиоактивного изотопа. Во всех системах, запущенных в США, используется радиоизотопных термических тник, пнтающ1tПся генератороD от реактора. Перечень представлен в таблице 2. вшиеся ttсточtшюl в этих полетах Все использова­ энергии были довольно маломоtцными. СамыП мощ­ плутоний-238. 1 Это тепло, как и полученное ный реактор в реакторе, можно преобразовать в электри­ 500 SNAP 10А производил только Вт электроэнергии. Американская про­ чество с помощью статического или динами­ грамма по космическим реактора:-1 была све­ ческого преобразователя. Опять же, электричество перерабаты­ вается в соответствии с требованиями на­ грузки, а избыточное тепло сбрасывается. рнута в 1973 году, поскольку ни для каких запусков космический реактор не требовал­ ся. Только начало работы над программой SP-100, описываемой ниже, вызвало ее ожи­ По сравнению с альтернативными вари­ вление. В США самый последний космиче­ антами использование ядерных источников ский аппарат с РТГ -источником был запу­ энергии дает значительный выигрыш в весе щен в в тех случаях, когда потребность в энергии источником превышает десятки киловатт в течение не­ который должен быть запущен к Юпитеру в скольких дней. Количественные оценки па­ SР-100и мультимегаваттных реакторов сра­ октябре 1989 года. Советская программа. В СССР было за­ пущено более 30 спутников с ядерным реак­ вниваются с параметрами их химических и тором солнечных эквивалентов в табл. колько спутников с РТГ -источюшамн н ап- раметров космических ядерных реакторов 1. Рисунок 1977 году. Следующий корабль с РТГ­ - это аппарат НАСА Галилей, в качестве источника энергии, нес­ Исполь:зо6ание ядерной. энергии Таблица 6 космосе 23 1. Солнечный и химический эквиваленты для двух космических реакторов Проектная Масса Масса Плщцадь масса, кг химического солнечных солнечных батарей, кг батарей,м 2 эквивалента, кг -5,000 -б х 106 10,000 750 -50,000 - 9 х 107 1 х 106 75,000 SP-100 Мультимегаватттный 10 МВт (эл.) Таблица 2. Системы космической ядерной энергии, запуJ.Ценные США. Состоявне Дата запуска . 29 июня 15 ноября 28 сентября 5 декабря 21 апреля 3 апреля 18 мая 14 апреля 14 ноября 11 апреля 31 января 26 июля 2 марта 16 апреля 2 сентября 7 декабря 5 апреля 20 августа 9 сентября 14 марта 14 марта 20 августа 5 сентября Все американские 1961 1961 1963 1963 1964 1965 1968 1969 1969 1970 1971 1971 1972 1972 1972 1972 1973 1975 1975 1976 1976 1977 1977 RTG Космичесю !Й Источник Высота или время аппарат энергии км ЖИЗНII Transit 4А Transit 4В Transit-5BN-1 Transit-5BN-2 Transit-5BN-3 Snapshot Nimbus-B-1 Nimbus III Apollo 12 Apollo 13 Apollo 14 Apollo 15 Pioneer 10 ApoJio 16 Transit-01-1X ApoJio 17 Pioneer 11 Viking 1 Viking 2 LES 8 LES9 Voyager 2 Voyager 1 RTG• RTG RTG RTG RTG 930 1,030 1,095 1,085 выключен реактор 1,290 RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG RTG работают на плутонии-238; реактор отказал 9 месяцев отказал выключен 43дня выключен 1,100 отказал на Луне выключен на Луне на Луне за Плутоном на Луне 770 работает на Луне за Сатурнам на Марсе на Марсе 35,785 35,785 работает работает за Ураном за Сатурнам Shapshot работает на уране- 235. Источники: