Avaruusalusten ydinreaktoreita käytetään, jos tarvittavaa energiamäärää ei saada muulla tavalla, esimerkiksi aurinkopaneeleilla tai isotooppisilla energialähteillä .
Ensimmäinen avaruusaluksessa käytetty ydinreaktori oli amerikkalainen SNAP-10A , joka luotiin osana SNAP -ohjelmaa (lyhennetty englanniksi Systems for Nuclear Auxiliary Power ). Se asennettiin Atlas - kantoraketilla 3. huhtikuuta 1965 laukaisuun 440 kg painavaan Snapshot - koneeseen . Sen piti suorittaa reaktorin lentokokeet 90 päivän sisällä . Boeing on kehittänyt reaktorin ilmavoimille ja Yhdysvaltain atomienergiakomissiolle . Lämpöreaktorissa käytettiin polttoaineena uraani-235 : tä , hidastimena zirkoniumhydridiä ja jäähdytysaineena natrium - kaliumsulatetta . Reaktorin lämpöteho oli noin 40 kW . Termosähköisen muuntimen tuottama sähköteho vaihteli välillä 500 - 650 W.
Reaktori toimi menestyksekkäästi 43 päivää - 16. toukokuuta 1965 asti. Tänä päivänä myös alukseen asennettu kokeellinen ionipotkuri käynnistettiin ensimmäistä kertaa. Hänen työhönsä liittyi lukuisia korkeajännitehäiriöitä, joista peräisin oleva sähkömagneettinen impulssi häiritsi aluksen laitteita. Lisäksi väärästä käskystä pudotettiin yksityiskohtia reaktorin heijastimen suunnittelusta, mikä johti sen peruuttamattomaan jumiutumiseen.
Neuvostoliiton termosähköinen muuntajareaktori "Romashka" käynnistettiin ensimmäisen kerran Atomienergia-instituutissa (" Kurchatov-instituutti ") 14. elokuuta 1964. Nopeiden neutronien reaktorin lämpöteho oli 40 kW ja se käytti polttoaineena uraanikarbidia . Pii - germanium -puolijohdeelementtien lämpösähköinen muunnin kehitettiin ja valmistettiin Sukhumin fysiikan ja teknologian instituutissa ja se tuotti jopa 800 W :n tehoa.
Sergei Pavlovich Korolev aikoi käyttää Romashkaa avaruusaluksissa yhdessä pulssiplasmapotkurien kanssa . Romashka-kokeet päättyivät vuoden 1966 puolivälissä, Korolevin kuoleman jälkeen, mutta reaktoria ei koskaan käytetty avaruudessa.
Seuraava ydinvoimala, BES-5 Buk , käytettiin US-A- tutkatiedustelusatelliitissa . Tämän sarjan ensimmäinen laite laukaistiin 3. lokakuuta 1970 Baikonurista (" Kosmos-367 "). Itse Bukia on kehitetty vuodesta 1960 lähtien Krasnaya Zvezda NPO:ssa.
Laitoksen sähköteho oli 3 kW lämpöteholla 100 kW , BES-5:n maksimi käyttöikä oli 124 (muiden lähteiden mukaan - 135) päivää. Kaksisilmukkaisessa laitoksessa oli nopea neutronireaktori BR-5A ja lämpösähkögeneraattori , molempien silmukoiden jäähdytysneste oli eutektinen natrium-kaliumseos (sulamispiste -11 °C [1] ), ensimmäisen kierron lämpötila oli 700 °C, toisessa 350 °C. Koko laitteiston massa on noin 900 kg [2] [3] [4] [5] .
Reaktorin sydän koostuu 37 polttoainesauvasta , joiden välissä on pienin mahdollinen rako. Kukin polttoaine-elementti sisältää kolme 55 mm pitkää uraani - molybdeenilohkoa ja kaksi 100 mm pitkää berylliumlohkoa , jotka muodostavat päätyheijastimia . Uraanin kokonaismassa on 30 kg , rikastus 235. isotoopissa on jopa 90 %. Kuusikulmaisen prisman muodossa olevaa reaktoriastiaa, jonka koko on 140 mm avaimet käteen periaatteella, ympäröi 100 mm paksu berylliumheijastin . Heijastimessa kuusi berylliumsauvaa voi liikkua yhdensuuntaisesti toistensa kanssa - reaktorin ohjaimia [2] .
