СНАП-10А
Экспериментальный ядерный спутник ВВС США

SNAP-10A (МОМЕНТАЛЬНЫЙ СНИМОК)
Изображение космической атомной электростанции SNAP 10A
Тип миссииИнженерное дело
ОператорВВС США
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР1965-027А
Номер SATCAT01314
Продолжительность миссии43 дня
Свойства космического корабля
ПроизводительАтомикс Интернешнл
Стартовая масса440 кг (970 фунтов)
Начало миссии
Дата запуска3 апреля 1965, 21:25 ( 1965-04-03UTC21:25 )
РакетаАтлас-Агена Д
Стартовая площадкаАвиабаза Ванденберг, PALC2-4 [1]
Конец миссии
Последний контакт16 мая 1965 г.
Дата распада3 апреля 5966 г. (планируется)
Параметры орбиты
Система отсчетаГеоцентрический
РежимНизкая Земля
Эксцентриситет0,00319
Высота перигея1268 км (788 миль)
Апогей высоты1317 км (818 миль)
Наклон90,2°
Период111,4 минут [2]
Эпоха3 апреля 1965 г.
Системы для вспомогательной ядерной энергетики

SNAP-10A ( Systems for Nuclear Auxiliary Power , [3] также известный как Snapshot for Space Nuclear Auxiliary Power Shot , также известный как OPS 4682 [4] ) был американским экспериментальным ядерным спутником, запущенным в космос в 1965 году [5] в рамках программы SNAPSHOT. [6] [4] Испытание ознаменовало как первую в мире эксплуатацию ядерного реактора на орбите, [7] [8] так и первую эксплуатацию системы ионного двигателя на орбите. Это единственная энергосистема с ядерным реактором, запущенная в космос Соединенными Штатами. [9] Реактор прекратил работу всего через 43 дня из-за отказа неядерного электрического компонента. [10] Реактор Программы ядерных вспомогательных систем был специально разработан для использования на спутниках в 1950-х и начале 1960-х годов под надзором Комиссии по атомной энергии США . [11] [12]

История

Программа « Системы для вспомогательной ядерной энергии » (SNAP) была разработана в результате проекта Feedback, исследования разведывательных спутников, проведенного корпорацией Rand в 1954 году. [13] Поскольку некоторые из предлагаемых спутников имели высокие требования к мощности, некоторые достигали нескольких киловатт, Комиссия по атомной энергии США (AEC) в 1951 году запросила у промышленности серию исследований ядерных электростанций. Завершенные в 1952 году, эти исследования определили, что ядерные электростанции технически осуществимы для использования на спутниках. [14] : 5 

В 1955 году AEC начала два параллельных проекта ядерной энергетики SNAP. Один, контракт с The Martin Company, использовал радиоизотопный распад в качестве источника энергии для своих генераторов. Этим установкам были даны нечетные обозначения SNAP, начиная с SNAP-1. Другой проект использовал ядерные реакторы для генерации энергии и был разработан Atomics International Division of North American Aviation . Их системам были даны четные обозначения SNAP, первым из которых был SNAP-2. [14] : 5 

SNAP-10A была первой ядерной реакторной энергетической системой, созданной Atomics International для использования в космосе. Разработанная на основе конструкции SNAP-10 мощностью 300 Вт, SNAP-10A соответствовала требованиям Министерства обороны 1961 года к системе мощностью 500 Вт. [14] : 5, 7 

Большая часть разработки систем и испытаний реактора проводилась в полевой лаборатории Санта-Сусана , округ Вентура, Калифорния, с использованием ряда специализированных установок. [15]

Строительство

SNAP-10A состоит из трех основных компонентов: (1) компактный реактор деления, который генерирует тепло, (2) преобразователь энергии, который преобразует часть тепла в электричество, и (3) радиатор, который излучает тепло, которое не может быть использовано. [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 спроектирован для тепловой мощности 30 кВт и весит без экрана 650 фунтов (290 кг). Реактор можно идентифицировать в верхней части блока SNAP-10A. [17]