Gary L.Bennett, james j.Lombardo, and Bernard j.Rock, "Development and Use of Nuclear Power Sources for Space Applications", journal of the Astronautical Sciences, 29, 4, October-December 1981, рр.321-342; Nicholas L.johnson, "Nuclear Power Supplies in OrЬit", Space Policy, August 1986, рр.223-233. Значения высот даны на 1 января 1986 года. 24 Cmuf:Jeн Афтергуд АККУМУЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ Мехаш1ческая, химнческая 1 1 ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ~ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ~РАСПРЕДЕЛЕНИЕ- НАГРУЗКА Ядерный реактор ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ или изотопный ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ Статистическое нлн генератор дннамическое Открытыii или замкнутый цикл 1 СБРОСТЕПЛА Радиатор 1 Рисунок Схема nроцесса nреобразованин ядерной энергии в электрическую . :: ~ ..J "' > ш ..J ::"' w 102 о "u а: >- u ш ..J ш 1 HOUR 1 DдУ 1 Y(AR 1 MONTH DURдTION 10 YEARS OF USE Рисунок 2 ВозМОЖНЫе режИМЫ nрнменен!IЯ КОС:\.1\!ЧеСКИХ энерГСТJIЧеСЮIХ CIICTeJ\1 nараты "Луноход". Сnисок космических аn­ nаратов с ядерными источниками энергии, заnущенных в СССР, nриведен в таблице 3. Советский Союз исnользовал космические реакторы для nитания своих сnутников радиолокаторами морской разведки с (ROR- которые были nредназначены для об­ наружения и слежения за кораблями ВМС США. Тиnичная высота их орбиты - 255 270 км. Такая низкая орбита расширяет воз­ SAT), можности требует сnутникового радиолокатора, но исnользования ядерной энерги11 Реактор сконструttропан так, чтобы nо­ сле окончаю1я ос нош юП задачи, nродолжаю­ щейся обычно 2tiШI 3 месяца, отделяться от сnутника н nеревод1пься на более высокую долгоживущую орбнту около 950 км. Неnо­ ладки в снетеме nопторного заnуска к nреждевременному сnутника Космос-954 нию радиоактивных nадеш1ю u 1978 rrp1 шел н реактора со году н выпаде­ осколкоu u сеuеро-за­ падной Канаде. После этого иншщента кон­ струкция была изменена так, чтобы в кон­ вместо солнечных nанелей, nоскольку nо­ це миссии акпшная зона реактора выбра­ сьшалась нз реактора, тем самыl\1 облегчая следние увеличивали бы соnротивление и сильно сокращали бы время жизни на орби­ ры в случае возврата. Так было, когда Кос­ его уничтожение в верхних слоях атмосфе­ те. Кроме того, аnпарату, оснащенному сол­ мос-1402 вошел в атмосферу в нечными система Даже если nереход был усnешным, активная хранения энергии для работы в тени Земли, что увеличивает его массу и nорождает те­ зона реактора все равно отбрасывается nо­ сле выхода на более высокую орб11ту. В хнические сложности. 1988 батареями, необходима 1983 году. году стало нзuест1ю о дальнеltшнх из- Использование ядер1юй энергии в космосе Таблица 3. Косr.шческне аппараты с ядерным источн11ком энерг1111, запуtценные в СССР. Дата заnуска 3 сентября 18 сентября 27 декабря 22 марта 1965 1965 1967 1968 :25 января 1969 23 сентября 22 октября 3 октября 1 апреля 25 декабря 21 августа 1969 1969 1970 1971 1971 1972 Космический Источник 3наченllе Продолж11- аппарат энергии высоты, тельность км работы Космос Космос Космос Космос 84 90 198 209 RTG• RTG реактор реактор 1,500 1,500 920 905 возl\южен неудачныii запуск 1 1 день день RORS/\T i 1 1 Космос Космос Космос Космос Космос Космос 300 305 367 402 469 516 RTG RTG реактор реактор реактор реактор повторнемыП повторяеi\IЫII 1 день 1 день 9 днеП 32 ДНЯ 970 990 980 975 1 25 1 апреля 27 декабря 15 мая 17 ~!