Russland - Nuklearer Antrieb

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Offline FlyRider

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #200 am: 20. September 2020, 17:58:11 »
@Solaris: ich glaube, ich hab noch nie so lange gebraucht, um einen einzigen Post - inklusive der vielen Verweise - zu lesen. Hat sich aber definitiv gelohnt! Ganz lieben Dank für deine Mühe!

Wenn man bedenkt, dass der amerikanische Kilopower - Reaktor nur für Leistungen bis ca. 10 kW ausgelegt ist, wäre das schon Wahnsinn, 1 MW (!!) Leistung zu haben. Das würde ganz neue Möglichkeiten für Deep- Space- Missionen erschließen, selbst mit "nur" 200 kW ... jetzt muss es nur noch Realität werden ... hoffentlich!

Offline Dominic

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #201 am: 02. Oktober 2020, 22:41:57 »
Sehr interessante Neuigkeiten.

Zitat
Wenn man bedenkt, dass der amerikanische Kilopower - Reaktor nur für Leistungen bis ca. 10 kW ausgelegt ist, wäre das schon Wahnsinn, 1 MW (!!) Leistung zu haben. Das würde ganz neue Möglichkeiten für Deep- Space- Missionen erschließen, selbst mit "nur" 200 kW ... jetzt muss es nur noch Realität werden ... hoffentlich!

Ja... wobei Kilopower natürlich auch ein ganz anderes Aufgabengebiet hat.

Das TEM ist jedenfalls ein technisch wesentlich ambitionierteres Projekt mit viel völlig neuer Technik während der Kilopower eher aus etablierten Komponenten zusammengebaut wurde. Das TEM hat auch neben der viel größeren Leistung auch eine viel größere Leistungsdichte, nicht nur pro Volumen sondern auch pro Masse.

Offline FlyRider

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #202 am: 03. Oktober 2020, 10:15:27 »
Dass Kilopower aus existierenden Teilen zusammengebaut wäre, ist mir neu. DUFF hat am Anfang den Flattop Reaktor als Hitzequelle verwendet, da ging es aber nur um die Entwicklung und den Test der Stirling- Motoren und der Heat- Pipes.

Ich finde das Kiliopower Design absolut faszinierend: keine aktive Kühlung und trotzdem ein in jedem (!) Betriebszustand ein stabiler Reaktor - besser geht es ja gar nicht. Für mich ein geniales Design, aber eben mit einer oberen Leistungsgrenze.

Das TEM ist für mich also nicht "besser" aber ich denke auch, dass es insgesamt wesentlich "kritischer" und somit in Summe anspruchsvoller ist. Deshalb will ich mich auch nicht zu früh freuen, es gab in der Vergangenheit aus Russland viele Ankündigungen, die bis heute nicht umgesetzt wurden.

Aber wenn die das Ding wirklich durchziehen ... ich möchte mich gar nicht vostellen, welche interplanetaren Mission damit möglich wären ... sabber ...  8)

McPhönix

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #203 am: 03. Oktober 2020, 12:51:54 »
Zitat von: FlyRider
Aber wenn die das Ding wirklich durchziehen ... ich möchte mich gar nicht vostellen, welche interplanetaren Mission damit möglich wären ...

Es wird keine Zukunft für bemannt und "weiter draußen" geben ohne das.
Selbst mit O+H nicht.
Und auch nicht mit Ionentriebwerken. Irgendwo hinkommen in einer vernünftigen Zeit ginge ja, wenn man einfach Geschwindigkeit aufsummiert. Aber das Abbremsen....
Das gleiche auf dem Rückweg...

Offline FlyRider

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #204 am: 03. Oktober 2020, 15:40:30 »
Es wird keine Zukunft für bemannt und "weiter draußen" geben ohne das.

Bemannt ist für mich eh nicht das Thema. Aber interplanetare Sonden, die nicht nur aus einer Flyby - Sonde oder maximal einem Orbiter bestehen. Es gab ja schon mal ein Konzept der Nasa für eine komplexe Sonde für das Jupiter System inkl. einem Lander für Europa: JIMO

Ebenfalls mit Nuklearantrieb. Von sowas träum ich  ::) 

https://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter

Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #205 am: 03. Oktober 2020, 19:13:17 »
Es wird keine Zukunft für bemannt und "weiter draußen" geben ohne das.

Bemannt ist für mich eh nicht das Thema. Aber interplanetare Sonden, die nicht nur aus einer Flyby - Sonde oder maximal einem Orbiter bestehen. Es gab ja schon mal ein Konzept der Nasa für eine komplexe Sonde für das Jupiter System inkl. einem Lander für Europa: JIMO

Ebenfalls mit Nuklearantrieb. Von sowas träum ich  ::) 

https://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter

So was ähnliches soll wohl die Russische "Nuklon" gestützte Mission zu den Jupiter Monden werden(wahrscheinlich zu Kallisto).

