Nukleartechnik für die Raumfahrt

Also ich stehe neuer Technik immer aufgeschlossen gegenüber. Und ein NERVA triebwerk, dass sich vielleicht ein paar Minuten in der Atmosphäre aufhält und dann im All verschwindet macht mir weniger sorgen, als die Urlatanlagen wie Isar 1, die 200km entfernt von mir dahinköcheln.

Stimmt, nukleare Triebwerke können, effizient betrieben, nur eine Kurze Brenndauer haben, weil es richtig heiß rauskommen soll. Die Düse hält das aber nicht gut aus (NERVA wurde ja ziemlich niedrig-Temperaturig betrieben, um längere Brenndauern zu ermöglichen. Damit sinkt aber der ISP). Der Flug in den Orbit dauert aber auch nur ein paar Minuten - also perfect match

Mit den Ausfallwahrscheinlichkeiten (sowohl in den Modellrechnungen als auch empirisch), die bei Raketenstarts immer noch gelten, wird man keine Nukleartechnik bauen ... zumindest in der irdischen Biosphäre.

Wenn ich das so sehe:


Ein Fusionsantrieb muss mit Magnetfeldern ausgestattet sein, um das 100Mio °C heiße Plasma nicht an die Wände stoßen zu lassen.
Wärme-Strahlung kommt trotzdem an die Reaktorwände und muss abgeführt werden - mit wie viel Wärme muss man da denn rechnen??

Die Entwicklng eines Fusionsreaktors steht und fällt mit der Entwicklung leichter Spulen. (und an der Möglichkeit, die Wärme von der Kammer wegzuleiten - ist die Technik heute schon soweit??)
Supraleiter könnten hier das Gewicht bzw den Strombedarf minimieren.


Des Weiteren geht es - im Gegensatz zu Fusionsreaktoren - nicht darum, möglichst viel Energie zu gewinnen. Sondern darum, das sie sich gerade so selbst erhält (ein paar Watt Verlust könnten auch die Solarzellen wettmachen) -> einfacher zu bauen (?)
Außerdem hat man das Hochvakuum gratis - im Gegensatz zu irdischen Anlagen.



Soweit richtig??

Für alle Russisch-Freaks gibt es hier ein Interview vom 17.05.2011
mit dem Chefentwickler der (Raumes Power Systems) AG NIKIET, Dr. Vladimir Smetannikov
zur Entwicklung des Kernantriebes in Russland.
Darin wird von einem sehr engen Zeitplan gesprochen:
2011 abgeschlossener Vorentwurf
2015 bodengestützter Probelauf
2018 erster Testflug
Leistung 1000 kW

an Jakda

Da ich leider kein Russisch kann -
Ein Zeitplan hilft auch nicht und ein Kostenplan auch nicht wirklich.
Vielleicht geht es ein wenig technischer? Es wird wohl kein Nerva
Antrieb oder? Dient der Reaktor als Wärmequelle für einen Sterling
Motor, der genutzt wird um elektrische Energie zu erzeugen? Und damit
wird ein elektrisches Triebwerk betrieben?

So ein technisches Zeuch würde mich interessieren.

Gruß Matjes

Es geht um einen nuklearelektrischen Antrieb. Hier mal ein Bild des Reaktors:

Links ist der eigentliche Reaktor, von einem Beryllium-Mantel umgeben. Dahinter befindet sich Abschirmung, Generator etc...

Und wo ist der gigantische Radiator?

Wir haben hier jemanden an Bord, der uns das erläutern könnte...

Wie siehts aus -  Ilbus ?

Hallo

Anbei eine etwas ruckelige Übersetzung aus einem französischen Blog: Hier die Originalquelle:
http://forums.futura-sciences.com/astronautique/431520-generateur-nucleaire-developpe-russie-vol-spatial-habite-2.html

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Bezug: Entwicklung eines Space Reaktors von Wladimir Smetannikov, Chefdesigner bei NIKIET.

Im Herzen läuft eine Plasma-Engine. Es handelt sich weder um ein VHTR (very high temparature reaktor), noch ein LMFR (liquid metall cooled reactor), aber die Kombination aus beidem! Dh ein schneller Reaktor wird abgekühlt durch Gas. Russische Forscher sind offenbar sehr stolz: mehrere innovative Techniken für den nukleare Generator sind bereits patentiert. Allerdings ist das Kühlmittel, dass der primäre Kühlkreislauf füllen wird eine Mischung von Druckgas (Helium und Xenon).

