Космический модуль для захоронения радиоактивных отходов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 21 F 9/34

Ъ9 > s 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 с

l.f÷

К ПАТЕНТУ (21) 5005850/25 (22) 30.10.91, (46) 23.09.92. Бюл. ¹ 35 (76) Ю.А,Баканов, Ю.,В.Брыжинский, В.В.Иваник, В,Г.Кинелев, Е.В.Облонский, А.Д,Парашин, В.cD,Суранов, А,М,Хабаров, Б.B.Øàãoâ и И.А.Клепиков (56) Атомная техника за рубежом, ¹ 4, апрель, 1991, с, 8 — 15.

Атомная техника за рубежом, ¹ 5, май, 1990, с. 35 — 37, Astronautics and aегоnautics, 1980, I I/, v,18, р.26 — 35. (54) КОСМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (57) Использование: космическое захоронение радиоактивных. отходов, Сущность изобретения, космический модуль для захоронения радиоактивных отходов содер1

Изобретение относится к защите от радиоактивных излучений путем захоронения радиоактивных отходов различного происхождения в космическом модуле.

В связи с расширением области использования атомно-энергетических установок и приборов с радиоактивными изотопами возрастает количество радиоактивных отходов, ликвидация которых является большой проблемой, Широко распространена защита от радиоактивного излучения путем захоронения отходов в Земле, океане.Так, например, слабоактивные жидкие и газообразные отходы сбрасывают в открытые водоемы или морские течения либо выбрасывают в атмосфе Ы,„, 1764524 АЗ жит транспортную ступень и отделяемую ступень аварийного спасения, между которыми размещен защитный экран, соединенный с ними, с возможностью отделения от одной из ступеней. Корпус отделяемой ступени выполнен полым и открытым со стороны защитного экрана и установлен на этом экране открытой своей частью, образуя совместно с ним герметичную полость для размещения в ней контейнера с радиоактивными отходами. Отделяемая ступень снабжена системой активного охлаждения контейнера, содержащей емкости с хладагентом, соединенные межу собой и размещенные в кольцевом зазоре между контейнером и корпусом, и заправочные и дренажные узлы, Одна из емкостей снабжена выпускным клапаном, оборудованным форсункой. 13 ил. ру после предварительного разбавления их 4 водой или воздухом соответственна, ()Ь

Промышленные радиоактивные отходы ф, 1 со средней и высокой удельной активностью (л предварительно концентрируют, а затем в специальных герметичных контейнерах размещают на длительное храйение в устойчивых геологических формациях на глубине до

2 км, например в соляных шахтах. Герметичные контейнеры выполняют из нержавею-,(д щей стали в виде цилиндрических канистр диаметром 0,61 м и длиной 3 м при полой массе до 350 кг, остаточном тепловыделении отходов от 60 до 150 кВт, мощности дозы на поверхности канистры до 40 Гй/ч, Однако при таком методе захоронения радиоактивных отходов не исключена воз1764524 можность их воздействия на биосферу Земли при длительном хранении, требуются значительные затраты на строительство и эксплуатацию подземных хранилищ, не обеспечивается надежное (на сотни — тыся- 5 чи лет) захоронение радиоактивных отходов с высокой удельной активностью, выделяющих больш8е количество тепла, что приводит к разогреву окружающих пород и контейнеров. Разогрев может привести к 10 нарушению герметичности контейнеров и даже к их разрушению, что небезопасно для окружающей среды.

Известны герметичные контейнеры типа "Кастор для транспортировки радиоак- 15 тивных отходов в виде полого толстостенного цилиндра с ребрами охлаждения на его внешней поверхности. В стенке цилиндра установлены стержни замедлителя (нейтронная. защита). С торцов 20 контейнеры закрыты крышками, на которых установлены демпферы, Внутри цилийдра размещены алюминиевые сегменты с каналами для капсул с отходами, Сегменты жестко,связаны с корпусом контейнера. Масса 25 загружаемого контейнера до 110 т, длина

5,8 м, диаметр 2,5 м, суммарная масса установленных капсул 8,4 т, в том числе масса собственно радиоактивных отходов 1,9 т, Теплоотвод во внешнее пространство 52 30 кВт, Однако контейнеры такой конструкции непригодны для длительного захоронения радиоактивных отходов вследствие возможности потери герметичности из-за "ста- 35 рения" материала корпуса за время хранения, а также расплавления корпуса при отсутствии необходимого теплообмена с окружающей средой (при обвалах, например, в подземных хранилищах), 40

Известен космический модуль для захоронения радиоактивных отходов, который содержит транспортную ступень, оборудованную двигательной установкой, системой управления и связи с Землей; стыковочный 45 узел; отделяемую ступень аварийного спасения, фиксируемую на транспортной ступени и имеющую реактивные двигатели на корпусе; контейнер с радиоактивными отходами, имеющий средство охлаждения и 50 амортизационное устройство, В качестве транспортной ступени используется транспортная космическая ступень СОИС (Солар Орбит Инсершн Стейж).

