Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Изобретение относится к энергоснабжению и защите космических аппаратов (КА) от ионизирующих излучений. Ядерная энергоустановка (ЯЭУ) КА содержит ядерный реактор, удалённый от КА посредством раскладной рамы, и положительно заряженный развёртываемый защитный экран, установленный между реактором и модулем служебных систем КА. На экране и на модуле размещены термоэмиссионные источники электронов, осуществляющие нейтрализацию среды вокруг КА. Технический результат состоит в снижении влияния ионизированных частиц и активированных ядер газопылевого окружения КА, вызывающих наведенную радиацию, на функционирование бортовой аппаратуры КА. 1 ил.

 

Изобретение относится к космической технике и преимущественно может быть использовано в конструкциях космических аппаратов с ядерными энергетическими установками в качестве источников электроснабжения.

Одной из основных проблем при создании космических аппаратов с ядерными энергетическими установками является предотвращение влияния ионизирующего излучения ядерной энергетической установки на бортовую аппаратуру космического аппарата, осуществляемую за счет активации ядер атомов собственной внешней атмосферы с образованием радионуклидов, перемещающихся в область приборного отсека вокруг блока радиационной защиты, и вследствие реакций расщепления радиоактивных ядер, сопровождающихся излучениями проникающей радиации, производящих радиационное облучение электронного оборудования и конструкционных материалов.

Снижение влияния ионизирующего излучения ядерной энергетической установки на бортовую аппаратуру космического аппарата обеспечивается использованием блока радиационной защиты, устанавливаемого между ядерным реактором и защищаемой конструкцией космического аппарата, а также такого устройства, которое позволяет после выведения аппарата на заданную орбиту отодвинуть ядерную энергетическую установку от приборного отсека с бортовой аппаратурой и другими чувствительными к радиации устройствами.

Так, например, известны ядерные энергетические установки космических аппаратов (SU 1828632 A3, 1996; RU 2058916 C1, 1996), которые в общей для них части содержат ядерный реактор, радиационную защиту, систему охлаждения и кабель-трос заданной длины, связывающий ядерную энергетическую установку с приборно-агрегатным отсеком космического аппарата.

Известны также ядерные энергетические установки космических аппаратов (RU 2141436 С1, 1999; RU 2225809 С2, 2004; RU 2461495 С1, 2012; RU 2507617 С1, 2014), которые в общей для них части содержат ядерный реактор, радиационную защиту, систему охлаждения и систему развертывания из стартового положения в орбитальное в виде стержневой рамы, которая прикреплена к космическому аппарату и выполнена с возможностью развертывания после вывода космического аппарата на орбиту из сложенного состояния в развернутое.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является известная ядерная энергетическая установка космического аппарата (RU 2248312 С2, 2005), которая содержит ядерный реактор, радиационную защиту, холодильник-излучатель и систему развертывания из стартового положения в орбитальное в виде стержневой рамы, которая прикреплена к космическому аппарату и выполнена на основе шарнирно соединенных балок с возможностью развертывания после вывода космического аппарата на орбиту из сложенного состояния в развернутое.

Конструкция ядерной энергетической установки космического аппарата, являющейся ближайшим аналогом, как и конструкции всех рассмотренных выше аналогов, обеспечивают возможность запуска на орбиту функционирования космического аппарата при сложенном состоянии системы развертывания, позволяя разместить космический аппарат с ядерной энергетической установкой под головным обтекателем ракеты космического назначения, и после вывода космического аппарата на орбиту функционирования - перевода системы развертывания в развернутое состояние, что обеспечивается отодвижением ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата и снижение влияния испускаемого ею радиационного излучения на бортовую аппаратуру.

Вместе с тем, излучение ядерного реактора ионизирует и активирует атомы веществ окружающего космический аппарат газопылевого окружения, которые, приобретая в результате ионизации положительный заряд и способность генерировать наведенную радиацию, циркулируя в пространстве вокруг космического аппарата, оказывают отрицательное влияние на функционирование бортовой аппаратуры, находящейся в его приборно-агрегатном отсеке.

Задачей настоящего изобретения явилось создание ядерной энергетической установки космического аппарата, которая обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении влияния ионизированных и радиационно-активированных частиц газопылевого окружения космического аппарата, на функционирование его бортовых систем.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут, согласно настоящему изобретению, тем, что ядерная энергетическая установка космического аппарата, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, ядерный реактор, радиационную защиту, холодильник-излучатель и систему развертывания защитного экрана, прикрепленного к космическому аппарату с возможностью развертывания после вывода космического аппарата на орбиту из сложенного состояния в развернутое, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена экраном, который расположен у ядерного реактора. Экран выполняет функцию разделяющего элемента, препятствующего циркуляции вокруг космического аппарата в продольном направлении ионизированных частиц и активированных атомов через собственную внешнюю атмосферу из области, в которой находится ядерный реактор, в область, окружающую остальную конструкцию КА. Для разделения собственной внешней атмосферы (СВА) КА экран заряжен положительно, тем самым отталкивая потоки продольно перемещающихся положительно заряженных частиц, образованных в СВА КА при действии прямого излучения ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Для деионизации ядер СВА КА в области ЯЭУ на экране установлен как минимум один термоэмиссионный источник электронов с расположением диаграммы направленности излучения в направлении ядерного реактора. Снабжение экрана термоэмиссионным источником электронов, установленным с расположением диаграммы направленности излучения в направлении ядерного реактора, позволяет осуществлять облучение потоком электронов газопылевого окружения ядерного реактора, и в результате этого, нейтрализовать положительный заряд его ионизированных излучением ядерного реактора частиц, что предотвратит их циркуляцию вокруг космического аппарата и не приведет к отрицательному влиянию на функционирование бортовой аппаратуры, находящейся в его приборно-агрегатном отсеке.

