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#242 - Paolo Venneri - 核空间技术

本周Matt谈到了关于空间核技术的USNC-Tech Paolo Venneri。乔治在最后一分钟加入了关于神经的谈话。



所有物理学都是不可能或微不足道的。直到你理解它,它是不可能的,然后变得微不足道。
欧内斯特卢瑟福爵士

客人


Paolo Venneri.

核算核和量子工程研究所赢得了韩国先进科技学院的博士学位论文对核热推进的低富集铀的可行性。

  • 在他以前的USNC地位,他成立并领导了USNC的高级项目部门的设计努力,以支持NASA Leu-NTP计划

  • 他领导并管理了一个工程师和科学家团队,建立一个自我支持的r&D部门,从2人和10万美元增加到10人,每年收入超过200万美元。

  • 他是第一个提出和计算地展示核热推进的燃料燃料可行性,并成为商业上可行空间核系统的持续技术开发的驾驶员。

  • 他一直是他的团队在Spearhead开发超高温燃料和多功能NTP系统的关键球员以及ARPA-e支持的高性能主持人的开发。

  • 2019年1月,他领导了分裂usnc-tech作为USNC的独立和独立管理的子公司,专注于开发先进的核技术和空间核系统。





关于火星旅行的快速点。

报告:美国国家航空航天局唯一对火星的人类的现实路径是核推进

我们报告了一段时间后,英国政府正在与劳斯莱斯合作,看看空间中的核推进。所以就像欧罗巴剪裁者的任务一样,你需要像SLS这样的巨大火箭。但是,它'仍然非常缓慢地到达火星和那样的地方'对人类的坏消息。因此,我们需要看除了化学推进之外的其他东西,美国国家航空航天局的新报告基本上表示,他们真的需要开始针对火星的人类任务看核热和核电动推进

  • 核热推进(NTP)系统旨在产生至少900秒的特定脉冲

  • 核电推进(NEP)系统具有至少1兆瓦的电气(MWE)电源>2000年代

在论文中,表明要做你需要的使命1000-4000吨推进剂用于化学推进剂,以执行任务。 SLS携带大约100个......这不是在水中死于火星吗?


NTP看起来比NEP更可行。

NEP的问题

  • 扩大每个NEP子系统的操作能力,并开发适合基线任务的集成NEP系统

  • 将功率和热管理系统缩放到功率水平的数量级高于迄今为止的达到

  • MWE-Class NEP系统中没有进行集成系统测试

  • 运行可靠性在一段时间内

  • 兼容大规模化学推进系统的平行开发,在进入地球轨道时提供初级推力,进入和离开时

NTP问题

  • 在每个烧伤的持续时间内,可以将其推进剂加热到大约2700k的系统。

  • 具有最小损失的空间中液体氢气的长期储存

  • 缺乏足够的基于地面的测试设施

  • 快速将NTP系统带到全工作温度(优选1分钟或更小)。

  • 已经完成了地面测试,但这已经超过50年前,当然没有任何空间

还需要审查什么类型的核燃料。


NEP和NTP系统表现出促进MARS的人类勘探的巨大潜力。

然而,使用任何一个系统到2039年的基线任务将需要一个积极的研发计划。这样的计划需要从美国国家航空航天局开始,在即将到来的一年中制作一系列大量建筑和投资决策。特别是,美国宇航局应制定一致的优点和技术专业知识数据,以允许NEP和NTP系统能够满足2039年基线特派团的要求的客观比较。

该报告的Authour是Robert D. Braun,NAE,1个喷射推进实验室,联合主席,与Werner Von有任何关系?




现代例子

A专利核热推进火箭发动机理查德哈迪,乔纳森哈迪提出的申请 2015

基于裂变的核热推进火箭发动机。一个实施例提供了可裂变材料的源,例如诸如氘的载气中的钚。提供中子源,例如来自中子束发电机。通过发动机设计几何形状,各种实施例可以提供中子用载气注入的可裂变材料,同时在反应室的形式提供的反应器中。影响在可裂变材料上的中子导致反应器中亚临界质量反应条件下的核裂变,导致将热能释放到反应器内的材料。反应器的尺寸和成形为接收反应物和可膨胀的流体,例如氢气,并限制通过喉部排出的加热和加压气体,进入火箭发动机膨胀喷嘴,用于推进放电。