аЛ 2 апреля 7 апреля 12 декабря 17 октября 21 октября 16 сентября 18 сентября 29 апреля 5 марта 21 апреля 24 августа 14 мая 1 I!ЮНЯ 30 августа 2 октября 29 июня 31 октября 1 августа 23 августа неудачный запуск 1973 1973 1974 1974 1975 1975 1975 1 1976 1976 1977 1977 1980 1981 1981 1982 1982 1982 1982 1982 1984 .1984 1985 1985 Космос реактор Космос реактор 626 651 Космос 654 Космос 723 Космос 724 Космос 785 Космос 860 Кос~юс 861 Космос 952 Космос 954 Koci\IOC 1176 Космос 1249 Космос 1266 Космос 1299 Космос 1365 Космос 1372 Космос 1402 Космос 1412 Космос 1579 Космос 1607 Космос 1670 Космос 1677 реактор реактор реактор реактор реактор реактор реактор RORS/\T 945 920 965 930 900 955 960 960 950 реаi<Тор пoвтopяer.I;_,rfi реактор 920 940 930 945 930 945 реактор реактор реактор реактор реактор реактор повторяемыil реактор 945 945 950 950 940 реактор реактор реактор реактор 11 --~-···---······--~------------------- 45 ДllеЙ 71 день 74 дня 43 дня 65 дней 1 ДЩН.> 24д1НI 60 дней 21 девь -43 дня 134 ДШI 105 ДНЯ 8 дней 12 дней 135 дней 70 днеП 120 днеП 39 днеП 90 днеП 93 ДIIЛ 83 дня 60 ДI!Н. 25 Стuбен Афтергуд 26 Продолжение таблицы 3. Дата заnуска Космический Источник 3!шчешlе аnпарат энергии DЫСОТЬI Продолж11тельность работы 21 марта 1986 ·Космос 1736 реактор 950 92 дня 20 августа 1986 Космос 1771 реактор 950 56 дней 1 февраля 1987 Космос 1818 реактор 800 -6 месяцев 18 июня 1987 Космос 1860 реактор 950 40 дней 10 IIЮЛЯ 1987 Космос 1867 реактор 800 -1 год 12 декабря 1987 Космос 1900 реактор 720 -124 марта 1987 Космос 1932 реактор 965 66 14 . RTG дня днеГI предположителыю наполнены nлут01111С.\1-21 О, l<оторыП 1 1~1еет продолжiiтелыюсть расnада 138.39 днеii. Источники: Nicho\as L.johnson, "Nuclear Power Supplies iп Orblt", Space Policy , August 1986, 1988 рр-.227, 228. Пересмотрено г. Значешш высоты даны на 11 1 переделано nри личном учасп111 Джанеона января 1986 г. для запускоu до 1986 июня 24 г. Космос 1818 и Космос 1867 nредположительно былн запущены для 11спытаннl1 ноuого пша реактора Топаз. ~1енениях конструкции, затрапшающ11х ав­ томатическую систему nepeзanycJ<a. 2 Она срабатывает в случае одноП ttз трех непола­ док: nотеря контроля высоты, nрекращенне работы реактора, пробоi1 в элшпр11ЧШ<О11 Сllстеме. Пo-BIIДIItvюмy, nервая из этих ир11ЧI!Н вызвала о последнюю rvшнуту переход с­ пупнша Космос-1900 в 1988 году. Публикацюt о советской космической я­ реЗ!пары рабатают на быстрых нейтронах. Недавно Caueтci<Иi1 Союз оф1 I!J.IIaлыю caoбUJIIЛ, что D 1987-1988 гадах быт! nро­ ведсны летные J!спыташ ш двух новых peal<тapou "Топаз". 5 Испt,fт:шня провОДI!ЛJ!сь Пр Н урош IC MЩ!J,IIOCТI 1ЭЛеi<ТрОЭI!ерП 111 10 к[3т H::t орб!IТЭХ С IЗЫСОТОI! О!(ОЛО 800 K~t, вреМЯ работы саставнло б ~leCЯIJCD 11 1 год соатве­ тстпеlшо. СпупнiЮI, нecytl!HC реакторы То­ дервой nрограмме редки н нногда nротиво­ nаз, бЬJЛJ 1ПредПОЛОЖI !