Про ядерный буксир⁠⁠

Часть 3
Про ядерный планетолет, ядерный буксир, «Нуклон», транспортно-энергетический модуль и ещё много названий одного аппарата.

Предыдущее по теме:
Немного про ядерный буксир
Немного про ядерный буксир

Разберу подробно и, постараюсь просто объяснить, как эта штука устроена.

Начнем с общей схемы:

Тут и далее будут использованы скриншоты из видеопрезентации КБ «Арсенал».

Буксир в сложенном состоянии, ужатый по габаритам головного обтекателя (предположительно РК «Протон-М»).


Принцип действия и основные агрегаты

В носовой части находится ядерный реактор на высокообогащенном топливе (надо работать долго, а весить мало). Основная фишка - газовый теплоноситель - смесь гелия и ксенона (гелий обладает очень высокой теплоемкостью, а ксенон массой, смесь хорошо отводит тепло и может быть сжата/расширена в приемлемом режиме работы турбомашины).

В моём понимании (есть другие точки зрения) - для минимизации массы и повышения надёжности данная система должна быть одноконтурная. Газ из реактора циркулирует в панелях. На земле делают несколько контуров - но это, потому что теплоносителя целый пруд или река, а систему обслуживают люди, которым радиация вредна. В космос аппарат вывели и больше к нему в ближайшей перспективе никто не будет подлетать. А если подлетит, то внешняя радиация фонить будет на уровне самого реактора. Опять же второй контур требует для себя второго насоса для циркуляции теплоносителя. Соответсвенно вероятность отказа двух насосов больше чем одного. Выход из строя что первого, что второго контура, все равно нарушает процесс теплообмена.

В одноконтурной схеме есть компрессор - прокачивает газ через реактор и турбина, на которой газ, получивший энергию срабатывает и обеспечивает энергией компрессор, а также крутит генератор.

В ход пошла Википедия:

С - компрессор,
Т - турбина,
W - в нашем случае горячая зона реактора,
М - в нашем случае панели радиатора,
~ - электрогенератор,

Турбино-компрессорных пар на аппарате будет несколько из соображений дублирования и резервирования. Возможно 3 пары (но с четным количеством проще компенсировать крутящие моменты) со своим контуром панелей каждая.

На каждой паре, на одном валу с турбиной и компрессором стоит генератор. Он вырабатывает переменный ток, который через блоки трансформируется в постоянный, либо идёт на питание систем буксира.

Для охлаждения газа после его сжимания используются панельные радиаторы, которые при помощи излучения сбрасывают до 3.8 МВт тепловой мощности.

Выработанный генераторами ток идёт на питание ионных (плазменных) реактивных двигателей, использующих ксенон в качестве рабочего тела.


Далее про функционирование и порядок развертывание на орбите.

Чтобы аппарат «ожил» необходимо поймать связь с Землей, и начать процесс «раскрытия». Для этого необходимо привести в движение сервоприводы и запитать их от солнечных батарей. Реактор ещё не работает, аккумуляторы ещё понадобятся.

1. Первый процесс - раскрытие солнечных батарей.

Судя по размерам (порядка 8 м2) они будут обеспечивать до 1 кВт электрической мощности на Земной орбите.
На гранях хвостового «куба» можно заметить двигатели коррекции.

2. После раскрытия солнечных панелей и получения телеметрии, начинается процесс выдвижения фермы.

Ферма - почти гиперболоид инженера Гарина.
Внутри проходит кабельная сеть от реактора для питания двигателя и от батарей для питания систем до запуска реактора.
Учитывая телескопический механизм, скорее всего внутри ферм из оборудования ничего нет.