Anmerkung zum den Reaktoren. Ich finde beide Reaktor Ansätze geniale und sehe Stärken und Schwächen bei Beiden. So mag "Kilopower" simpler sein und damit weniger Fehlerquellen aufweisen, d.h. aber nicht dass dieser auch am Ende zuverlässiger sein wird. Der TEM ist zwar deutlicher komplexer, wurde aber auch auf Zuverlässigkeit konstruiert. So gibt es z.B. auch nicht nur eine Turbine sondern vier, zumindest laut ältere mir bekannter Pläne. Außerdem scheint TEM deutlicher robuster und risikoärmer als die alten Sowjetischen Nuklearen Satelliten wie z.B. die "Topaz" Reaktoren, die mit einer Natrium-Kalium Legierung gekühlt wurden. Diese nuklearen Sowjetischen Satelliten haben sich aber zumindest Operativ bewiesen. So neben bei die Russen haben einen Jenesej Reaktor in den 90ger an die USA verkauft.


Abb.1 "Topaz" Reaktor während der Fertigung - Credits: Rosatom


Abb.2 "Topaz" Reaktor für die "Plazma-A" Raumfahrzeuge für die Missionen Kosmos-1818 & 1867 - Credits: Rosatom

Es gibt haufenweise Material in Russischer Sprache zu den alten Sowjetischen Satelliten im Internet. Wer interessieren hat dem empfehle ich diesen englischsprachige Seit zu Übersicht: http://www.russianspaceweb.com/us.html


Abb.3 US-A Radar Satellite(oben links), US-P SIGINT Satellite (oben rechts) und Plazma-A Experimenteller Satellit mit Topaz Reaktor - Credits: russianspaceweb.com/ KB Arsenal
"Humanity should become a space faring civilization. If that is not the point of human space flight, what the hell are we doing?" Astrophysicist Christopher Chyba

Offline Dominic

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #206 am: 03. Oktober 2020, 22:12:04 »
Es gibt mittlerweile auch einen Ableger des SGFR Reaktors des TEM für terrestrische Anwendungen. Dieser Mikroreaktor mit einer Referenzleisutng von 1MWel soll klein genug sein um in betriebsbereitem Zustand inklusive integrierter Gasturbine auf einem LKW oder von einem Transportflugzeug transportiert werden zu können. Das macht ihn etwa für die zahlreichen sibirischen Dörfer und Minen ohne Anschluss an das Stromnetz interessant aber auch für das Militär.
https://link.springer.com/article/10.1007/s10512-019-00549-7

Dass Kilopower aus existierenden Teilen zusammengebaut wäre, ist mir neu. DUFF hat am Anfang den Flattop Reaktor als Hitzequelle verwendet, da ging es aber nur um die Entwicklung und den Test der Stirling- Motoren und der Heat- Pipes.

Ich finde das Kiliopower Design absolut faszinierend: keine aktive Kühlung und trotzdem ein in jedem (!) Betriebszustand ein stabiler Reaktor - besser geht es ja gar nicht. Für mich ein geniales Design, aber eben mit einer oberen Leistungsgrenze.

Das TEM ist für mich also nicht "besser" aber ich denke auch, dass es insgesamt wesentlich "kritischer" und somit in Summe anspruchsvoller ist. Deshalb will ich mich auch nicht zu früh freuen, es gab in der Vergangenheit aus Russland viele Ankündigungen, die bis heute nicht umgesetzt wurden.

Aber wenn die das Ding wirklich durchziehen ... ich möchte mich gar nicht vostellen, welche interplanetaren Mission damit möglich wären ... sabber ...  8)

Die Stirling-Motoren und Heatpipes des Kilopower Reaktors sind fertig entwickelte, kommerziell erhältliche Bauteile.

Der Reaktorkern ist nur ein gegossenes und anschließend zerspanend nachbearbeitetes Stück Uranmetalllegierung das ist auch keine neue Technik. In der Hinsicht ähnelt der Reaktorkern vom Konzept, auch was die Selbstregelung durch Ausdehnung betrifft, Fastburst-Reaktoren wie "Godvina", von der Konstruktion her gibt es auch Ähnlichkeiten zu kritischen Experimenten wie "Flattop" welches auch beim DUFF Experiment zum Einsatz gekommen ist. Während man den Reaktorkern im Gegensatz zu den Heatpipes und Stirlingmotoren nicht von der Stange kaufen kann ist er also auch keine wirklich neue Technik.