ТСЛЬ! 10 ОТОЖДеСТDЛСIIЬI речивы.3 Однако в 1988 году в СССР была заnадными наблюдателями со сnутниками опубликована 1111формация о реакторе Кос­ Космос-1818 11 Космос-1867. 6 мос-1900:4 "Сердцевина реактора состоит из 37 ци­ АВАРИИ И НЕПОЛАДКИ В КОСМИЧЕСКИХ линдрических теnловых элементов, по­ ЯДЕРНЫХ СИСТЕМАХ крытых бериллиевыми отражателями. В качестве ядерного тоnлива используе­ Заметная часть - около 15% - всех аме­ IX заnускоп аппаратов с тся сnлав урана с молибденом, на 90% обогащенныП ураном-235 (общиi1 вес 31.1 кг) ... " борту Судя старте IIЛII друп1~111 поломкам11. Ннже эт11 по Космос-954, аналнзу эт11 осколков советсю 1е сnутника косм1 1ческне риканских 11 советсю ядерными энергетическими установкам11 на окончилась ИНДIIЦС!iТЫ краТКО авариями, отказами переЧIIСЛНЮТСН В на XpOIIO- Испо.лъ::ю6анuе ядерной энергии логическом nорядке: 7 космосе 27 со спутника Космос-1402 вошла в атмосфе­ ру 7 февраля, расnалась и рассеялась. 11 1964 Когда 6 американский навигационный 1988 сnутник Транзит-5ВN-3.не вышел на орбиту Радиосвязь со спутником Космос-1900 апреля, установленный на нем источник была потеряна в апреле, что сделало неnоз­ энергии РТГ SNAP 9А распался в атмосфере (как и было заложено в его конструкции на можным управляемый переnод спутш1ка на случай входа в атмосферу) на высоте около 30 21 высокую удаленную орбиту. В конце концов кюри сентября, как раз за несколько дней до предсказанного входа в атмосферу,сработа­ плутония-238 общее содержание этого r~з­ ли запасные системы, и бортоnой реакто~ отопа был переnеден на более высокую орбиту. 1 50 километров. Из-за выброса в окружающей среде 17000 утроилось, а общая загрязненность (измеренная в кюри) от всех изотоnов nлутония (в основном, вьl­ СОВРЕМЕННЫЕ АМЕРИКАНСКИЕ падения от испытаний ядерного оружия в КОСМИЧЕСКИЕ ЯДЕРНЫЕ ПРО ГР АММЬI атмосфере) увеличилась nримерно на 4%. 8 1968 18 В настоящее время в США раз­ SP-100. мая амернканский метеорологиче­ вивается несколько космических ядерных сюл1 спутннк Нимбус-В-1 нз-за поломки на программ. !Jентральной яnляется работа над старте упал в Тихий Океан у самого кали­ реактороr-1 форнийского побережья. Спустя nересматрнnается, но м1югие nажнеiiш11е дnа устанеnленных на нем РТГ 5 месяцеn SNAP 19А SP-100. Его конструкция еще параметры уже оnределены, по край11е11 ме­ былн 11звлечены непоnрежденными. ре, nредвар11телыю. Онн перечислсны в та­ 1969 25 блице юшаря n Советском Союзе был неу­ На рис. 4. рукции 3 изображена схема конст­ Характерист11кн гамма- SP-100. 11 дачный запуск. Возможно, это был РОРСАТ нейтронного излучения для предваритель­ с ядерным источ1шком энергии. ной конструкции 1969 23 блице сентября ззnушены 2 11 22 октября n СССР были аnтоматических лунных cтaн­ 5. SP-100 содержатся в та­ Предлагаемый реактор обладает теnловоil мощностью 2,3 МВт, которая nре­ образуется термоэлектричесю lM способом в ЦIIII. Обе вышли на околоземную орбиту, но 100 вошли в атмосферу несколько дней спустя. является получить для реактора отношение Согласно различным массы к мощности, раnное источникам, одна из ннх или обе 11мелн тепловой источник с по­ кВт электроэнергии. Конечноil целью кг/кВт. В дей­ 30 ствителыюсти, по оценкам вес рассматрива­ лошlем-210. После их входа в атмосферу емоil конструкции равен была ~!)