Отделяемая ступень аварийного спасения 55 выполнена в виде спускаемого аппарата, который состыкован с разгонным блоком и оборудован средствами охлаждения для контейнера во время запуска, средствами обеспечения плавучести (в случае падения на воду). Контейнер размещают в передней части спускаемого аппарата и после выведения космического модуля в отсеке полезного груза многоразового транспортного космического корабля типа "Спейс Шаттл" на околоземную орбиту контейнер отделяют от спускаемого аппарата, предварительно выгрузив модуль из этого отсека с помощью бортового манипулятора. После отделения от спускаемого аппарата контейнер перестыковывается к транспортной ступени для последующей транспортировки в космос.

Для тепловой защиты спускаемого аппарата предлагается использовать композит типа "углерод-углерод", а для амортизации — стальную сотовую конструкцию.

Однако при авариях средства выведения модуля на орбиту (в данном случае корабля типа "Спейс Шаттл" ), особенно на начальном участке подъема после старта, конструктивное выполнение средства выведения и отделяемой ступени не обеспечивает спасения контейнера с радиоактивными отходами, что может привести к радиоактивному заражению района падения модуля при разрушении контейнера в результате катастрофического отказа (взрыва) средства выведения. Кроме того, в известном устройстве не обеспечивается надежное охлаждение контейнера с радиоактивными отходами при аварийном возвращении его на Землю и втечение времени, необходимого на Земле для прибытия средств поисково-спасательного комплекса и эвакуации контейнера с места падения (приводнения).

Охлаждение контейнера не обеспечивается также и на участке его транспортировки транспортной ступенью к месту захоронения в космосе. В отсутствие охлаждения радиоактивные отходы разогреваются, что может привести к разрушению контейнера и аварийной утечке радиоактивного вещества в окружающее пространство, Компоновка известного модуля по тандемной схеме, когда контейнер состыкован со спускаемым аппаратом, а тот — с транспортной ступенью, снижает надежность устройства в целом, так как требуется отсоединение контейнера от спускаемого аппарата и перестыковка контейнера на транспортную ступень после выгрузки модуля из отсека полезного груза, Помимо этого, вследствие повышения дозы радиации, действующей на транспортную ступень, после ее пристыковки к контейнеру увеличивается вероятность отказа приборов и аппаратуры ступени, 1764524

Необходимость перестыковки контейнера, а также .-,овышение дозы радиации, действующей на транспортную ступень, требуют снизить массу полезного груза (радиоактивных отходов) вследствие увеличения запасов топлива ступени на операции стабилизации и ориентации модуля при перестыковке, а также вследствие установки дополнительно дублирующих (резервирующих) приборов и аппаратуры на ступень и 1 обеспечения их повышенной радиационной стойкости за счет нанесения соответствующего покрытия и увеличения массы корпусов приборов и аппаратуры, Цель изобретения — создание такого 1 космического модуля для захоронения радиоактивных отходов, конструктивное выполнение которого обеспечило бы высоконадежную и экологически безопасную реализацию захоронения этих отходов 2 в космосе на всех этапах полета модуля, а в случае аварии при выведении модуля с Земли на околоземную орбиту и при последующем старте с этой орбиты — спасение контейнера и сохранение его целостности 2 (неразрушаемости) в интересах экологической безопасности Земли, В предлагаемом космическом модуле для захоронения радиоактивных отходов, содержащем транспортную ступень, обору- 3 дованную двигательной установкой, системой управления и связи с Землей, отделяемую ступень аварийного спасения, имеющую реактивные двигатели на корпусе и установленную на транспортной ступени, 3 стыковочный узел и контейнер с радиоактивными отходами, имеющий средства охлаждения и амортизационное устройство, между транспортной ступенью и отделяемой ступенью аварийного спасения разме- 40 щен защитный экран. соединенный с ними с возможностью отделения от любой из них и имеющий устройства для жесткой фиксации контейнера и его центровки, а корпус отделяемой ступени аварийного спасения 45 выполнен полым и открытым со стороны защитного экрана и установлен на нем своей открытой частью, образуя совместно с экраном герметичную полость для размещения контейнера с радиоактивными отхо- 50 дами, при этом отделяемая ступень аварийного спасения снабжена системой внешнегб активного охлаждения контейнера и по меньшей мере два ее реактивных двигателя выполнены в виде твердотоплив- 55 ных ракетных двигателей, выходы сопел которых обращены в направлении размещения транспортной ступени, Выполнение корпуса отделяемого средства аварийного спасения полым и открытым со стороны транспортной ступени и установка защитного экрана, образующего совместно с корпусом отделяемого средства аварийного спасения полость для размеще5 ния в ней контейнера с радиоактивными отходами, позволяет повысить надежность модуля за счет уменьшения радиационногс воздействия на транспортную ступень и упрощения конструкторско-компоновочной