3. Далее начинается раскрытие панелей охлаждения (чёрные)

При раскрытии панелей видим «треугольник» белых панелей радиаторов. Так как они покрашены в белый цвет, значит им надо отражать солнечную энергии, а это значит, что ее мощность, сопоставима с мощностью излучения этих панелей (чёрное тело хорошо поглощает и хорошо излучает, белое плохо поглощает, и может приемлемо излучать), а это примерно 1 кВт/м2. Площадь данного радиатора около 60 м2. Он нужен для охлаждения низкотемпературных систем. Главные панели радиатора реактора для этого не подходят, так как теплоноситель в них имеет температуру выше 500 С. Учитывая, что на борту работают генераторы, компьютеры, сервоприводы управления реактором, без «холодного» теплоносителя не обойтись.
Например, на борту работают генераторы на 1000 кВт, при КПД 98% они потребуют отвода 20 кВт теплоты.
Под этим «треугольником» также находятся баки с запасом теплоносителя, чтобы восполнять естественные утечки.

На данном скриншоте видно, что на каждую панель идёт 2 прямых и 2 обратных магистрали, таким образом обеспечивается независимый контур теплоносителя на каждую секцию радиаторов.

4-ре белых коробки - возможно трансформаторы, либо иная часть системы электроснабжения. Опять же они белые, вынесены от всех радиаторов и находятся снаружи - значит постоянно греются.

В носовой части под «белым треугольном», вероятно, находятся системы управления, аккумуляторные батареи - радиаторы способны защитить электронику от основного потока космических частиц.

4. В хвостовой части открываются загадочные панели.

Стоит обратить. Внимание, стоят ровно за основными радиаторами, значит они не должны лишний раз нагреваться. Раньше такого не встречал.

Предположения:
- антенны для связи (но они тогда должны быть направлены):
- дополнительные радиаторы для охлаждения двигателей и системы преобразования электричества солнечных панелей (но трубок с теплоносителем не видно);
- научное оборудование, например, для исследования потока космических лучей (но тут слишком тонкие пластины для их улавливания).

Если есть обоснованное предположение - ославляйте в комментариях.

5. Запускается реактор

Тут есть сложность:
После запуска реактора, требуется его охлаждение теплоносителем. Для циркуляции теплоносителя нужно вращать компрессор. Для этого нужна энергия на турбине. А энергии на турбине, пока не будет разогрет реактор, нет. Соответсвенно, при запуске реактора требуется работа электродвигателя (используется генератор), для работы которого нужен хороший запас батарей. Процесс схож с запуском реактивного двигателя.
После запуска, генератор переключается в режим выработки энергии.

6. Включаются ионные двигатели

Оценка тяги и времени разгона на таких двигателях приведена в части 2.
В хвостовой части, в центре отсека, расположен бак с ксеноном, используемом двигателями в качестве расходного тела.
Также тут запасы топлива для двигателя коррекции.

Белая крышка в хвостовой части - для обслуживания. Данная точка для стыковки не подходит - ионники выбрасывают газ со скоростью 45 км/с, так что все что непосредственно за ними будет подвергнуто медленному, но верному прожигу.

Вторая нерешенная для меня деталь - охлаждение ионных (плазменных) двигателей. Даже при КПД 90% надо будет отдавать в космос 100 кВт тепла. И тут 2 варианта:
- на двигатели идёт далеко не вся мощность реактора, и стоят двигатели 25 кВт (тут возникает вопрос во временни перемещения такого аппарата);
- стоит система охлаждения из двух контуров (тогда вопрос, при какой температуре сохраняет работоспособность ионник?).

Если двигатели охлаждаются главными панелями, то тогда трубопроводы идут через всю ферму, так как основные радиаторы имею соединение трубопроводов в носовой части, что тяжело технологически. Остаётся охлаждение корпусными панелями хвостового «куба». Теоретически должно хватить.

Что не нашёл:
- двигатели ориентации в носовой части.
- явные места для крепления целевой нагрузки;
- параболические антенны дальней связи.

Что осталось непонятным:
- панели в хвостовой части;
- охлаждение ионных двигателей.


На этом серию про буксир закончу, пока не обнародуют новые данные.

Надеюсь на решение «загадок дыры» в комментариях.