Der Radiator ist auch reacht konventionell aufgebaut und ähnelt den Radiatoren wie sie auch auf gängigen Satelliten zum Einsatz kommen. Weitere Komponenten des Reaktors sind der Neutronenreflektor, der Abschaltmechanismus und der Neutronenreflektor. Diese sind aber auch recht einfach konstruiert und erfordern keine neuartigen Materialien.

Außerdem scheint TEM deutlicher robuster und risikoärmer als die alten Sowjetischen Nuklearen Satelliten wie z.B. die "Topaz" Reaktoren, die mit einer Natrium-Kalium Legierung gekühlt wurden. Diese nuklearen Sowjetischen Satelliten haben sich aber zumindest Operativ bewiesen. So neben bei die Russen haben einen Jenesej Reaktor in den 90ger an die USA verkauft.

Die alten Sowjetischen Reaktoren waren aber deutlich anders aufgebaut als der SGFR des TEM. Während der SGFR ein gasgekühlter schneller Reaktor mit Gasturbinen zur Energiewandlung ist waren die alten TOPAZ und Jenessej Reaktoren flüssigmetallgekühlte Reaktoren mit integrierten thermoelektrischen Energiewandlern. Ihre Energiedichte und ihr Leistungsgewicht war viel geringer als beim TEM-SGFR.

Die TOPAZ und Jenessej Reaktoren haben sich im Betrieb durchaus bewährt. Probleme gab es weniger mit dem Reaktor sondern eher mit der niedrigen Umlaufbahn welche dazu geführt hat das letztendlich auch zwei Satelliten abgestürzt sind.
« Letzte Änderung: 04. Oktober 2020, 11:11:32 von Dominic »

Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #207 am: 04. Oktober 2020, 00:03:17 »
Es gibt mittlerweile auch einen Ableger des SGFR Reaktors des TEM für terrestrische Anwendungen. Dieser Mikroreaktor mit einer Referenzleisutng von 1MWel soll klein genug sein um in Betriebsbereitem Zustand inklusive integrierter Gasturbine auf einem LKW oder von einem Transportflugzeug transportiert werden zu können. Das macht ihn etwa für die zahlreichen sibirischen Dörfer und Minen ohne Anschluss an das Stromnetz interessant aber auch für das Militär.
https://link.springer.com/article/10.1007/s10512-019-00549-7


Abb.1 Der gasgekühlter Reaktor von Nikiet, der ähnlich im verlinkten Paper gezeigt wird - Credits: neimagazine.com

Danke für den Link zum Paper, kannte dieses noch nicht. Die Abbildung im Paper ist ähnlich nur schwarz/weiß aber kann wegen der Paywall nicht gepostet werden.
In Russland wird an viele Reaktortypen entwickelt. Es gilt ein relativ breites Leistungsspektrum mit verschiedenen Modellen abzudecken.


Abb.2 Reaktor Entwicklungs-Roadmap - Credits: Rosatom


Hier sind zwei englischsprachige Links bzgl. der Reaktoren. Ohne paywall.
1.https://www.neimagazine.com/features/featuresix-russian-smr-designs-6939130/
2.http://www.rao-offshore.ru/netcat_files/userfiles/RAO-2017/5/Pimenov_NIKIET%20eng.pdf

Außerdem scheint TEM deutlicher robuster und risikoärmer als die alten Sowjetischen Nuklearen Satelliten wie z.B. die "Topaz" Reaktoren, die mit einer Natrium-Kalium Legierung gekühlt wurden. Diese nuklearen Sowjetischen Satelliten haben sich aber zumindest Operativ bewiesen. So neben bei die Russen haben einen Jenesej Reaktor in den 90ger an die USA verkauft.

Die alten Sowjetischen Reaktoren waren aber deutlich anders aufgebaut als der SGFR des TEM. Während der SGFR ein gasgekühlter schneller Reaktor mit Gasturbinen zur Energiewandlung ist waren die alten TOPAZ und Jenessej Reaktoren flüssigmetallgekühlte Reaktoren mit integrierten thermoelektrischen Energiewandlern. Ihre Energiedichte und ihr Leistungsgewicht war viel geringer als beim TEM-SGFR.

Die TOPAZ und Jenessej Reaktoren haben sich im Betrieb durchaus bewährt. Probleme gab es weniger mit dem Reaktor sondern eher mit der niedrigen Umlaufbahn welche dazu geführt hat das letztendlich auch zwei Satelliten abgestürzt sind.