0 схемы космического модуля; уменьшить дозу радиации, действующей на приборы и аппаратуру транспортной ступени; увеличить массу полезного груза (транс5 портируемых радиоактивных отходов).

Размещение контейнера с радиоактивными отходами на защитном экране, использование средства жесткой фиксации и центровки контейнера позволяет повысить

0 надежность космического модуля и безопасность его полета, а также увеличить массу выводимого полезного груза, что достигается за счет упрощения конструкторско-компоновочной схемы модуля, 5 улучшения управляемости движением модуля вследствие уменьшения эксцентриситета центра масс контейнера относительно центра масс корпуса модуля.

Установка на отделяемой ступени ава0 рийного спасения системы внешнего активного охлаждения контейнера исключает возможность перегрева и разрушения контейнера при аварийном возвращении его на

Землю и ожидании прибытия средств по5 исково.-спасательного комплекса и эвакуации, Наличие на отделяемой ступени аварийного спасения твердотопливных ракетных двигателей позволяет реализовать экстренный увод модуля на безопасное расстояние в случае отказа средства выведения или транспортной ступени и переве.сти модуль на траекторию возвращения в один из выбранных районов на Земле либо . на низкую околоземную орбиту, если катастрофический отказ средства выведения произойдет на конечной фазе полета на орбиту, Защитный экран в космическом модуле содержит силовую оболочку и теплозащитные слои, расположенные по обе стороны силовой оболочки, по меньшей мере один из которых выполнен из материала, обладающего радиационно-защитными свойствами.

Наличие теплозащитных слоев позволяет повысить безопасность транспортировки контейнера на орбиту за счет уменьшения температурного нагружения силовой оболочки как от теплового потока, идущего от контейнера при выведении на орбиту и ава1764524 рийном возвращении модуля на Землю, так и от внешнего аэродинамического нагрева при аварийном спуске модуля на Землю.

Использование в теплозащитном слое материала с радиационно-защитными свойствами позволяет одновременно с повышением надежности модуля (за счет ослабления радиационного воздействия на транспортную ступень) уменьшить массу модуля и соответственно увеличить массу полезного груза за счет оптимального сочетания теплофизических и радиационных характеристик материала.

B космическом модуле каждое устройство жесткой фиксации и центровки контейнера целесообразно выполнить по меньшей мере из двух штанг разной длины, из которых большая шарнирно соединена с верхней частью контейнера и с защитным экраном, а меньшая — с нижней частью контейнера и с защитным экраном, при этом каждая из штанг снабжена демпфирующим узлом. Это повышает надежность конструкции модуля за счет простоты установки и центровки контейнера, а также возможности модификации размеров и конфигурации контейнера, Снабжение каждой из штанг демпфирующим узлом снижает величину ударной нагрузки на корпус контейнера и, следовательно, повышает экологическую безопасность модуля за счет исключения его разрушений при аварийном спуске и падении на Землю.

Защитный экран может быть выполнен вогнутым со стороны контейнера, при этом амортизационное устройство контейнера размещено на нижней его части, обращенной к защитному экрану, и выполнено в виде амортизирующей подушки, наружная поверхность которой имеет выпуклую форму, ответную вогнутой форме защитного экрана. Это позволяет повысить надежность комплекса средств амортизации контейнера и соответственно его экологическую безопасность за счет дублирования демпфирующих узлов штан г жесткой фиксации и центровки контейнера. Амортизирующая подушка является второй, страхующей ступенью гашения энергии удара при контакте с поверхностью Земли. Вогнутость экрана (выпуклость его наружу) обеспечивает центровку удаоной нагрузки, ее равномерное распределение и снижение массы конструкции модуля, увеличивает объем полости размещения контейнера, повышает прочность конструкции и экологическую безопасность модуля.