1946年,Ulam和C. J. Everett写了一篇论文,其中他们认为使用原子弹作为火箭推进的手段。这将成为基础项目猎户座

StanisławMarcinUlam.是数学和核物理领域的波兰美洲科学家。曼哈顿项目起源于热核武器的柜员 - 乌贼设计,发现了蜂窝自动机的概念,发明了蒙特卡罗的计算方法,并提出了核脉冲推进方法。

项目猎户座是一个旨在直接推进的星舰的研究,由工艺(核脉冲推进)后面的一系列原子弹爆炸推进。但核条约结束了研究。与项目猎户座相比,以后的建议通过设想爆炸爆炸爆炸或融合颗粒的爆炸来修改基本原则。'S基于较少投机技术的核脉冲单元(全核炸弹)。

瓦尔劈开是剑桥大学哈希尔德的火箭师的首席工程师,剑桥大学核物理学家Leslie Shepherd独立地认为是核火箭推进问题。他们成为合作者,并在1948年和1949年在英国行星社会杂志发表的一系列论文中,他们概述了具有固体石墨热交换器的核动力火箭的设计。他们不情愿地得出结论,核火箭对深度空间探索至关重要,但在技术上没有技术上是必不可少的

Rocket车辆应用程序(Nerva)的核动力发动机是核热火火箭发动机开发程序,从'58 -73跑

  • 它的主要目标是"建立用于核火箭发动机系统的技术基础,用于在空间任务应用的推进系统的设计和开发中使用".

  • Nerva是原子能委员会(AEC)和美国国家航空航天局(NASA)的共同努力,并由空间核推进办公室(SNPO)管理,直到该计划于1973年1月结束。

  • SNPO由美国宇航局领导'S Harold Finger和AEC's Milton Klein.



  • 项目流浪者是美国项目开发核热火箭,从1955年到1973年在Los Alamos Scientific实验室(LASL)。它开始作为美国空军项目为洲际弹道导弹(ICBM)开发核动力的上阶段。

  • 该项目于1958年转移到NASA后,斯图尼克危机引发了太空竞赛。

  • 项目流浪者成为美国宇航局的一部分'S的核动力火箭车辆应用程序(神经元)项目和Helenthforth涉及核火箭反应器设计的研究,而神经节涉及核火箭发动机的整体开发和部署,以及太空任务的规划。

  • 项目流动站继续作为民用项目,重新定向为生产核电的美国宇航局的核动力上阶段'Saturn v moon火箭。在Nevada测试部位的千斤顶平面上,电抗器在非常低的功率下进行测试。虽然Los Alamos科学实验室集中在反应堆发育。美国宇航局建造和测试完整的火箭发动机。

  • AEC,SNPO和NASA被认为是神经节非常成功的计划在那遇到或超过了其计划目标。

  • Nerva证明核热火火箭发动机是空间勘探的可行和可靠的工具,

  • 1968年SNPO认证了最新的神经发动机,XE,符合MARS的人类使命的要求。

  • 1973年由Richard Nixon总统取消.

