Réacteur spatial Kilopower

[invitefaf1520f]

Bonjour,

Il y a quelques jours je suis tomber un peu par hasard sur une news très détailler concernant le projet de la NASA et du département de l’énergie US, Kilopower:

https://beyondnerva.wordpress.com/20...power-part-ii/

Vidéo de présentation du projet ici: (pour ceux qui auraient la flemme de lire)

https://www.youtube.com/watch?v=DcdfMcjUy_U

Enfaîte je suis un peu étonné de ne pas en avoir entendu parler avant, le projet semble bien avancé (on est pas loin d'une version prête à volée), après une petite recherche sur Futura, aucun post sur le sujet. Même si c'est peut-être pas plus mal que ça ne fasse pas la une des médias, quant il s'agit de nucléaire.

En résumé, il s'agit d'un projet d'un réacteur spatial à fission, à refroidissement passif exploitant des Caloducs et des panneaux dissipateurs de chaleur. L'énergie thermique de la fission y est convertie en électricité via des moteurs Stirling. Le tout restant du coup relativement simple et sur, sans trop de pièces mobiles et donc plutôt bien adapté pour le spatial (en même temps c'est le but du projet ^^)

Pour l'instant le prototype actuellement testé vise à valider les choix de conception pour des réacteurs futurs entre 1 et 10 kW électrique. Je n'ai pas vraiment pris la peine de vérifier mais une recherche rapide me donne entre 2,5 et 7W/kg suivant la puissance envisagée (les RTG tournent autour de 2,8 W/kg) c'est pas fous mais ça offre quand même un bel avantage et pas besoin de PU238 mais surtout les puissances sont bien plus importantes.
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[Moinsdewatt]

Figure 1: KiloPower Reactor is constructed of solid metallic U-Mo core, brazed with eight heat pipes and Stirling engines that convert core thermal power into electricity. Not shown here is the BeO neutron reflector that surrounds the core. Source: Los Alamos National Laboratory

Full-scale nuclear test

The nuclear demonstration test will occur in late summer or early fall of 2017. The test will be conducted at the Device Assembly Facility at the Nevada National Security Site (NNSS). It will be comprised of a ~32 kilogram enriched uranium reactor core (about the size of a circular oatmeal box) made from uranium metal going critical, and generating heat that will be transported by sodium heat pipes to Stirling engines that will produce electricity.

The test will include connecting heat pipes and Stirling engines enclosed in a vacuum chamber siting on the top of a critical experiment stand. The critical experiment stand has a lower plate than can be raised and lowered. On this plate will be stacked rings of Beryllium Oxide (BeO) that form the neutron reflector in the reactor concept. A critical mass is achieved by raising the BeO reflector to generate fission in the reactor core. Once fission has begun, the BeO reflector will be slowly raised to increase the temperature in the system to 800 degrees Centigrade. The heat pipes will deliver heat from the core to the Stirling engines and allow the system to make ~250 watts of electricity. For the purpose of testing only, two of the eight Stirling engines will make electricity,the others will only discard heat.

The data gained will inform the engineers regarding startup and shutdown of the reactor, how the reactor performs at steady state, how the reactor load follows when Stirling engines are turned on and off and how the system behaves when all cooling is removed. This data will be essential to moving forward with a final design concept.

https://www.rdmag.com/article/2017/0...ce-exploration

[Geb]

Bonsoir,

Bon, le tout début du texte évoque brièvement l’abandon du projet Prometheus (qui date de la période 2003-2005) et la sonde Jupiter Icy Moons Orbiter associée, et le gel du programme Fission Surface Power, ainsi que le test en 2012 du Desktop Using Flattop Fission (DUFF).

Ce qui occupe la très large majorité du texte, ce sont les dernières phases de la conception du Kilowatt Reactor Utilizing Stirling TechnologY (KRUSTY), développé conjointement par le Los Alamos National Laboratory (LANL) du Département de l’Énergie des États-Unis ainsi que le Glenn Research Center (GRC) et le Marshall Spaceflight Center (MSFC) de la NASA.

Il s’agirait, avec ce nouveau réacteur, de combler l’écart de puissance entre l’Advanced Stirling Radioisotope Generator (1 kW électrique) et le réacteur Fission Surface Power (40 kW électrique), autrement dit, de concevoir une nouvelle famille de générateurs thermoélectriques à radioisotopes, d’une puissance, en condition spatiale, allant de 1 kW à 10 kW d’électricité. Le design concerne un prototype d’1 kWe.