Система внешнего активного охлаждения контейнера состоит из двух частей, одна из которых выполнена в виде емкостей с

55 хладагентом, размещенных в кольцевом зазоре между контейнером и корпусом отделяемой ступени аварийного спасения и сообщающихся между собой, а другая часть выполнена в виде заправочных и дренажных узлов, вмонтированных в корпус отделяемой ступени, при этом по меньшей мере одна из емкостей снабжена выпускным клапаном, оборудованным форсункой. Это позволяет обеспечить за счет обдува контейнера пожаровзрывобезопасность и охлаждение контейнера на старте, при запуске и в процессе выведения, а также при аварийном возвращении модуля на Землю.

Простота системы охлаждения, ее компоновка на отделяемом средстве аварийного спасения и возможность пополнения запасов хладагента на старте (вплоть до начала автономного движения средства выведения) повышают надежность системы охлаждения и экономят массу используемых рабочих запасов хладагента, что в итоге направлено на повышение безопасности полета модуля и его экологической безопасности.

Контейнер космического модуля на стороне, противоположной размещению амортизирующего устройства, имеет радиаторы системы терморегулирования, закрепленные в крышке контейнера, выполненной из теплопроводного материала, при этом в контейнере, заполненном радиоактивными отходами, установлены теплообменные элементы, взаимодействующие с крышкой. За счет этого достигаются наилучшие условия охлаждения контейнера и его содержимого на всех этапах полета модуля: при подготовке к запуску, при запуске, на участке выведения на орбиту и при дальнейшей транспортировке к месту захоронения радиоактивных отходов в космосе. Такое решение задачи обеспечивает повышение герметичности контейнера, безопасности полета и экологической безопасности Земли, Выполнение радиаторов системы терморегулирования в виде пластин зигзагообразной формы позволяет увеличить площадь поверхности теплопередачи радиатора при ограниченных габаритах внутренней полости модуля, где размещается контейнер. На защитном экране со стороны транспортной ступени целесообразно разместить средства сближения и стыковочный узел, что создаст возможность проведения аварийно-спасательных работ с модулем на околоземной орбите, монтажа нескольких космических модулей по "пакетной" или

"пакетногроздевой" схеме на другом транспортном средстве доставки радиоактивных

1764524

10 отходов к, месту захоронения и что повысит безопасность голета модуля эколотическую безопасность Земли и расширит функциональные возможности модуля в" части используемых средств его транспортировки в космосе.

На фиг.1 схематично изображен общий вид космического модуля; на фиг,2 — схематично конструкторско-компоновочная схема космического модуля; на фиг.3 — вид по стрелке А на фиг.2, размещение элементов боковой поверхности модуля; на фиг.4 — схематично фрагмент конструкции модуля, узел Б; на фиг.5 — то же, узел В; на фиг,6— то же, узел Г; на фиг.7 — схематично устройство демпфирующего узла штанги крепленияя контейнера; на фиг.8 — размещение емкостей с хладагентом относительно контейнера и корпуса модуля; на фиг.9 — схематично конструкторско-компоновочная схема контейнера с радиоактивными отходами; на фиг.10 — схематично фрагмент конструкции контейнера, узел 4 на фиг.9; на фиг.11 — вид по стрелке Е на фиг,9; на фиг.12 — приведение модуля в состояние транспортировки с околоземной орбиты в космос; на фиг.13 — общий вид модуля при аварийном возвращении с орбиты и посадке на Землю, Космический модуль для захоронения радиоактивных отходов содержит транспортную 1 ступень (фиг,1), отделяемую 2 ступень аварийного спасения, переходной отсек 3, стыковочный узел 4 (фиг,2) известной конструкции, контейнер 5 с радиоактивными отходами, имеющий средства 6 охлаждения и амортизационное устройство

7.

Транспортная 1 ступень (фиг,1) оборудована двигательной установкой, имеющей основной (маршевый) реактивный двигатель 8 и вспомогательные управляющие двигатели 9. Транспортная 1 ступень оборудована также известной системой 10 управления и связи с Землей, а также другими бортовыми служебными системами для длительного автономного космического полета.

