Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

[Geb]

Bonsoir,

En lisant le programme des auditions pour les projets spatiaux qui pourraient être financés pendant le 8e programme cadre de l'Union Européenne pour la recherche et le développement technologique (2013-2020), je suis tombé sur ceci :

FP8 Space Hearing : written contributions

En première page de ce condensé de propositions, je n'ai pu m'empêcher de remarquer la candidature d'Areva. Elle propose le développement d'un réacteur nucléaire spatial !

Org. : AREVA
Aut. : Jean-Pierre Roux

Title : Space nuclear reactors: a necessary breakthrough for space exploration (as it has been for submarines) in term of propulsion and surface power generation.

Short description of specific research to address the challenges

Space Nuclear Power Systems are unanimously recognized to be compulsory for solar system exploration, at least for deep space missions or planet surface exploration. The first step in SNPS is the radioisotopic generator, so called RTGs, currently under development in the frame of ESA’s programmes.The necessary step beyond is nuclear reactors for large scale Mars missions and beyond, delivering higher power from 10s of kW up to megawatts of electrical power. Reactors are well known on Earth for electricity generation on ground and on/under the seas for propulsion. In space, the lack of atmosphere or water for cooling leads to implement very large radiators. To limit the radiating area requires high temperature fast reactors and coupling with highly efficient thermo-electric conversion system. So space reactors are a great technological challenge:

- in nuclear technologies, where high temperature fuels are required, as well efficient primary cooling,
- in conversion technologies, where efficient thermodynamic cycle is sought, as well as electrical generation,
- at system level, where the mass, volume, reliability of the system are critical as for all space systems,
- at safety level, considering the operational phases at ground and the mastering of nominal and failure phases from launch up to end of the mission.

Currently, studies are carried out at national level to identify the best solutions to afford to these reactors. Then a technological road-map will be drawn up and FP8 will be an opportunity to progress on these technologies. The topics that need to be addressed are notably those herabove mentioned to be completed by:

- system preliminary design, sizing and modelling,
- experimental assessment of the structure materials, fuel, reactivity control, heat transportation loop, conversion loop, radiator and radiological protection, and all other qualification activities necessary before aiming a ground prototype.

Il est vrai que la Russie a une solide réputation dans le domaine du nucléaire, mais la France aussi. Me trompe-je ?

Cordialement
-----

[SK69202]

Bonjour.

En nucléaire civil oui, en nucléaire spatial beaucoup moins, mais c'est une bonne voie pour récupérer un budget histoire d'occuper des ingénieurs.

@+

[invitec7965a2d]

Bonjour,



Ce qui fait des Russes les mieux placés n'est pas une meilleure expertise technique (personne n'a jamais fait fonctionné de turbine dans l'espace), mais une moindre importance de l'opinion publique. Le record chez les satellites à générateurs nucléaires lancés jusqu'ici, en terme de puissance électrique, n'excède pas quelques dizaines de kilowatts. Le système qu'on veut mettre en orbite (plusieurs mégawatts !) en 2018 est totalement différent de ce qui est connu du domaine spatial aujourd'hui.

A la NASA, les experts sont aussi compétents, mais on se réfère au nucléaire en tant que the "N" word parce que l'opinion publique américaine n'y est pas favorable.

L'ironie c'est que la plupart des petits générateurs nucléaires mis en orbite sont bien plus dangereux (ils utilisent du plutonium) que le système de forte puissance que les Russes se proposent de mettre au point.

Cordialement

Vu que les russes aujourd'hui : lancent pour un peu tout le monde, comme l'europe d'ailleurs ...

Pour les USA, la russie pourrait être une alternative pour éviter d'avoir a affronter sa propre opinion publique quand a la satellisation d'un tel réacteur : hop a baïkonour et on en parle plus ... En toute discretion

Bon + sérieusement, construire des réacteurs de ce type, basés sur une technologie RNR : si c'est quelques uns ça va ...