Die Leistung (thermisch) des Reaktor beträgt 3,5 MW. Seine Höhe beträgt 2 Meter und einem Gewicht von 2,7 Tonnen. Der aktive Teil befindet sich in einem Reflektor 60 cm Durchmesser untergebracht. Die spaltbaren Brennstoff besteht aus hoch angereichertem Uran.

Die thermische Energie des primären Kühlkreislauf wird mit 4 Turbo-Generatoren (Typ: Brayton Typ mit geschlossenem Kreislauf) elektrisch gewandelt. Kompressoren und Pumpen werden zu einem geschlossenem Kreislauf verbunden. Um ein Schmelzen des Reaktors zu verhindern wird die überschüssige Wärme durch einen Kühler an eine riesige Fläche abgeführt.

Die Russen ist die Entwicklung von zwei Wärmetauscher gelungen. Ein neuer Typ (der Tropfen Heizkörper) und ein herkömmlicher Typ, die bereits von Geräten in der Umlaufbahn verwendet wird.

Der Reaktor in Frage wird zusammengebaut, getestet und in Betrieb genommen auf der Erde: und zwar am National Institute of Nuclear Engineering in Obninsk. Aber es ist nur Prototypen, kleiner als der "große Bruder", der qualifiziert sein soll im Jahr 2018.

Das Team arbeitet an dem Projekt hat bereits 300 Forscher, von denen die Hälfte der Mitarbeiter NIKIET sind. Der Besitzer soll bis zum Jahr 2012 verdreifachen.

Aber Herr Smetannikov sieht sich gezwungen, noch hinzufügen, dass auch wenn das Team motiviert ist und dass das Projekt ist spannend, sagte er, dass viele Forscher NIKIET in 3 Jahren in den Ruhestand und müssen schnell gefunden Nachwuchs bei den jungen russischen Forscher, die oft vorziehen, aus den Vereinigten Staaten nach Erlangung ihrer Diplome.

NIKIET Forscher arbeiten auch an einer neuen Technik, um den Preis von Gas Xenon reduzieren (35 $ / Liter derzeit), die Kosten für eine zukünftige Reise zum Mars (über 100 Tonnen Xenon erfordert reduzieren ).

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Ende Übersetzung

Zur Vertiefung noch ein Link zur Physik von gasgekühlten Reaktoren:
http://nuclear.inl.gov/deliverables/docs/appendix_3.pdf

Gruß Matjes

Und wo ist der gigantische Radiator?

Der ist nicht auf dem Bild. Der Reaktor ist nur die Spitze des Komplexes, und das erste Modul an dem konkret gearbeitet wird.

Hallo ,

der nukleare Triebwerk der Sowjetunion , 80  Jahre , der  mit Wasserstoff arbeitete  , war in der  Lage bis
zu 1  Stunde  zu arbeiten  . Für  einen  bemanten  Marsflug  ist  es  aber  eine  Arbeitsdauer  von  10  Stunden  erforderlich .
Mit der Entwicklung des neuen  Triebwerks  beschreiten  die Russen  ein  Neuland . Es geht ja nicht  um
eine Funktionsweise  von 10  Stunden , sondern  um 10 Jahre . Verwendet werden  Edelgase , wie Xeon .
Der spezifische Impuls  soll  um Faktor 10 grösser  , als bei der  Verwendung  von Wasserstoff , sein .
Der Schub , im Vergleich zu  chemischen  Triebwerken , soll 20  mall  stärker sein . Die lange  Lebensdauer  wurde   möglich  durch die Senkung  der Arbeitstemperatur  .  So ein zukünftiges Triebwerk ,
lange  Funktiosweise und exzellente Eigenschaften ,  eröffnet  ungeahnte Möglichkeiten  in der Weltraumforschung . Die Russen sprechen von  Raumschleppern  in  Erdorbit , Mondorbit  und natürlich von
Antiebsmodulen  in  interplanetaren Raumschiffen .

Gruss Bernard 7

Hier gibt es weitere Infos zu dem Triebwerk:
* http://www.federalspace.ru/main.php?id=2&nid=8069&hl=significant+objectives+of+space+exploration+in+the+21st+century (2009)

Hier haben wir darüber schon einmal diskutiert:
* https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=7013.0

Hallo

Nur der Vollständigkeit halber. Es geht nicht um ein Triebwerk Typ Nerva, bei dem eine Stützmasse (z.B. Wasserstoff) durch einen Reaktor aufgeheizt und dann durch eine Düse ausgestoßen wird. Es geht um einen Kern-Reaktor, mit dem elektrische Energie erzeugt werden soll. Diese Energie treibt dann elektrische Triebwerke an. Auch diese stoßen natürlich Treibstoffe aus. Der Schub ist klein aber der spezifische Impuls ist groß. Die Austrittsgeschwindigkeiten sollen von 3 km/sec (chem. Triebwerke) auf 30-40 km/s (elektr. Triebwerke) erhöht werden. Es geht um die Entwicklung der nächsten Generation von Triebwerken.