г/кВт. Элементы реактора, в том числе обнаружена заметная радиоактив­ lюсть.9 его 1970 вольно малы В апреле сорвался заnуск американской оболочка и 4600 защитное кг, что дает nокрытие, до­ они занимают объем около - 1 м 3 . Однако в целом SP-100 совсем не такой луннойстанции "Аполлон-13". Отделивший­ комnактный, его общая длина более ел от нее по·садочный лунный модуль упал в а nлощадь nанели радиатора- около 100 м 2 . Тихий Океан. SNAP 27 источник Конструкция с nлутонием так и не смогли, но за­ Достать ядерный ципе уменьшение м, SP-100 доnускает в nрин­ no мощности электроэнер­ меры в атмосфере не показали выхода ради­ гии до оактивности, так что считают, что РТГ ос­ 1 тался неповрежденным. лым; 1973 25 апреля м у льтимегаоаттных приложений. 10 кВт н 25 увеличение до 1 МВт. Сnыше Мвт реактор становится cm1wкor.J тяже­ даннан констру~<ция не подходит для соnетскнй РОРСАТ с ядерным Ми­ источником упал в Тихий Океан из-за по­ нистерство ломки на старте. также возможность создания 1978 ядерного реактора с уровнем электрической Это одна из самых серьезных аварий с энергет11ки мощности более 1 США исследует космического МВт 13 рамках программы космическими ядерными источниками. Со­ "Мультнмегаваттные реакторы" (ММВ). По­ ветский спутник Космос-954 вошел в атмо­ видимому, бюджетные ограничею!Я отодви­ сферу 24 января н разбросал тысячи радио­ активных обломкоn на более чем 100000 км 2 территории северо-западной Канады. 10 Не­ которые фрагменты были очень радиоактив­ ными (гамма-излучение при сопр11коснове­ нин до 500 рентген в час). 1983 Отделившалея активная зона реактора нут выбор концепции его создания на nери­ од после 1991 года, а окончательную разра­ ботку ММВ реактора - за 2000 год. Предложено более десятка концепций ММВ системы, но многие прннц11пиальные воnросы еще ждут своего решен11я. Мини­ стерство энергетики разделило требовання, предъявляемые к мультимегаnаттным реак 28 Сти6ен Афтергуд INCOAE SAFEТV REACTOR VESSEL AODS HINGED REFLECTOR CONTAOL SEGMENT FUEL BUNDLES & HONEYCOMB STRUCTURE REENТRY НЕАТ SHIELD REACТOR THAW ASSIST НЕАТ PIPES SHIELD PRIMARY НЕАТ TRANSPORT PIPING AND SUPPORT STRUCTURE STRUTS REACTOR I&C MULTIPLEXER INSULAТION ~ --· AUXILIARY COOLING LOOP RADIATOR INCORE SAFEТY ROD ACTUATOR INTEGRATIQN JOINTS Рисунок 3 Схема энергетического блока реактора Таблица 4. Характерные nараметры Теnловая энергия Электрическая энергия Продолжительноть работы SP-1 00. SP-1 00 2.3 мегаватт 100 киловатт 7 лет noлнoii работы сверх 10- ти летнего nериода Тоnливо нитрит урана Масса топлива Обогащенное топливо -190 килограмм 89-97% урана-235 Энергия конверсии тсрмоэлектрl!ческан Площадь радиатора Диаметр цилиндра реактора 106 м 2 -800 к 35 см Темnература радиатора Нейтронная защита гидрид лития Защита от гамма-излучения вольфрам Общая масса защиты 1000 Основанна на сообщенияхSР-100 California. кг Project Integration Meeting,19-21 july 1988, Long Beach, Испо.