Projekt Timberwind - Project Timberwind

Projekt Timberwind zaměřené na rozvoj jaderné tepelné rakety. Počáteční financování ze strany Strategická obranná iniciativa („Hvězdné války“) od roku 1987 do roku 1991 činily celkem 139 milionů $ (tehdejší rok).[1] Navrhovaná raketa byla později rozšířena do většího designu poté, co byl projekt převeden do programu Air Force Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) a v roce 1992 podstoupil audit kvůli obavám vzneseným Steven Aftergood.[1] Tento speciální přístupový program poskytla motivaci pro zahájení Projekt vládního tajemství FAS. Odsouzený špión Stewart Nozette bylo zjištěno, že je na hlavním přístupovém seznamu pro projekt TIMBER WIND.[2]

Pokrok v oblasti vysokoteplotních kovů, počítačového modelování a jaderného inženýrství obecně vedl k dramaticky lepšímu výkonu. Vzhledem k tomu, že NERVA motor předpokládal, že bude vážit asi 6803 kg, konečný SNTP nabídl něco málo přes 1/3 tahu z motoru pouze 1650 kg, přičemž dále zlepšoval specifický impuls od 930 do 1000 sekund.[Citace je zapotřebí ]

Specifikace Timberwind

Timberwind 45

  • Průměr: 13,94 ft (4,25 m)
  • Vakuový tah: 99208 lbf (441,3 kN)
  • Tah hladiny moře: 88305 lbf (392,8 kN)
  • Vakuově specifický impuls: 1000 s
  • Specifický impuls hladiny moře: 890 s
  • Hmotnost motoru: 1 500 kg
  • Poměr tahu k hmotnosti: 30
  • Doba hoření: 449 s
  • Pohonné látky: Jaderná / LH2

Timberwind 75

  • Průměr: 5,67 ft (2,03 m)
  • Vakuový tah: 735,5 kN (165347 lbf)
  • Tah hladiny moře: 147160 lbf (654,6 kN)
  • Vakuově specifický impuls: 1000 s
  • Specifický impuls hladiny moře: 890 s
  • Hmotnost motoru: 2 500 kg
  • Poměr tahu k hmotnosti: 30
  • Doba hoření: 357 s
  • Pohonné látky: Jaderná / LH2

Timberwind 250

  • Průměr: 28,50 ft (8,70 m).
  • Vakuový tah: 2 451,6 kN (551 142 lbf).
  • Tah hladiny moře: 1 912,0 kN (429 902 lbf)
  • Vakuově specifický impuls: 1 000 s.
  • Specifický impuls hladiny moře: 780 s.
  • Hmotnost motoru: 8 300 kg (18 200 lb).
  • Poměr tahu k hmotnosti: 30
  • Doba hoření: 493 s
  • Pohonné látky: Jaderná / LH2

Program vesmírného jaderného tepelného pohonu

Engine SNTP
Základní palivová částice
Typická sestava reaktoru
Grafitové kolo turbíny
Integrovaná tlaková nádoba a tryska CC
Aplikace PBR pro vyšší stupeň
Metodika návrhu PBR[3]

Na rozdíl od projektu TIMBER WIND měl program SNTP (Space Nuclear Thermal Propulsion) vyvinout horní stupně pro vesmírný výtah, který by nepracoval v zemské atmosféře. SNTP nedosáhlo svého cíle letového testování jaderného tepelného vyššího stupně a bylo ukončeno v lednu 1994.[4] Program zahrnoval koordinační úsilí napříč ministerstvem obrany, ministerstvem energetiky a jejich dodavateli z provozních míst v USA. Hlavním úspěchem programu byla koordinace schválení Agentury pro ochranu životního prostředí pro pozemní testování na dvou možných místech.[5]

Zúčastněné nebo spolupracující agentury[5]
názevUmístěníOdpovědnosti
Brookhaven National LaboratoryUpton, NYTestování materiálů a komponent reaktorů; termo-hydraulická a neutronová analýza; studie návrhu reaktoru[3]
Babcock & WilcoxLynchburg, VATestování, výroba a montáž konstrukce reaktoru
Sandia National LabsAlbuquerque, NMJaderná bezpečnost, jaderné vybavení a provoz, modelování systémů řízení reaktorů, jaderné zkoušky
Divize pohonu AerojetSacramento, KalifornieVývoj alternativních materiálů palivových článků
Hercules Aerospace CorporationMagna, UTKonstrukce a výroba spodní konstrukce motoru a trysky
Divize Garrett Fluid SystemsTempe, AZ a San Tan, AZNávrh a výroba systému řízení polohy, systému řízení toku paliva a sestavy turbočerpadla
AiResearch Los Angeles Division of Allied SignalTorrance, KalifornieTestování turbínových kol
Divize Grumman Space ElectronicsBethpage, NYKonstrukce a výroba vozidel, systémová integrace
Raytheon Services NevadaLas Vegas, NVInženýrství systémů zásobování a chlazení (CSS), řízení výstavby zařízení
Reynolds Electrical and Engineering Company, Inc.Las Vegas, NVVýstavba zařízení
Fluor-Daniel, Inc.Irvine, KalifornieInženýrství systému čištění odpadních vod (ETS)
Sandia National LabsSedlo Mountain Test Site nebo stránky QUEST nebo LOFTPříprava zkušebního místa, plánování a provedení pozemních zkoušek motoru, testování jaderných komponent
[ZRUŠENO]Washington DCŘízení programu
Ústředí DoEWashington DCŘízení programu, zajištění jaderné bezpečnosti
Testovací web DoE NevadaLas Vegas, NVPozemní zkoušky
DoE Idaho National Engineering LabIdaho Falls, IDPozemní zkoušky
Laboratoř amerického letectva PhillipsAlbuquerque, NMŘízení programu
US Army Corps of EngineersHuntsville, ALETS technické řízení
Národní laboratoř Los AlamosLos Alamos, NMTestování paliv a materiálů
Marshall Space Flight Center (NASA)Huntsville, ALSimulace / testování materiálů a komponent
Rozsah západního testování / Western Space & Missile Center (USAF)Vandenberg AFB, CA.Kontrola programu
Arnold Engineering Development CenterManchester, TNTestování toku vodíku
Výrobní společnost UNCUncasville, CTVýroba materiálů
Grumman Corporation - Calverton FacilityLong Island, NYTestování vodíku