Отражатели были расположены вокруг внешней части реактора, чтобы обеспечить средства управления реактором. Отражатели были сделаны из слоя бериллия, который отражал нейтроны, таким образом позволяя реактору начать и поддерживать процесс деления. Отражатели удерживались на месте удерживающей лентой, закрепленной взрывным болтом . Когда отражатель был выброшен из блока, реактор не мог поддерживать ядерную реакцию деления, и реактор был окончательно остановлен. [ необходима цитата ]

Эвтектический сплав натрия и калия ( NaK ) использовался в качестве охладителя в SNAP-10A. NaK циркулировал через ядро ​​и термоэлектрические преобразователи с помощью жидкометаллического насоса постоянного тока . Термоэлектрические преобразователи (идентифицированные как длинный белый «фартук») представляют собой легированные кремний-германиевые материалы , термически связанные, но электрически изолированные от теплоносителя NaK. Разница температур между NaK с одной стороны термоэлектрического преобразователя и холодом космоса с другой создавала электрический потенциал и пригодное для использования электричество. [18]

Миссия SNAPSHOT

3 апреля 1965 года запуск SNAP-10A с использованием ракеты-носителя Atlas-Agena D SLV-3. Запуск с авиабазы ​​Ванденберг , Калифорния.

Запуск и орбитальная эксплуатация

SNAP-10A был запущен с авиабазы ​​Ванденберг ракетой ATLAS Agena D 3 апреля 1965 года на низкую околоземную орбиту высотой около 1300 км. Он находится на слегка ретроградной полярной орбите [19] — это гарантировало, что отработанные ступени ракеты приземлятся в океане. Его ядерный электрический источник, состоящий из термоэлектрических элементов, был предназначен для выработки 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 отключению активной зоны реактора после достижения максимальной выходной мощности в 590 Вт. [16] [22]

После отказа системы в 1965 году реактор был оставлен на околоземной орбите высотой 1300 километров (700 морских миль) на ожидаемый срок в 4000 лет. [11] [23] [24]

В ноябре 1979 года транспортное средство начало терять, в конечном итоге потеряв 50 фрагментов прослеживаемого мусора . Причины неизвестны, но причиной могло стать столкновение. Хотя основная часть осталась на месте, радиоактивные материалы могли быть высвобождены. Более поздние исследования, опубликованные в 2008 году и основанные на данных Haystack , предполагают, что есть еще 60 или более фрагментов мусора размером <10 см. [22] [25]

Ионный двигатель

Испытание SNAPSHOT включало цезиевый ионный двигатель в качестве вторичной полезной нагрузки, первое испытание электрической двигательной системы космического корабля для работы на орбите (после суборбитального испытания SERT-1 в 1964 году). Источник питания ионного пучка работал при 4500 В и 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 0,1 кВт номинальной 0,5 кВт системы SNAP в качестве источника питания. Ионный двигатель работал в течение периода менее 1 часа, прежде чем была получена команда на его постоянное отключение. Анализ данных полета показал значительное количество высоковольтных пробоев, и это, по-видимому, вызывало электромагнитные помехи (ЭМП), вызывая возмущения ориентации космического корабля. Наземные испытания показали, что дуга двигателя создавала проводимые и излучаемые ЭМП значительно выше проектных уровней. [ необходима ссылка ]

Безопасность

Программа реактора SNAP потребовала программы безопасности и привела к созданию Программы аэрокосмической ядерной безопасности. 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. [ необходима цитата ]

Atomics International несла основную ответственность за безопасность, в то время как Sandia National Laboratories отвечала за независимую проверку безопасности в аэрокосмической отрасли и проводила множество испытаний на безопасность. Перед тем, как разрешить запуск, необходимо было получить доказательства того, что при любых обстоятельствах запуск реактора не будет представлять серьезной угрозы. [ необходима цитата ]

Были успешно завершены различные испытания, и для просмотра доступны несколько видеороликов разработки и испытаний. [26] Национальная лаборатория Айдахо провела три разрушающих испытания ядерных реакторов SNAP на испытательной площадке North перед запуском SNAP-10A. [27] Разрушительный эксперимент SNAPTRAN-3, проведенный 1 апреля 1964 года, имитировал падение ракеты в океан, намеренно отправляя радиоактивные обломки через пустыню Айдахо.