Транспортная 1 ступень может быть выполнена, например, по типу приборно-агрегатного отсека космического корабля

"Союз-TM". На транспортной 1 ступени через переходной отсек 3 фиксируется отделяемая 2 ступень аварийного спасения, имеющая на корпусе 11 реактивные двигатели 12, по меньшей мере два из которых выполнены в виде твердотопливных ракетных двигателей 13, и вспомогательные управляющие двигатели 14, систему 15 автоматики (фиг,2) и емкости 16 с запасами топлива (рабочего тела) для вспомогательных двигателей 14, Выходы сопел 17 ракет10

30

40 ми штангами 24, 45 В верхней части ступени 2 (фиг.2) разме 15

55 нйхдвйгателей 13 обращены в направлении размещения транспортйой 1 ступени. При этом угловое положение сопел 17 двигателей" 13 обеспечивает наибольшую возможную величину суммарной тяги в продольном направлении с учетом допустимого теплового и газодинамического воздействия реактивных струй этих двигателей на конструкцию космического модуля и средства его выведения на околоземную орбиту

Отделяемая 2 ступень аварийного спасения снабжена системой 18 внешнего активного охлаждения контейнера 5.

Стыковочный узел 4 может быть выполнен андрогинно-периферийного типа, как, например, в известном советскб-американском проекте "Аполло-Союз"

Между ступенями 1 и 2 размещен защитный экран 19, соединенный с ними с возможностью отделения (разъема) от каждой из них и имеющий устройства 20 для жесткой фиксации контейнера 5 и его центровки. Корпус 11 ступени 2 выполнен полым и открытым со стороны защитного экрана 19 и установлен на нем своей открытой частью, образуют совместно с защитным экраном

19 герметичную полость 21 для размещения контейнера 5 с радиоактивными отходами.

Соединение защитного экрана 19 с корпусом 11 ступени 2 и со ступенью 1 в ее переходном отсеке 3 осуществляется посредством разъемных соединительных узлов известной конструкции, например пирозамков, широко используемых в космической технике и позволяющих в зависимости от условий отделить от защитного экрана 19 одну из ступеней (1 или 2), Контейнер 5 имеет средство 6 охлаждения в виде ребер 22, размещенных на боковой поверхности корпуса, и амо ртиза ц ион ное устройство 7.

На корпусе 11 ступени 2 смонтированы посадочные опоры 23 (фиг,2, 3) с выдвижныщены контейнер 25 с вытяжным парашютом, контейнер 26 с основным и запасным парашютами, контейнер 27 со средствами поддержания плавучести (надувными шарами-баллонами), аппаратура 28 радиомаячной системы, проблесковый оптический маяк 29, источники электропитания и система автоматики. В составе радиоаппаратуры могут быть средства международной системы "КОСПАС"-"CAPCAT", Защитный экран 19 содержит силовую оболочку 30 (фиг.4), подкрепленную силовым каркасом 31 из элементов, выполненных в виде профилированных шпангоутов, и теплозащитные слои 32, 33, расположенные

1764524

5

25

55 по обе стороны силовой оболочки 30. На внешней, обращенной к транспортной ступени, поверхности экрана установлен теплозащитный слой 32 из композита типа углерод-углерод, который может состоять из отдельных фрагментов-блоков, скрепленных между собой и с оболочкой 30. Аналогичные покрытия используются на транспортных космических кораблях типа

"Шаттл", "Бурак". Толщина покрытия определяется, исходя из расчетных условий аэродинамического нагрева и необходимого ослабления дозы радиации, действующей на приборы и аппаратуру. Отметим. что углеродное теплозащитное покрытие обладает одновременно и радиационно-защитными свойствами (на атомных реакторах графитные блоки используются в качестве отражателя-замедлителя). В состав покрытия 32 могут быть введены некоторые элементы (например, бор) для более эффективного замедления нейтронов и других компонент радиации.

Внутренняя поверхность экрана покрыта теклозащитным слоем 33 для тепловой изоляции силовой оболочки 30 и каркаса 31.

Этот слой может быть выполнен, например, из полимерного материала типа пенопласт и содержать также необходимые добавки элементов для улучшения радиационно-защитных свойств материала этого слоя.

Аналогично устроена теплозащита верхней части и боковых поверхностей ступени

2 и двигателей 12. Теплозащитное покрытие верхней части внутренней полости ступени

2 выполнено в виде внутреннего пористого теплозащитного слоя 34, нанесенного на силовую оболочку 35 (фиг,5).