Снабжение ядерной энергетической установки космического аппарата экраном позволяет предотвратить движение в продольном направлении явления наведенной радиации из области, в которой находится ядерный реактор, в область окружающую остальную конструкцию КА. Конструкция экрана разделит среды СВА на околореакторную зону и приборную, создав тем самым преграду для циркуляции активированных ядер и ионизированных частиц от ЯЭУ и не приведет к отрицательному влиянию на функционирование бортовой аппаратуры, находящейся в его приборно-агрегатном отсеке. Термоэмиссионный источник электронов, установленный с расположением диаграммы направленности излучения в направлении ядерного реактора, осуществляет нейтрализацию положительного заряда его ионизированных излучением ядерного реактора частиц, что предотвращает их циркуляцию вокруг космического аппарата и не приводит к отрицательному влиянию на функционирование бортовой аппаратуры и конструкцию КА.

Прямое ионизирующее излучение ядерной энергетической установки (ЯЭУ), действующее за пределами области тени, продолжит процесс активации ядер и ионизации атомов газопылевого окружения (СВА) КА в области приборного отсека, поскольку экран защищает только от продольного перемещения активированных ядер через СВА КА (явление наведенной радиации). Активация ядер и ионизация атомов СВА под действием прямого ионизирующего излучения ЯЭУ в районе приборного отсека приведет к возникновению наведенной радиации на бортовую аппаратуру КА. Для предотвращения этого, на приборный отсек устанавливается термоэмиссионный источник электронов с расположением диаграммы направленности излучения вдоль нормали от корпуса КА, который осуществляет нейтрализацию положительного заряда ионизованных излучением ядерного реактора частиц в области приборного отсека, что предотвращает возникновение явления наведенной радиации и не приводит к отрицательному влиянию на функционирование бортовой аппаратуры КА. В случае отсутствия прямой инжекции, поступление электронов происходит за счет диффузии с прилегающих областей с последующей деактивацией и деионизацией состава СВА КА.

Изложенное свидетельствует о решении декларированной выше задачи настоящего изобретения и достижении сформулированного технического результата благодаря наличию у заявляемой ядерной энергетической установки космического аппарата перечисленных выше отличительных признаков.

На эскизе показана компоновка заявляемой ядерной энергетической установки космического аппарата, где 7 - рассеивающийся нейтрализованный газопылевой поток из области интенсивной активации ядер веществ атмосферы; 8 - продольные потоки нейтрализованной плазмы с активированными ядрами веществ; 1 - термоэмиссионный источник электронов; 6 - активная зона ядерного реактора с блоком радиационной защиты; 3 - защитный экран; 2 - собственная внешняя атмосфера КА в областях модулей специальных и служебных систем; 5 - телесный угол теневой радиационной защиты; 4 - модуль специальных и служебных систем; 9 - процесс вторичного излучения, которое вызывает наведенную радиацию на конструкцию и приборный отсек КА.

Конструкция системы развертывания защитного экрана 3 может быть выполнена по аналогии со стержневой рамой RU 2248312 С2, 2005 или в соответствии с другими известными техническими решениями (RU 2028971 С1, 1995; RU 2136549 С1, 1999; RU 2141436 С1, 1999; RU 2225809 С2, 2004; RU 2461495 С1, 2012; RU 2507617 С1, 2014).

При запуске космического аппарата с ядерной энергетической установкой на орбиту функционирования экран 3 с термоэмиссионным источником электронов 1 находится в сложенном состоянии, что позволяет разместить космический аппарат с ядерной энергетической установкой под головным обтекателем ракеты космического назначения. После вывода космического аппарата на орбиту функционирования в результате срабатывания пиротехнических средств происходит освобождение элементов конструкции, в результате чего экран приводится в рабочее положение, как это показано на эскизе, обеспечивая снижение влияния излучения, испускаемого ядерным реактором 6 на бортовую аппаратуру космического аппарата 4.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении влияния ионизированных частиц газопылевого окружения космического аппарата на функционирование его бортовой аппаратуры.

Ядерная энергетическая установка космического аппарата, содержащая ядерный реактор, радиационную защиту, холодильник-излучатель и систему развертывания в виде стержневой рамы, прикрепленной к космическому аппарату и выполненной на основе шарнирно соединенных балок с возможностью развертывания после вывода космического аппарата на орбиту из сложенного состояния в развернутое, отличающаяся тем, что снабжена положительно заряженным защитным экраном, выполненным с возможностью развертывания после вывода космического аппарата на орбиту из сложенного состояния в развернутое и установленным на стержневой раме между ядерным реактором и космическим аппаратом, и по меньшей мере одним термоэмиссионным источником электронов, установленным на защитном экране с расположением диаграммы направленности излучения в направлении ядерного реактора.