Испытания и разработки с использованием радиоактивных материалов вызвали загрязнение окружающей среды на бывших объектах Atomics International Santa Susana Field Laboratory (SSFL). Министерство энергетики США отвечает за выявление и очистку радиоактивного загрязнения. (SSFL также использовался для не связанных с этим испытаний и разработки ракетных двигателей компанией Rocketdyne, в первую очередь для NASA .) На веб-сайте DOE, поддерживающем очистку площадки [28], подробно описывается историческое развитие ядерной энергетики в SSFL, включая дополнительную информацию об испытаниях и разработках SNAP.

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) в полевой лаборатории Санта-Сусана (см. статью Системы для вспомогательной ядерной энергетики ). Atomics International также построила и эксплуатировала экспериментальный натриевый реактор , первую атомную электростанцию ​​США, которая поставляла электроэнергию в государственную энергосистему. [29] [30]

По состоянию на 2010 год [обновлять]более 30 малых ядерных реакторов с ядерной энергетической системой были отправлены в космос на советских спутниках RORSAT ; кроме того, более 40 радиоизотопных термоэлектрических генераторов использовались во всем мире (в основном в США и СССР) в космических миссиях. [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Макдауэлл, Джонатан. «Журнал запуска». Космический отчет Джонатана . Получено 9 апреля 2020 г.
  2. ^ "Снимок". Координированный архив космических научных данных NASA . Получено 9 апреля 2020 г.
  3. ^ «News In Brief: Nuclear Reactor For Space». The Canberra Times . Vol. 36, no. 10, 203. Australian Capital Territory, Australia. 18 апреля 1962. p. 3. Получено 12 августа 2017 г. – через Национальную библиотеку Австралии., ...реактор будет «известен как «Snaps 10a» (Системы для вспомогательной ядерной энергии)...
  4. ^ ab Snapshot, Gunther's Space Page. Получено 3 апреля 2019 г.
  5. ^ "Реактор отправляется в космос". The Canberra Times . Том 39, № 11, 122. Австралийская столичная территория, Австралия. 5 апреля 1965 г. стр. 1. Получено 12 августа 2017 г. – через Национальную библиотеку Австралии.
  6. ^ ab SNAPSHOT, NASA Glenn Research Center, 20 марта 2007 г. Получено 3 апреля 2019 г.
  7. ^ «История американских астроядерных реакторов, часть 1: SNAP-2 и 10A», Beyond NERVA , 3 апреля 2019 г. Получено 3 апреля 2019 г.
  8. ↑ Эндрю ЛеПейдж, «Первый ядерный реактор на орбите», Drew Ex Machina, 3 апреля 2015 г. Получено 3 апреля 2019 г.
  9. ^ NASA Utilization of Space Nuclear Systems for Robotic and Human Exploration Missions (PDF) (Отчет). NASA. Июль 2022 г. стр. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2023 г. Получено 19 марта 2023 г.
  10. ^ Ядерные реакторы для космоса, Информационный документ № 82, январь 2004 г.
  11. ^ abc Mason L, Bailey S, Bechtel R, Elliott J, Fleurial JP, Houts M, Kapernick R, Lipinski R, MacPherson D, Moreno T, Nesmith B, Poston D, Qualls L, Radel R, Weitzberg A, Werner J (18 ноября 2010 г.). "Small Fission Power System Feasibility Study – Final Report". NASA / DOE . Получено 3 октября 2015 г. Космическая ядерная энергетика: с 1961 года США запустили более 40 радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) с практически идеальными эксплуатационными данными. Особенности этих РИТЭГ и миссии, которые они обеспечивали, были тщательно рассмотрены в открытой литературе. США запустили только один реактор, который описан ниже. Советский Союз запустил только 2 РИТЭГ и отдал предпочтение использованию малых систем деления вместо РИТЭГ. У СССР была более агрессивная программа по космической энергетике деления, чем у США, и было запущено более 30 реакторов. Хотя они были рассчитаны на короткий срок службы, программа продемонстрировала успешное использование общих конструкций и технологий.