Теплозащитное покрытие корпуса двигателя 12 и верхней части ступени 2 выполнено в виде нанесенного на силовую оболочку 36 корпуса слоя 37 (фиг.6) из блоков композита типа углерод-углерод, Каждое устройство 20 (фиг.2) жесткой фиксации и центровки контейнера выполнено по меньшей мере из двух штанг 38, 39 разной длины. Штанга 38 большей длины шарнирно соединена с верхней частью контейнера 5 и с защитным экраном 19. Штанга

39 меньшей длины шарнирно соединена с нижней частью контейнера 5 и с защитным экраном 19. При этом каждая из штанг 38, 39 снабжена демпфирующим узлом 40 (фиг.7), который может быть выполнен в виде соосного со штангой цилиндрического стакана 41. Закрытый торец стакана 41 связан со штоком 42 штанги с возможностью осевого вращения стакана 41. Другой торец стакана 41 имеет отверстие, в которое входит шток 43 штанги, на конце которого закреплен поршень 44, который имеет сквозные продольные каналы 45 и наружную резьбу, взаимодействующую с резьбой на внутренней поверхности стакана 41. Во внутренней полости цилиндрического стакана 41 находится жидкость 46. Ма внутренней поверхности стакана 41 имеются выступы 47. Поворот стакана 41 относительно штока 42 фиксируется стопорным винтом

48.

Защитный экран 19 со стороны контейнера 5 выполнен вогнутым (фиг.2). При этом амортизационное устройство 7 контейнера

5 размещено на нижней его части, обращенной к экрану 19, и выполнено в виде амортизи рующей подуш ки, наружная поверхность которой имеет выпуклую форму, ответную вогнутой форме поверхности экрана 19, и которая отстоит из экрана 19 на величину хода демпфирующего узла 40.

Амортизирующая подушка может быть выполнена в виде стальной сотовой структуры, сминаемой при соударении с экраном. Система 18 внешнего активного охлаждения может быть выполнена известным способом, используемым в космической технике, например путем подачи хладагента к внешней поверхности контейнера либо внутрь его по специальным каналам.

Система 18 внешнего активного охлаждения контейнера обычно содержит две части, одна из которых выполнена в виде емкостей 49 с хладагентом (например жидкий азотом), размещенных в кольцевом зазоре полости 21 между контейнером 5 (фиг.2) и корпусом 11 ступени 2 и сообщающихся между собой патрубками 50, а другая часть выполнена в виде заправочных 51 и дренажных52 узлов, вмонтированных в корпус 11 ступени 2, при этом по меньшей мере одна из емкостей 49 снабжена выпускным клапаном 53, оборудованным форсункой 54 (фиг.8), Хладагент от заправочного узла 51 (фиг,2) подается в емкости 49 по трубопроводу 55, а из внутренней полости 21 ступени

2 выходит через приемную воронку 56 и трубопровод 57 и далее через дренажный узел 52 в окружающее пространство.

Наличие избыточного давления в полости 21 позволяет повысить стойкость конструкции ступени 2 к динамическому внешнему воздействию, в том числе и в случае действия ударной волны при взрыве средства выведения на участке подъема на орбиту.

Контейнер 5 (фиг.9) на стороне, противоположной размещению амортизационного устройства 7, имеет радиаторы 58 системы терморегулирова ния, закреплен13

1764524 ные в крышке 59 из теплопроводного материала. В контейнере 5, заполненном радиоактивными отходами 60, установлены теплообменные элементы 61, взаимодействующие с крышкой 59 через теплопроводную среду 62 (например, свинец), Элементы

61 могут быть выполнены в виде известных тепловых труб, устанавливаемых в каналах внутри отходов 60. Верхняя часть элементов

61 фиксируется с помощью сепаратора 63, который является также разделительным элементом между теплопроводной средой

62 и отходами 60 в случае расплавления материала теплопроводной среды при аварийном разогреве отходов, Следует отметить, что корпус контейнера 5 выполнен многослойным и состоит из силовой оболочки 64 (фиг.10), выполненной, например, из стали, на которой закреплен с внешней стороны цилиндрический стакан

65, несущий ребра 22 (в некоторых случаях силовая оболочка может иметь собственные ребра, тогда стакан 65 на нее не устанавливают). С внутренней стороны к силовой оболочке 64 примыкают слой 66 защиты от гамма-излучения (например, из гидрида лития), слой 67 защиты от нейтронного потока (например, из вольфрама). Непосредственно с радиоактивными отхОдами соприкасается слой теплозащиты 68, выполненный, например, из композита типа углерод-углерод.