Gruß Matjes

Hallo Matjes ,

mit dem Schub ist es  aber nicht korrekt . Die Russen  schreiben  das der Schub , in Vergleich zu chemischen
Antrieben ,  20 mall stärker sein soll . Das  steht alles im Interviu   mit  dem  Hauptentwickler    der kosmischen energetischen  Systeme  Wladimir   Smetanikow . Habe es wörtlich  wiedergegeben .

Gruss .

An Bernhard7

Ich will Dich bestimmt nicht belehren. Aber was heißt hier stärker. Es kann doch auch effizienter bedeuten. Ich hole aus der selben Masse Treibstoff 20mal so viel raus. Im Übrigen kann man das nachrechnen. Ist auch nicht schwer.

Energiegleichung: E = 1/2 m v^2
mit E=1 MW und v=30 km/sec ist der Treibstoffbedarf 0,0022 kg/sec

und mit der Impulsgleichung: F = m v
mit m = 0,0022 kg/sec und v = 30 km/sec ist der Schub F = 66,67 Newton.

Ein chemisches Triebwerk würde für den gleichen Schub 20 mal mehr Treibstoff verbrauchen.

Gruß Matjes

Hallo Matjes ,

es geht  mir explizit  nur um die Aussage von dem Hauptentwickler des  Triebwerks .  Nach seiner Aussage
handelt  es  sich  um  neuartige  Lösungen ,  das  auf der Welt  keine  Beispiele  findet  .  Russland
plant  zunächst   automatische Flüge zum Mars  .  Erst  danach   finden  sie  Verwendung   in bemanten
Raumschiffen .
Ja , deine  Rechnung ist korrekt .
In einigen Jahren werden wir aber  mehr  über  das Projekt wissen .

Gruss  Bernard7  ( ohne  h ) .

Danke Andreas für den Hinweis. Ich habe im Moment Projektabgabe, dacher werde ich mich darum erst am Wochenende kümmern können. Ich werde den Artickel durchgehen und eine Freiübersetzung hier reinstellen. Technische Deteils werden natürlich preziese überstzt

Privet.

Hallo ,

auf der Roskosmos  Seite  ist ein sehr interessantes  Interviu  , mit  Anatolij  Koroteew ,  President der kosmischen  Akademi , über die  Entwicklung  der  russischen   Nuklartechnik .   Für die Entwicklung  des  nuklearen  Triebwerks , bis 2018 ,  wurden   17 Millliarden  Rubel  vereinbart .
Letztes   Jahr   erhielt  Rosatom  430 und  Roskosmos  70 Million   Rubel.  Von der Regierungsseite hat also 
das  Projekt  eine oberste Priorität .
A. Koroteew  erwähnte  noch das die  Arbeitstemperatur  des Triebwerks  die  1500 Grad  nicht  überschreiten wird .

Gruss Bernard7

Hallo ,

möchte noch  auf das Interviu  von  W. Smetanikow , bevor IIbus  hier vollständig   übersetzt   , zurückkommen .

Der  Chefentwickler  der kosmischen  energetischen Systeme  spicht  von atomaren  Raumschleppern  und  den   vielseitigen  Aufgaben   die sie  in der Lage werden zu  meistern .  Nach  seinen Worten  wird   er  eine 
Länge  von  60  metern  haben .   Der  Transport von schweren  lasten zu Mond -  und  Marsorbit  ,  wobei 
andere  Experten  von 40 Tonnen  reiner Nutzlast  sprechen  die  er  auf eine  Marsbahn  schaft  , wird  eine der Aufgaben sein . 

Besonders im  Erdorbit ergeben  sich  für den atomaren  Raumschlepper  umfangreiche  Aufgaben  und zwar der
Transport  von jeder Art  von  Raumflugkörpern  auf  ihre  Arbeitsbahnen . Die Russen sprechen  auch von  der Entsorgung  nicht mehr funktionsfähigen   Kommunikationssateliten  in der  geostationären  Bahn .
Durch  die exzellenten  Daten und  sehr lange  Funktionsdauer , ergibt sich  eine Senkung  der Transportkosten
von  nie dagewesener  Grössenordnung . Dazu  zwei  Beispiele .
Um  20 Tonnen  in  Geo  Orbit  zu befördern  sind  3  Ariane 5   Flüge   notwendig .  Im  ersten Beispiel  startet
Ariane    einen oder  zwei  Raumflugkörper  mit  einer  Gesamtmasse  von  20 tonnen . Nach  Aussetzung  in der Erdumlaufbahn   kommt die automatische Kopplung  des  Raumschleppers  der   die Nutzlast  in
die  Geo  Bahn  befördert .  Ersparnis - zwei  Ariane 5  Starts .