De mon point de vue, ces nouveaux générateurs, basés sur la très vielle technologie des générateurs thermoélectriques à radioisotopes, sont toujours très lourds. Il y a deux différences par rapport aux modèles précédents :

- ils sont plus compacts (mais, je le répète, pas forcément moins lourds que la technologie de conversion thermoionique, comme tu l’as bien remarqué dans le premier message de cette discussion),
- ils sont plus économes en matières fissiles sur leur durée de fonctionnement (jusqu’à 10 ans de fonctionnement en continu).

On a eu une discussion au sujet d’un programme russe, commencé en 2009, de développement d’un gros réacteur nucléaire (~1000 kWe) qualifié pour le spatial (même si ce n'est pas, contrairement au titre de la discussion et à la communication de Roscosmos à l'époque, "pour le vol spatial habité") :

http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5633352

On y avait mentionné l’Advanced Stirling Radioisotope Generator (130 à 140 We pour 32 kg : ~4,2 W/kg) et comparé avec le record précédent (300 We pour 55,9 kg : ~5,4 W/kg).

Si ce programme russe est un succès, on voit que les Russes auront clairement l’avantage sur les Américains (surtout en matière de rapport puissance/poids).

Malheureusement, l'immense majorité des articles de presse qui donnent des détails techniques sur ce projet sont exclusivement en russe :

- Вместо сердца плазменный мотор
- Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России

Les Russes sont aussi sur le point de tester les radiateurs à gouttelettes, inventés dans les années 1980, à bord du nouveau module russe Nauka de l’ISS, qui devrait être satellisé le 20 décembre 2018.

Cordialement.

[arbanais83]

Si ce programme russe est un succès, on voit que les Russes auront clairement l’avantage sur les Américains (surtout en matière de rapport puissance/poids).

Entièrement d'accord, qui peut le plus peut le moins.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefaf1520f]

Salut, merci pour ces infos.

On a eu une discussion au sujet d’un programme russe, commencé en 2009, de développement d’un gros réacteur nucléaire (~1000 kWe) qualifié pour le spatial (même si ce n'est pas, contrairement au titre de la discussion et à la communication de Roscosmos à l'époque, "pour le vol spatial habité")

J’avais eu eu connaissance du projet Russe, mais ça faisait un moment que je n’en avais plus entendu parler, ~70 W/kg si je me réfère au dernier message. Mais ça n’est pas le même ordre de puissance non plus. J’imagines bien une mission «*Cassini Like*» avec un réacteur Kilopower, un peu moins avec le réacteur russe, même si 10 fois meilleur en rapport puissance/poids si le réacteur fait 15 t c’est quand même un problème. Après effectivement pour un «*étage à propulsion électrique*» c’est vraiment intéressant. Mais on est encore un peut dans le flou.

On y avait mentionné l’Advanced Stirling Radioisotope Generator (130 à 140 We pour 32 kg : ~4,2 W/kg) et comparé avec le record précédent (300 We pour 55,9 kg : ~5,4 W/kg).

Effectivement je n’avait jamais fait attention à ce détail. Sait on pourquoi les GPHS-RTG étaient presque deux fois meilleur en rapport puissance/poids que les actuels MMRTG?

Malheureusement, l'immense majorité des articles de presse qui donnent des détails techniques sur ce projet sont exclusivement en russe :

- Вместо сердца плазменный мотор
- Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России

Malheureusement mes connaissances en russe sont pour le moins limité



Sinon, le programme se poursuit:

https://www.voanews.com/a/nuclear-po...s/4218285.html

Prochain test en mars


Cordialement

[Geb]

Bonsoir,

J’avais eu eu connaissance du projet Russe, mais ça faisait un moment que je n’en avais plus entendu parler, ~70 W/kg si je me réfère au dernier message.

La partie réacteur avec bouclier réfractaire, modérateur en béryllium, fluide hélium-xénon, les crayons de combustible, etc. (voir schéma en 3D, schéma avec annotations en russe) devrait peser ~2,7 tonnes (voir 1er article). Le module de transport complet (le réacteur mais aussi la partie radiateurs spatiaux, propulseurs électriques, ainsi que les structures associées, etc.) devrait peser ~20,3 tonnes (voir 2e article). Je pense que les 20,3 tonnes c'est sans le plein de propulsif.

Cordialement.

[JPL]

Suite de la discussion ici : http://forums.futura-sciences.com/co...s-de-mars.html.

Discussion fermée.