Sivuheijastin koostui erillisistä osista, jotka oli vedetty yhteen teräsnauhalla. Oletettiin, että kun satelliitti poistui kiertoradalta ja osuu siihen ilmakehän tiheisiin kerroksiin, nauhan tulisi nopeasti palaa, heijastin hajoaa ja aktiivinen vyöhyke palaa. Kosmos-954- laitteen epäonnistuneen putoamisen jälkeen 24. tammikuuta 1978 rakennetta muutettiin: kaikkia polttoainesauvoja alettiin pakottaa ulos kaasutoimilaitteella [2] [3]
Seuraava Neuvostoliiton avaruusydinvoimala oli TEU-5 Topol (Topaz-1), joka laukaistiin ensimmäisen kerran kiertoradalle 2. helmikuuta 1987 osana kokeellista Plasma-A-avaruusalusta ( Cosmos-1818 ). Topaz-työtä on tehty 1960-luvulta lähtien. Maakokeet aloitettiin vuonna 1970. Pääsuunnittelija oli " Red Star ". [6]
Reaktorin polttoaine oli 90 % rikastettua uraanidioksidia ja jäähdytysnesteenä kalium-natriumsulate. [6] Reaktorin lämpöteho oli 150 kW ja 235 U:n määrä reaktorissa väheni 11,5 kg :aan verrattuna BES-5 Bukin 30 kg :aan.
Topaz käytti lämpöenergian muuntajaa sähköenergiaksi. [6] Tällainen muunnin on samanlainen kuin tyhjiöputki: volframipinnoitettu molybdeenikatodi, joka on kuumennettu korkeaan lämpötilaan, emittoi elektroneja, jotka ylittävät matalapaineisilla cesiumioneilla täytetyn raon ja tulevat anodiin. Sähköpiiri on suljettu kuorman kautta. Muuntimen lähtösähköteho vaihteli välillä 5-6,6 kW .
Arvioidulla vuoden resurssilla, jo toisessa Plasma-A-avaruusaluksessa ( Cosmos-1867 ), Topaz työskenteli yli 11 kuukautta .
Reaktori-muunnin "Yenisei" oli tarkoitettu toimimaan osana suoraa televisiolähetyssatelliittia "Ekran-AM", mutta tämä projekti suljettiin. Tuote oli reaktori, jonka sydämessä ei ollut perinteisiä polttoaine-elementtejä, vaan kiinteät sähköntuotantokanavat. Ne olivat "tabletteja" uraanidioksidista, joka oli rikastettu jopa 96%, katodi, anodi, cesiumkanava ja muu "putkisto". "Yenisein" lämpöteho oli noin 115-135 kW, sähkö - noin 4,5-5,5 kW. Lämmönkantaja oli natrium-kaliumsulate.
Vuonna 1992 Yhdysvallat osti kaksi Jenisein ydinvoimalaa (Topaz-2) Venäjältä 13 miljoonalla dollarilla. Yhtä reaktorista oli tarkoitus käyttää perusteellisten maatestien jälkeen vuonna 1995 Nuclear Electric Propulsion Spaceflight Test Program [7 ] . Kuitenkin vuonna 1993 budjettileikkausten vuoksi päätettiin rajoittua maakokeisiin, ja vuonna 1996 projekti lopetettiin.
Marraskuussa 2017 Yhdysvalloissa Glenn Research Center aloitti Kilopower- reaktorivoimalaitoksen demonstraatioprototyypin testaamisen, joka on suunniteltu tuottamaan sähköä, jonka lähtöteho on enintään 10 kW ja jonka resurssi on 10 vuotta pinnalla. Marsista [8] [9] [10] .