пь:ю6ание ядерной энергии 6 космосе 29 Таблица б Предварительные оценки энергетических требований систем СОИ Вид действия Тревога Основа Взрыв BSТS 4- 10 ·4- 10 4- 10 ssтs 5- 15 5- 15 15-20 15-20 15-20 50- 100 15-20 15-20 100- 500 5- 10 5- 10 50- 100 15- 20 15- 20 300- 600 2-30 4-50 10- 100 50- 100 100- 150 100-200 10-50 10-50 20- 100 20- 120 1000- 10000 1х10 5 - 5х10 5 20- 120 1000- 10000 2х10 5 - 5х10 6 Лидар Лидар с построением изображения Лазерный осветитель Допплеровсю tй Л1Щ3р Носитель перехватчикав Химический лазер Боевое зеркало Ускорители Электромагнитная пушка Источник: Strategic Defense Initiative Organization. Reprinted in SDI: Technology, Survivabllity, and Software (Washington DC: US Congress, Office ofTechnology Assessment, ОТАISC-353, Мау 1988), р.142 торам, на три категори н: 13 прошлн путь от первых систем Десятки мегаватт, открытый цикл (раб­ очая жидкость выливается). SNAP до со­ временных Тепловых Источников Обt!!его Назначешtя (ТИОН), которые предполагае­ Десятки мегаватт, замкнутый цикл. тся установить на борту мнссий НАСА ''Гал­ Сотни мегаватт за сотн11 секунд, откры­ илео" (два РТГ) и "Улисс" (один РТГ). ТИОН будет иметь тепловую мощность 4,4 кВт и тый или замкнутый цикл. Изотопные энергетические установки. содержать 9,4 кг плутония. 14 Радиоизотоп­ Такие установки можно разделить на радио­ ные изотопные термические генераторы (РТГ), также в небольших количествах для обеспе­ где выполняется термоэлектрическое прео­ чения теплом чувствительных элементов ко­ бразование, и динамические изотопные эне­ ргетические системы (ДИЭС), которые вы­ смического корабля, которым вредит низкая температура. На аппарате "Галилео". напра­ полняютдинамическоепреобразованиеэне­ вляемом к Юпитеру, помимо двух РТГ ТИОН тепловые источники используются ргии. Радиоактивный изотоп плутония-238 будет установлено еще около используется в качестве неточника тепла в легких радиоизотопных нагревателей, выде­ обоих системах. ляющих 1 Вт тепловой мощности каждый.1 5 За последние 30 лет источники РТГ 130 таких С помощью ДИЭС можно получать эле к- 30 CmufJeн Афтергуд трическую мощность в диапазоне При мощности меньше 1 1-10 кВт. основном, в ооеtшых целях. Как отмечалось выше, Советскнii Союз кВт масса РТГ недостаточно мала. При мощности больше 10 использует ядерные реакторы для оснаще­ ния спутников-наблюдателей, которые об­ кВТ масса источника ДИЭС становится чрезмерной, и предпочтительнее воспользо­ наруживают ваться небольшим ядерным реактором. морскими су дамн. 19 Сторонники ДИЭС указывают, что она менее и следят В США разл11чные за aмepнкatiCIOIMII кос11.шческне прог­ заметна в инфракрасном диапазоне (излуч­ раммы ядерноii энергш1 развиваются ает меньше тепла: см. ниже), менее заметна кахСтратегической Оборонной Иш IЦI штнвы, на радиолокаторах (компактна), для создания мощного космического оружия излучает D рам­ меньше нейтронов и гамма-квантов по срав­ и орбитальных платформ. Если бы не СОИ, нению с реакторами, использующими ядер­ то Соединенным Штатам был11 бы практи­ ные реакции деления. 