  12. ↑ Лордс, RE (август 1994 г.), SNAP и AI Fuel Summary Report, Westinghouse Idaho Nuclear Company, Inc., doi : 10.2172/10182034 , OSTI  10182034, WINCO-1222, UC-510
  13. ^ JE Lipp; Robert M. Salter (март 1954 г.). «Project Feedback Summary Report Volume I». RAND . Получено 11 апреля 2020 г. .
  14. ^ abcd Уильям Р. Корлисс (1966). ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ SNAP . Комиссия по атомной энергии США/Отдел технической информации.
  15. ^ "Обзор SNAP". Министерство энергетики США . Получено 9 апреля 2020 г.
  16. ^ ab Schmidt, Glen (февраль 2011 г.). "SNAP Overview – general background" (PDF) . American Nuclear Society . Получено 27 августа 2012 г. .
  17. ^ Восс, Сьюзан (август 1984 г.). Обзор реактора SNAP (PDF) . База ВВС Киртланд, Нью-Мексико: Лаборатория вооружений ВВС США. AFWL-TN-84-14. Архивировано (PDF) из оригинала 15 февраля 2017 г. . Получено 19 сентября 2018 г. .
  18. ^ Шмидт, ГЛ (сентябрь 1988 г.). Программа испытаний SNAP 10A . Rockwell International, Канога-Парк, Калифорния. DCN: SP-100-XT-0002.
  19. ^ "Snapshot – Orbit". www.heavens-above.com . Получено 15 июня 2016 г. Наклонение : 90,3084°– объект с наклоном от 90 до 180 градусов находится на ретроградной орбите.
  20. ^ "Обзор SNAP". USDOE ETEC. Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 года . Получено 14 апреля 2012 года .
  21. ^ Беннетт, Гэри Л. (2006). «Космическая ядерная энергетика: открытие последнего рубежа» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики . стр. 17 . Получено 3 апреля 2010 г. .
  22. ^ аб 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.
  23. ↑ Staub, DW (25 марта 1967 г.). Сводный отчет SNAP 10. Atomics International Division of North American Aviation, Inc., Канога-Парк, Калифорния. NAA-SR-12073.
  24. ^ "US ADMISSION: Satellite mishap release rays". The Canberra Times . Vol. 52, no. 15, 547. Australian Capital Territory, Australia. 30 марта 1978 г. стр. 5. Получено 12 августа 2017 г. – через Национальную библиотеку Австралии., ...Запущенный в 1965 году и несущий на борту около 4,5 килограммов урана-235, Snap 10A находится на 1000-летней орбите...
  25. ^ Стокли, К.; Стэнсбери, Э. (2008), «Идентификация облака мусора от ядерного спутника SNAPSHOT с помощью радиолокационных измерений Haystack», Advances in Space Research , т. 41, № 7, стр. 1004–1009, Bibcode : 2008AdSpR..41.1004S, doi : 10.1016/j.asr.2007.03.046, hdl : 2060/20060028182
  26. ^ "ETEC - Видео". Архивировано из оригинала 4 февраля 2017 года . Получено 12 января 2018 года .
  27. ^ Стейси, Сьюзен М. (2000). Доказательство принципа: история Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо, 1949–1999 (PDF) . Министерство энергетики США, Управление по операциям в Айдахо. ISBN 978-0-16-059185-3.Глава 17: Наука в пустыне.
  28. ^ "US DOE Nuclear Energy Development at SSFL". Архивировано из оригинала 4 августа 2017 года . Получено 12 января 2018 года .
  29. ^ "ETEC - Проект закрытия ETEC Министерства энергетики". www.etec.energy.gov . Получено 19 ноября 2021 г. .
  30. ^ "Atomics International". Промышленная и инженерная химия . 48 (9): 100A. Сентябрь 1956. doi :10.1021/i651400a779. ISSN  0019-7866.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=SNAP-10A&oldid=1256259803"