Die weitere  Möglichkeit  besteht im Transport  von  Observatorien   und andere  Grossprojekte  in sehr  hohe  Umlaufbahnen .
Nach  Abkopplung  von den  Nutzlasten  kommt  der   atomare  Raumschlepper , die
Russen  sprechen von  einer sicheren Wartebahn ,  zurück  und  wartet  auf  seine nächste  Aufgabe .
Bei  technischen  Problemen der   Nutzlasten   bringt  der Raumschlepper   sie   in eine  niedrige
Erdumlaufbahn oder Orbitalstation  zurück ,  wo dort auch die  Reperatur  erfolgt .

Gruss Bernard7

Die Übersetzung ist fertig, ich korregiere nur noch die Fehler (ich bin sogar in meinen Muttersprachen schon immer ein furchbarrer Legosteniker gewesen).

Grüße

Hallo Ilbus

Alle warten auf Dich. So lange kann es doch nicht dauern. Die paar Fehler.
Also: lieber ein Text mit einigen Fehlern, als gar kein Text.
Trau Dich.  Der Countdown läuft: 10 - 9 - 8 - 7 - Los mach hin

Gruß vom ungeduldigen Matjes

Hallo ,

bin mir nicht sicher ob die folgende Meldung hier schon  behandelt wurde.
Neben den nuklearen Antrieb der in Russland entwickelt  wird , stehe auch auf der Tagesordnung , im Zusammenhang mit bemanten Flügen zum Mond , Mars und Bau von Stationen ,  auch die Entwicklung von
Atomkratfweren . Solche Anlagen ,  mit  bis zu 500 KW Energieleistung ,sind für künftige Einsätze auf den
Planeten geplannt  . Das Projekt könnte bis 2029 verwirklicht werden .
Das betonte W. Lapota an der Bauman -Univesität in Moskau .
Zu diesem Projekt gibt es  auch  änliche  Aussagen auch von anderen Leuten der russischen     Raumfahrtindustrie.

Gruss Bernard7

Nein, das hatten wir tatsächlich noch nicht. Wenn man mal drüber nachdenkt ist das aber auch keine Überraschung , sondern eine logische Konsequenz der Entwicklungen in Russland. Die Bedingungen im freien Weltraum und auf manchem Himmelskörper sind vergleichbar, warum sollte man also nicht auch die gleiche Technik dafür verwenden.

Der Zeitplan klingt interessant - bis 2029 heißt wohl, dass man so einen Reaktor auf dem Mond einsetzen will, denn eine Mondbasis ist das einzig passende Projekt, das bis dahin begonnen worden sein wird. Marslandung oder ähnliches ist ja erst für die 2030er im Plan.

Hallo websquid ,

ja , da bin ich auch deiner Meinung . Der Zeitplan ist auch nicht so relevant , technische Verzögerungen
kommen ja immen wieder . Das entscheidene aber ist , das die Projekte auch kommen .

Noch ein Satz von Lapota bezugnehmeng auf den  atomgetriebenen Raumschlepper .  Bei Beförderung von
Sateliten in die GEO Umlaufbahn  werde es möglich sein, die Transportkosten   mindestens zu halbieren und
die Nutzlast zu  verdreifachen .Dazu auch die Aussage von Smetanikow die ich geschrieben habe .

Weiter berichtete Lapota das die geostationäre Umlaufbahn sei zurzeit überlastet . Es befinden sich dort
rund 1000 Satelliten , mehr als 600 davon ausser Betrieb.  Ein Ausweg bestehe darin die Satelliten dort nicht
vereinzelt , sondern an Plattformen mit vielen Montagezellen zu plazieren . Wörtlich : " Es sei höchste Zeit,
mit diesem Projekt zu beginnen. Die erste 20 Tonnen schwere Plattform könne ungefähr  2018 gebaut
werden. Das Atomtriebwerk helfe dann ,diese Konstruktion ins All zu bringen ".

Lapota Aussage sei aber nicht die Einzige zu diesem Thema .

Gruss Bernard7

An Ilbus

Kommt da nicht noch was? 

Ich würde mich sehr freuen, wenn es eine Übersetzung des russischen Artkels geben würde.

Gruß Matjes