16 чески не нужны многие из разрабатьшаемых Однако для одной единственной 6-кило­ в настоящее uрсмя космичесю1х ядерных IIС­ ваттной ДИЭС требуется о~омное кошtче­ точннкоJЗ энерп ство плутония-238 -53 кг. 1 Это примерно в 111. Определен11еа рх1 пектурыСтратепtческоli дuа с половиной раза больше, чем осадк11 оборонной системы далеко от сuоего з:шер­ всех изотопов плутония (измеренные в кю­ шения, и определить точную роль ядер1юt1 р11) после всех испытаний ядерного оружия энергии в окончательной системе непозмож­ в атмосфере. но. Но органнзацня СтратегическоП оборО11ной инициаТIIDЫ, М1шистерство энергет!tЮI, ВОЕННОЕПРИМЕНЕНИЕКОСМИЧЕСКОЙ исследовательскал ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ1 8 группа Физнческого Общестuа Американского (АФО) по оружию направленной энерп 111 и Управлен11е по оц­ И современные, и предлагаемые космн­ енке технологнн в целом согласны, что, по­ ческие ядерные источники энергии, особен­ Ш1димому, но на околоземных орбитах, применяются, в ЯВЛЯЮТСЯ СУЦ.!еСТIЗСIНIОП ЧаСТЬЮ бо:Jее ПОЗ::\- Таблица ядерпые п космосе 5 Характер11стию 1 t·амма- 11 нейтравного 11злучс1111Н Центр реакторы НезаiЦIIЩенная поверхность SP-1 00 3aЩIHlleiJHaл Полез11ая пооерхность нагрузю::t Быстрые нейтроны (н/см 2 за 7лет) -1 х 1023 -3 х 1021 -3 х 10 16 4 х 10 12 5 х 1014 1.3 х 10 13 -1.3 х 107 2 х 10 4 -1 х 10 13 -5 х 10 11 -2 х 108 5 х 10 5 4.5 х 10 4 -2.3 х 103 -9 х 10- 1 2.3 х 10- 3 Поток быстрых нейтронов (н/см 2 сек) Фотоны (рад за 7 лет) Фотоны (рад/сек) Нейтронное ослабление защиты: Фактор поглощения гамма-излучения Dольфрамом: ГИДрИДОМ ЛIITIIЯ: Общее поглощение гамма-излучения защнтой: . 10 5 70 50 з.s х to 3 7.5 х Эти оценки включают поглощение нейтровов и гамма-излучеюш на расстояющ, вклю- чающем и защиту. Основывались на Baseline Design Study, 1984, General Electric's SP-100 рр.3-28. Gгound Engineering Systcm Использо6шшс ядерной энергии космосе 6 31 них этапов СОИ- тех, где будет использова­ очень информатш:шой, также как ться оружие направленной энергии. год!tнк "Советский год в космосе" того 4. Отчет Гаскомитета СССР по исnользо­ сти в несколько десятков киловатт тре­ ваниюатомной энергш1, представленный буется использовать ядерные реакторы в Международное Агентство по Атом­ - по двум при чинам. Первая ной Энергии. Воспроизведено в телег­ живучесть: большая площадь солнечных батарей рамме - надежность: длительное предполагаемое нахождение спутника MIICCИH в Вене; США, действиям нападающей стороны. Вторая причина Американской Австрия, Государственному Секретарю делала бы спутник очень уязвимым к 5. на 27 сентября 1988. William j. Broad в "New York Times", 15 января 1989, стр.А1; сообщение ТАСС орбите могло бы уменьшить надежность "Созданы ядер!tьtс энергетичесю 1е уста­ источника энергии (солнечных батарей) новюl нз-за радиационного повреждеН! !Я, вре­ января менной масштаб которого около 10 лет ... " составляет деляютэнергетltчесюtе потребност11 СОИ на три категор1111: режнм ожидания (базовая нагрузка), режим тревоги, боевой режим. В режиме ожидания требуется от нескольких 100 кВт непрерывной электрической мо­ щности в течение всей жизни системы для текущих функциГt эксплуатации 11 управле­ ния, таких как наблюдение, связь, обработка данных, контроль высоты, 6. охлаждение. 7. ДЛЯ КОСМНЧССЮIХ КОраблеlt", 5 1989. Частное сообt!!