В предлагаемом варианте выполнения конструкции модуля оеспечиваются наилучшие условия охлаждения контейнера и его содержимого на всех этапах полета, повышаются герметичность контейнера, безопасность полета и экологическая безопасность Земли, Это достигается в результате использования элементов теплосъема, не имеющих подвижных частей, работающих в условиях невесомости и космического вакуума и передающих тепло из герметизированных емкостей (отсеков).

Для увеличения площади излучающей поверхности радиаторы 58 (фиг,11) выполнены в виде пластин зигзагообразной формы, что позволяет улучшить охлаждение контейнера при ограниченных внутренних габаритах полости размещения контейнера, В космическом модуле на защитном экране 19 (фиг.2) со стороны транспортной l ступени, а точнее в зоне переходного отсека

3, размещены средства 69 сближения и стыковочный узел 4 известной конструкции.

Этим достигается возможность проведения аварийно-спасательных и сборочномонтажных работ на орбите и, следовательно, повышается безопасность

55 полета космического модуля и приспосабливаемость к выбираемым средствам межорбитальной (межпланетной) транспортировки.

Запуск космического модуля для захоронения радиоактивных отходов осуществляется следующим образом, Контейнер 5 (фиг.2) с радиоактивными отходами 60 жестко устанавливают на защитном экране 19 с помощью штанг 38, 39, регулируя при этом положенйе центра масс контейнера с помощью поворота стакана 41 (фиг,7) демпфирующего узла при отпущенном винте 48, который после установки заворачивают, фиксируя стакан 41 от поворотов. До этого на экран 19 устанавливают стыковочный узел 4 и средства 69 сближения, После установки контейнера 5 к экрану 19 (фиг.2) пристыковывают собранную заранее отделяемую 2 ступень аварийного спасения, к заправочному узлу 51 которой незамедлительно подключают подачу хладагента, Далее ступень 2 с контейнером 5 соединяют с переходным отсеком 3, которым ее соединяют с транспортной 1 ступенью, Собранный космический модуль устанавливают на средство-выведения (ракетуносител ь, например) и вы водят на околоземную орбиту, с которой модуль разгоняется с помощью разгонного ракетного блока 70 (фиг,12) (буксира) на траекторию полета к месту захоронения отходов.

После достижения заданного приращения скорости модуля производится отделение ступени 2 от узлов ее крепления к экрану 19 и увод ступени 2 с помощью двигателей 12 и 14, После этого производится отделение разгонного блока 70 от ступени 1, которая вместе с контейнером 5, размещенйым на экране 19, переводится в режим автономного полета по траектории перелета к месту захоронения, обеспечивая необходимые коррекции траектории, межорбитальные динамические операции, ориентацию и стабилизацию модуля, радиосвязь с Землей и обмен с ней командной и телеметрической информацией.

В ходе полета в полость 21 (фиг.2), где размещается контейнер 5, подается хладагент который обеспечивает наддув внутреннего объема ступени 2 до заданного уровня избыточного давления, при повышении которого производится сброс хладагента через дренажный узел 52, чем обеспечивается обтекание хладагентом ребер 22 и радиаторов 58 контейнера 5 и его охлаждение, В случае аварии средства выведения на участке его подъема производится экстренное отделение ступени 2 от ступени 1, увод

1764524

16 ступени 2 с контейнером 5 с помощью ракетных двигателей 13 твердого топлива в заданный район по трассе выведения и посадка на Землю или приводнение при активном охлаждении контейнера 5 из системы 5

18.

В случае отказа транспортной 1 ступени или разгонного блока 70 (фиг.12) возможен спуск ступени 2 с орбиты, когда тормозной импульс скорости реализуется двигателями 10

13, а управление угловым положением при спуске — управляющими двигателями 14 (фигЛЗ). При этом происходит отделение ступени 2 вместе с защитным экраном 19 от переходного отсека 3 ступени 1. 15

При посадке ступени 2 (несущей контейнер 5), осуществляемой с использованием парашютов, размещенных в контейнерах

25, 26 (фиг:2) и вытягиваемых после открытия верхней крышки ступени 2, выдвигают- 20 ся штанги 24 посадочных опор 23, срабатывают демпфирующие узлы 40, а далее в случае их полного сжатия — амортизационное устройство 7. При посадке на воду по команде от датчиков системы посадки 25 надуваются средства плавучести 71 (фиг,13), находящиеся в контейнере 27. В процессе спуска на парашюте вводится в действие аппаратура 28 радиомаячной системы и включается проблесковый оптический маяк 30

29.