  • 尽管神经发动机尽可能地建造并测试了飞行认证的组件,但发动机被视为准备融入宇宙飞船,他们从未飞过太空。

  • 深度太空勘探计划通常需要核火箭发动机的力量,以及所有的航天器概念,其中包括它们的衍生设计。



原则上,核热火箭发动机的设计很简单: 一种

  • 涡轮泵会迫使氢通过核反应堆,将其加热到非常高的温度。

  • 复杂因素

  • 控制电抗器温度和功率输出。

  • 在-253.2°C处以液体形式储存氢气

  • 将氢气加热至约2,500k(2,230℃)的温度,并且需要材料,其既可以承受这种温度和抗氢腐蚀

  • 汽油

  • 钚,因为它不能达到高温和铀的温度。

  • 与铀-335相比,铀-333略亮,每次裂变事件的中子数量略较轻,并且A具有高裂变概率,但其放射性性能使其更难以处理,并且在任何情况下都难以处理没有容易获得。

  • 关于反应堆中的结构材料,选择落到石墨或金属

  • 钨最佳金属昂贵,难以制造,并绕过其中性特性,提出使用钨-184,不吸收中子。

  • 石墨非常便宜,实际上在高达3,300 k(3,030°C)的温度下变得更强,而不是在3,900 k(3,630°C)下熔化。因此选择了石墨。


  • 为了控制反应器,芯被涂有石墨或铍(中子调节剂)的控制鼓包围,另一个侧面和硼(中子毒物)。

  • 反应堆'S功率输出可以通过旋转鼓来控制

  • 为了增加推力,增加推进剂的流动就足够了。氢气,无论是纯的形式还是在氨类似的化合物中,是一种有效的核调节剂,并增加流量也增加了核心的反应速率。这种增加的反应速率偏离氢气提供的冷却。另外,随着氢气加热,它膨胀,因此核心较小以除去热量,温度降低。这些相反的效果稳定反应性,因此核火箭发动机自然非常非常稳定,并且通过改变控制鼓而不改变氢气流动,容易控制推力。


Lasl生产了一系列设计概念,每个设计概念都有自己的代号:汤姆叔叔,桐桐,血腥和烤箱。到1955年,它已经定位了一个叫做旧黑乔的1,500兆瓦的设计。 1956年,这成为2,700 MW设计的基础,旨在成为ICBM的上阶段。


  • 1959年12月Silverstein委员会确定了土星发射车辆的配置E,包括使用液体氢作为上阶段的燃料。在1960年的纸张中,施密特提出用核神经阶段取代上阶段。

  • 这将提供与Nova(大土星v)相同的表现,但成本的一半。

  • 磅数人划分为1,600美元,为新星为1,600美元,为新星1,100美元,化学核土星为700美元。

  • 通过神经发出裂谷(反应堆飞行试验)的研究合同,作为土星C-3的上阶段,但是在通过更强大的C-4和最终C-5之后,C-3很快被更换,这成为土星V.只有在1962年7月,辩论后,美国宇航局终于定居了月球轨道合会,这可以由土星v而且诺瓦被遗弃。

  • 裂缝车辆将由S-IC第一阶段组成,一个填充有水的伪S-II中期,以及S-N(土星核)神经阶段。对于实际任务,将使用真正的S-II阶段。

  • SNPO计划建立十个S-N阶段,六个用于地面测试,四个用于飞行试验。发射是从Cape Canaveral发生的。 Nerva发动机将通过防震,防水容器的道路运输,控制杆锁定在核心中的地点和核毒丝。由于它不会是放射性的,因此可以安全地运输和配合到下部的下部而不屏蔽。

  • 裂缝试验车是111米(364英尺)的高,与土星V相同; Saturn C-5N任务配置仍然更大,在120米(393英尺)高,但160米(525英尺)的车辆装配建筑物(VAB)很容易容纳它。

  • 在飞行中,将拉动毒电线,反应器在大西洋上方开始121公里(75英里)。发动机将发射1,300秒,将其提升到480公里(300英里)的高度。然后将被关闭,并在影响大西洋3,200公里(2,000英里)下方的下方进行冷却。

  • 在四次成功测试后,神经会被视为任务准备

在神经NRX / EST测试时,美国宇航局'Nerva的计划在1978年,1981年,1981年的永久性月球基地以及对木星,土星和外部行星的深度空间探针的访问。神经火箭将用于核"拖船"旨在从低地球轨道(LEO)到更大的轨道作为后翻名为空间运输系统的组件,在地球和月球周围的各种轨道中重新调整几个空间站,并支持永久月球基地。神经火箭也将成为土星火箭的核动力的上阶段,这将使升级的土星能够将高达150,000公斤(340,000磅)的较大有效载荷推出到Leo。

尼克松最终罐头,Richard Nixon将Johnson替换为1969年1月20日总统,而成本削减成了当天的命令。 1969年,美国国家航空航天局的计划资金有所减少,因为1969年的预算削减了土星V生产线并取消阿波罗17后取消阿波罗任务,但仍然存在。

一个计划在那里航天飞机将一个神经发动机抬到轨道,然后退回燃料和有效载荷。这可以重复,因为神经节重新开始。 Nerva现在需要穿梭,但是穿梭不需要Nerva

1973年1月5日,美国宇航局宣布终止了神经。 Lasl和Snpo的工作人员被震惊了;建造一个小型班车湾神经节的项目一直在良好。裁员立即开始,SNPO在6月份被废除。经过17年的研发,项目Nova和Nerva花了大约14亿美元,但Nevera从未飞过


2021年1月12日

Rolls-Royce与英国空间机构签署了一个创新合同,为未来的空间勘探核电选项进行了研究。

2月美国宇航局发布报告




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