еtше, Николае Джонсон, 24 Официальные лица программы СОИ раз­ до еже­ же автора (Colorado Springs, Color·ado: Teledyne Brown Engineering). Члены Комитета АФО объясняли, что даже: 20 "для получения электрической мощно­ 11 HIOiiН 1988. Дальнейшую шtформаЦtlю и ссылк11 можно найт11 в статье S.Aftet·good в "Bulletin of the Atomic Scientists", октябрь 1986, стр.40-43. 8. E.P.Hardy, P.W.Krey and H.L.Volchok, Nature, 16 февраля 1973, стр.444. 9. johnson, 1986, стр.227; William j. Broad "New York Times", 8 февраля 1983, стр. Cl,C2. 10. W.К.Gummer et al., "Космос-954: прои­ Режим тревоги будет включаться при угрозе схождение и nрирода обнаруженных об­ конфликта и, согласно оценкам организации ломков",(Нuii,QuеЬес: СОИ, может потребовать до ment ктроэнергии в течение 10 МВт эле­ том действительного включения оружия на­ правленной энергии, может потребовать сотни мегаватт энерrин за десятки или со­ тюt секунд. В таблице 6 nредставлены nред­ 11. Robert Leifer et al., Science, 238, 23 ок­ тября 1987, стр.512-3. 12. Williarn j. Broad в "New York Times", 14 мая 1988;16 WiJiiam Harwood в "Washington Post (UPI)", 2 октября 1988, стр. варительные оценки энергетичесt<ИХ треб­ ований некоторых еветем СОИ. Canadian GovernCenter, INF0-0006, май 1980),cтp.ll. одного года за все­ время жизни системы. Боевой режим, с уче­ PuЬiishing А6. в "Aviation \Veek & Space 1 феоралн 1988, стр. 59. 14. Gat·y L. Bennett et al., п "Proceec!iпgs of the 21st lпter·society Епегgу Conver-sion Engincet·ing Co11fet"cnce", то~J 3, апгуст 1986, стр.l 999-2011. 15. АналtiЗ безопасностн легкого радtюнзо­ топного IШГревателя, отчет MLI\·1-3293, октябрь 1985. 16. Ga,·y L. Benпett and james j. Lombardo, в "Proceedings of the 22nd JnteJ"society Energy Conversion Engineering Confeгe­ nce", том 1, август 1987, стр.366-372. 13. Philip .. Klass Techпology", ПРИМЕЧАНИЛ И ССЫЛКИ 1. Получаеrчыfi плутоннП-238 в деtlспщ­ тельности содержит около нин-238, 15% 83% плуто­ плутоння-239 н неболь­ шие коmtчестоа других 1tзотоrшв плуто­ ния. Период полураспада плутошtн-238 -87.8 2. лет. См. показания Д.Хирша на слушаниях Комитета по энергии и природным ре­ сурсам Сената США, 13 сентября 1988. См. также Т.М. Foley, в "Aviation Week & Space Technology", 19 сентября 1988, стр. 3. ДИЭС были недавно nерсnроектированы D ТЭПС (турбинные энерго-преобразую­ щие системы). 20. Статья R. Townsend Reese and Charles Vick в "journal of the British Interplanetary Society", vol. 36, 1983, стр.457-462 nредставляет интерес, хоть и со­ 17. держит некоторые несоответствия. Статья Nicholas L. johиson в "Space PoJicy", август 1986, стр.223-233 явлнетсн Предnолагается 20-nроцентная эффе­ ктивность преобразованttя Р. 11 0.56 Вт/г nлутония-238. 18. Дальнейшую информацию о nрименении см. в S.Aftergood, Space Policy, февраль . 1989, стр.25-40. 19. Nicholas L. Johnson, "Советскш-1 год в 32 Cmu6eн Афтерtуд космосе 1985" (Colorado Springs, Colorado: Teledyne Brown Engineering, 1985), стр.39; см. также Министерство оборо­ ны США "Советские вооруженные силы 1985",стр.53;и "Aviation Week &Space Technology", 26 а о густа 1985, стр. 23. 20. Physics Today, ноябрь 1987, стр.52-53.