Спуск ступени 2 на Землю для ее повторного использования в случае нормального завершения участка выведения может осуществляться автономно с помощью дви- 35 гателей 12, 13, 14, при этом на участке аэродинамического торможения в атмосфере ступень 2 стабилизируется верхней частью вперед, а посадку осуществляет из режима парашютирования на выдвижные опоры 23 40 на грунт или на воду с использованием надувных средств плавучести 71.

Формула изобретения

1. Космический модуль для захоронения 45 радиоактивных отходов, содержащий транспортную ступень, оборудованную двигательной установкой, системой управления и связи с Землей, отделяемую ступень аварийного спасения, имеющую реактив- 50 ные двигатели на ее корпусе и установленную на транспортной ступени, стыковочный узел и контейнер с радиоактивными отходами, имеющий средства охлаждения и амортизационное устройство, о л и ч а ю щ и и - 55 с я тем, что между транспортной ступенью и отделяемой ступенью аварийного спасения размещен защитный экран, соединенный с ними с возможностью отделения от любой из них и имеющий устройства для жесткой фиксации контейнера и его центровки, а корпус отделяемой ступени аварийного спасения выполнен полым и открытым со стороны защитного экрана и установлен на нем своей открытой частью, образуя совместно с экраном герметичную полость для размещения контейнера с радиоактивными отходами, при этом отделяемая ступень аварийного спасения снабжена системой внешнего активного охлаждения контейнера и по меньшей мере два ее реактивных двигателя выполнены в виде твердотопливных ракетных двигателей, выходы сопел которых обращены в направлении размещения транспортной ступени, 2. Модуль по п,1, отличающийся тем, что защитный экран содержит силовую оболочку и теплозащитные слои распложенные по обе стороны силовой оболочки, по меньшей мере один из которых выполнен из материала, обладающего радиационно-защитными свойствами.

3. Модуль по и 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что каждое устройство для жесткой фиксации и центровки контейнера с радиоактивным отходами выполнено по меньшей мере из двух штанг разной длины, одна из которых, имеющая большую длину, шарнирно соединена с верхней частью контейнера и защитным экраном, а другая, имеющая меньшую длину, шарнирно соединена с нижней частью контейнера и с защитным экраном, при этом каждая из штанг снабжена демпфирующим узлом.

4. Модуль по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что защитный экран со стороны контейнера выполнен вогнутым, при этом амортизационное устройство контейнера размещено на нижней его части, обращенной к защитному экрану, и выполнено в виде амортизирующей подушки, наружная поверхность которой имеет выпуклую форму, ответную вогнутой форме поверхности защитного экрана, 5. Модуль по п,1, отличающийся тем, что система внешнего активного охлаждения контейнера содержит две части, одна из которых выполнена в виде емкостей с хладагентом, размещенных в кольцевом зазоре между контейнером и корпусом отделяемой ступени аварийного спасения и сообщающихся между собой, а другая выполнена в виде заправочных и дренажных узлов, вмонтированных в корпус отделяемой ступени, при этом по меньшей мере одна из емкостей снабжена выпускным клапаном, оборудованным форсункой.

6, Модуль по п.1, отличающийся тем, что контейнер на стороне, противоположной размещению амортизирующего ус17

1764524

18 тройства; имеет радиаторы системы терморегулирования, закрепленные в крышке контейнера, выполненной из теплопроводного материала, при этом в контейнере, заполненном радиоактивными отходами, установлены теплообменные элементы, взаимодействующие с крышкой.

7, Модуль по п,б, отличающийся тем, что радиаторы выполнены в виде пластин, имеющйх зигзагообразную форму, 8, Модуль по п.1, отличающийся

5 тем, что на защитном экране со стороны транспортной ступени размещены средства сближения и стыковочный узел, 1764524

Bad А

/2 /5 иг. Ф

Вепш

Йю/ аг, 5 !

/ г.б

1764524

1764524

1Г

Составитель Т.Шарганова

Техред М,Моргентал Корректор С,Патрушева

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

h: .

Заказ 3466 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5