Odhaduje se, že plánovaná pozemní testovací zařízení budou v roce 1992 stát další finanční prostředky ve výši 400 milionů USD.[6] Během tří až čtyř let bylo plánováno méně než 50 dílčích testů, po nichž následovalo rozšíření zařízení o pět až 25 1000 sekundových testů motoru s výkonem 2 000 MW.[5]

Zpočátku byl PIPET [tester integrálních výkonových prvků reaktoru s částicovým ložem] představován jako malý, nízkonákladový experiment specifický pro SNTP pro testování a kvalifikaci paliva a palivových článků PBR. Požadavky jiných agentur, DOE a NASA, vyústily v národní testovací zařízení pro palivo NTP, palivové články a motory. Jeho velikost rozrostla schopnost programu SNTP zajistit prostředky na takový velký stavební projekt. Ačkoli byly na program SNTP kladeny požadavky na rozšíření rozsahu zařízení a vedení programu SNTP se pokusilo koordinovat podporu a financování tri-agentury, DoD-DOE-NASA, nebyla poskytnuta odpovídající finanční podpora pro národní pozemní testovací zařízení.

— Závěrečná zpráva SNTP, [4]

Program měl také technické úspěchy, jako je vývoj vysoce pevných vláken a karbidové povlaky pro Uhlík-uhlíkové kompozity. Konstrukce horkého profilu se vyvinula tak, aby využívala veškerý uhlík-uhlík k maximalizaci vstupní teploty turbíny a minimalizaci hmotnosti. Uhlík-uhlík má mnohem nižší jaderné vytápění než jiné kandidátské materiály, takže bylo také minimalizováno tepelné namáhání. Prototypové komponenty turbíny využívající 2-D polární výztužnou vazbu byly vyrobeny pro použití v korozivním prostředí s vysokou teplotou vodíku, které se nachází v navrhovaném motoru poháněném reaktorem s částicemi (PBR).[4] Koncept reaktoru s částicovým ložem vyžadoval výrazné stínění záření, a to nejen pro užitečné zatížení, elektroniku a konstrukci vozidla, ale také pro prevenci nepřijatelného odpařování kryogenního paliva. Kompozitní štít chlazený pohonnou látkou Wolfram, který tlumí paprsky gama a absorbuje tepelné neutrony, a Lithium hydrid Bylo zjištěno, že má velký rozptyl průřezu pro rychlé a tepelné neutrony, že ve srovnání se staršími funguje dobře při nízké hmotnosti Borid Aluminium Titanium Hydride (BATH) štíty.[7]

Sandia National Labs byl odpovědný za kvalifikaci potaženého částicového paliva pro použití v koncepci jaderného tepelného pohonu SNTP.[6]

Porovnání SNTP krvácivých a expandovacích cyklů
ProOšidit
Cyklus krvácení
  1. Nejnižší složitost systému
  2. Minimální vnitřní potrubí a potrubí v reaktoru
  3. Vývoj reaktoru a bilance elektrárny (BOP) je odpojen
  4. Snadné dosažení rychlého spuštění
Vyžaduje se vývoj vysokoteplotní turbíny a přívodního potrubí
Cyklus expandéru částečného toku
  1. Lze použít nejmodernější turbínovou technologii
  2. Vyšší Isp (~ 0,5%)
  1. Spojený vývoj reaktoru a BOP zvyšuje programové riziko
  2. Vyhrazené palivové články dodávající energii k pohonu turbíny mají jedinečnou konstrukci a vyžadují další vývoj

Reference

  1. ^ A b Lieberman, Robert (prosinec 1992). „Zpráva o auditu zvláštního programu přístupu TIMBER WIND“ (PDF). oddělení obrany. Citováno 28. července 2012.
  2. ^ Aftergood, Steven (říjen 2009). „Nozette and Nuclear Rocketry“. Federace amerických vědců. Citováno 28. července 2012.
  3. ^ A b Ludewig, H. (1996), „Návrh reaktorů s částicovým ložem pro vesmírný program jaderného tepelného pohonu“, Pokrok v oblasti jaderné energie, 30 (1): 1–65, doi:10.1016/0149-1970(95)00080-4
  4. ^ A b C Haslett, R.A. (1995), Závěrečná zpráva o programu vesmírného jaderného tepelného pohonu
  5. ^ A b C „Konečné prohlášení o dopadu na životní prostředí (EIS) pro program kosmického jaderného tepelného pohonu (SNTP)“. Americké obranné technické informační centrum. Září 1991. Citováno 7. srpna 2012.
  6. ^ A b Kingsbury, Nancy (říjen 1992). „Vesmírný jaderný pohon: historie, náklady a stav programů“ (PDF). Úřad odpovědnosti vlády USA. Citováno 4. srpna 2012.
  7. ^ Gruneisen, S.J. (1991), Požadavky na stínění pohonných systémů s částicemi

externí odkazy