Ja die Energiedichte und ihr Leistungsgewicht ist deutlich kleiner aber die thermoelektrischen Energieumwandlung ist deutlich unkomplizierter als ein Sterling- oder Brayton-Kreisprozess. Des weiteren sind es völlig verschiedene Reaktoren, die einen sind Thermische mit U235 und im TEM ist ein Schnellerbrühter mit U238. Es gibt auch Ähnlichkeiten z.B. arbeiteten die "Topaz" Reaktoren bei ähnliche Temperaturen mit bis zu 1650°C(Kathode) und 1200°C(Anode). Wie ich schon hervorgehoben hatte ist vor allem die flüssigmetal Kühlung mit dem Natrium-Kalium Eutektikum deutlich aufwändiger als eine Gasgenmischkühlung(He/Xe), nicht nur wegen der Korrosion sondern z.B. auch der Aufwand damit die Kühlflüssigkeit nicht aushärtet, usw. Der TEM ist schon echt ein Durchbruch in vielen Hinsichten.
« Letzte Änderung: 04. Oktober 2020, 06:24:25 von Solaris »
"Humanity should become a space faring civilization. If that is not the point of human space flight, what the hell are we doing?" Astrophysicist Christopher Chyba

Offline Dominic

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #208 am: 04. Oktober 2020, 23:44:10 »
Ja die Energiedichte und ihr Leistungsgewicht ist deutlich kleiner aber die thermoelektrischen Energieumwandlung ist deutlich unkomplizierter als ein Sterling- oder Brayton-Kreisprozess. Des weiteren sind es völlig verschiedene Reaktoren, die einen sind Thermische mit U235 und im TEM ist ein Schnellerbrühter mit U238. Es gibt auch Ähnlichkeiten z.B. arbeiteten die "Topaz" Reaktoren bei ähnliche Temperaturen mit bis zu 1650°C(Kathode) und 1200°C(Anode). Wie ich schon hervorgehoben hatte ist vor allem die flüssigmetal Kühlung mit dem Natrium-Kalium Eutektikum deutlich aufwändiger als eine Gasgenmischkühlung(He/Xe), nicht nur wegen der Korrosion sondern z.B. auch der Aufwand damit die Kühlflüssigkeit nicht aushärtet, usw. Der TEM ist schon echt ein Durchbruch in vielen Hinsichten.

Eine Flüssigmetallkühlung ist nicht unbedingt aufwendiger. Flüssigmetall lässt sich einfacher pumpen und benötigt keinen Druckbehälter bzw. keinen unter hohem druck stehenden Kreislauf. Und NaK hat einen Schmelzpunkt von etwa -10°C, damit ist ein Einfrieren zwar unter bestimmten Umständen möglich aber eher unwahrscheinlich. Mit Flüssigmetallkühlung ist es auch leichter eine hohe thermische Leistungsdichte im Reaktorkern zu erreichen.

Der große Vorteil von Gas als Kühlmittel ist letztendlich das man es auch gleich als Arbeitsmedium in einer Wärmekraftmaschine nutzen kann, etwa einem Stirlingmotor oder, wie im TEM, in einer Gasturbine. Gasturbinen die in einem geschlossenen Brayton-Kreisprozess auf hohem Druckniveau mit Edelgas als Arbeitsmedium arbeiten sind aber keine etablierte Technik, die muss man also auch erst für diese Antwendung entwickeln und extra bauen was die Sache verkompliziert. Mit Flüssigmetall als Kühlmittel muss man entweder mit viel ineffizienteren thermoelektrischen Wandlern vorliebnehmen oder die Energie per Wärmetauscher erst recht wieder auf einen Gaskreislauf (oder Flüssig-Gas Kreislauf) übertragen. Gas hat auch den Vorteil einer viel geringeren Masse pro Volumen- das kompensiert wenigstens zu einem großen Teil die höhere Masse von Reaktorbehälter und Rohrleitungen die im Fall der Gaskühlung ja einem hohen Druck standhalten müssen.

Unterm Strich dürfte ein gasgekühlter Reaktor mit Gasturbine eine sehr gute Lösung sein wenn man eine möglichst hohe Leistung pro Masse erreichen will, vor allem bei einer insgesamt relativ hohen Leistung. Jedenfalls im Vergleich zu einer Flüssig(-metall) Kühlung wohl im Allgemeien die bessere aber technisch anspruchsvollere Option.

Offline Axel_F

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Re: Russland - Nuklearer Antrieb
« Antwort #209 am: 11. Dezember 2020, 17:16:33 »
Neues Bild zu TEM (von Roskosmos-Chef Rogozin):

Quelle: https://twitter.com/Rogozin/status/1337424865301835777/
"Denn ein Schiff erschaffen heißt nicht die Segel hissen, die Nägel schmieden, die Sterne lesen, sondern die Freude am Meer wachrufen." (Antoine de Saint-Exupéry)