Mais si une telle technologie venait a se multiplier comme des petits pains a termes : ne nous verrions pas devant une situation ou les puissances spatiales russes, américaines voir européennes qui se lanceraient sur cette technologie :

De devoir violer les traités de non prolifération ? Car dans ses configurations les + simples, les RNR sont très gourmands en plutonium "civil" (ou militaire : c'est le même)

Ce que je veux dire par la, en france (si d'ailleurs le CEA voudrait bien abandonner un peu sa proposition idiote de refaire un réacteur type superphoenix au sodium caloporteur : qui est une vrai bombe ! Et pour moi une irresponsabilité au niveau de l'ingénieurie nucléaire) actuellement on parle du retour dans le civil des RNR qu'avec des si et des chichis : parce que cette filière hélas poserait un problème de taille, même si l'on résoudrait la question du fluide caloporteur/refroidissement (perso moi je suis pour l'option plomb fondu qui me parait la + raisonnable : en tout cas bien + que le sodium liquide qui fait des flammes de 20 m de haut pour le moindre litre de fuite lorsqu'il est chaud !)

Se poserait la question : ou trouver assez de plutonium ?

Le risque étant de se voir obliger de violer les traités de prolifération qui il me semble bien : interdisent vigoureusement la construction de réacteurs classiques orientés dans la fertilisation massive via couvertures fertiles autour du coeur du réacteur fréquemment amovible ! Bref le type de réacteur qu'on utilisait a l'époque de la production de plutonium militaire ... (aujourd'hui tout réacteur classique construit dans le monde, dispose de sécurité et d'astuces de réalisations pour empécher TOUT rajout de couvertures fertiles autour des coeurs de combustible : pour empêcher toute production de plutonium autre que la fertilisation normale du coeur)

C'est d'ailleurs pourquoi les petites puissances émergentes du nucléaire civile soupçonnée d'avoir des programmes militaires et qui n'ont qu'un a 2 réacteurs comme la corée du nord et l'iran : ne passe pas par ce genre d'option (bidouiller leur réacteur pour les faire devenir fertile par couverture du coeur) car c'est trop visible a la moindre inspection AIEA qui n'est pas dupe ...

D'ou pourquoi ils ont choisi les voies de l'enrichissement potentiellement possible pour réaliser des armes nucléaires mais bon difficile d'avoir des preuves tangibles par ce biais.

Donc voila, même en miniature pour le spatial : si ce n'est que construire 1 a 2 réacteurs ça va : le plutonium nécessaire peut être disponible par la récupération via les filières nucléaires classiques ... Mais bon comme ce sont des architectures très gourmandes en Pu239 : au de la, il faudrait très certainement une violation des traités de non prolifération en construisant des réacteurs orientés vers la fertilisation de masse comme a l'époque des grandes productions de Pu militaire ...

Après y a malgré tout c'est vrai une autre donnée importante : le traité de désarmement START d'obama : va d'ici quelques années mettre a disposition un jolie stock de plutonium entre les USA et la russie disponible : puisque plusieurs milliers de têtes nucléaires vont être démantelées

[Geb]

Bonsoir,

Donc voila, même en miniature pour le spatial : si ce n'est que construire 1 a 2 réacteurs ça va : le plutonium nécessaire peut être disponible par la récupération via les filières nucléaires classiques ... Mais bon comme ce sont des architectures très gourmandes en Pu239 : au de la, il faudrait très certainement une violation des traités de non prolifération en construisant des réacteurs orientés vers la fertilisation de masse comme a l'époque des grandes productions de Pu militaire ...

Les agences spatiales utilisent du Pu238 hautement radioactif pour l'alimentation électrique des sondes interplanétaires. New Horizons en transportait 11 kilogrammes lors de son lancement en 2006.

Il est vrai que les traités de l'Espace, même s'ils n'interdisent pas la satellisation de réacteurs nucléaires, stipulent que toutes activités spatiales doit respecter le droit international. Ce qui implique évidemment les traités de non-prolifération nucléaire.

Mais dans les années 70, l'URSS a satellisé plusieurs réacteurs à neutrons rapides qui utilisait un convertisseur thermoélectrique de type thermoionique.

Aussi, le réacteur à neutrons rapides qu'on satelliserait en 2018, utiliserait du combustible usagé, à forte teneur en uranium. Et en effet, les centrales nucléaires du monde entier produisent, chaque année, environ 8000 tonnes de ce combustible usagé il me semble.

Cordialement

[Geb]

Pour les curieux ...

J'ai trouvé un topo très intéressant sur les générateurs thermoélectriques à radioisotope (Radioisotope Thermoelectric Generator en anglais, ou RTG) :

Space Nuclear Power: Opening the Final Frontier

Ce sont, encore aujourd'hui, les dispositifs nucléaires les plus répandus dans l'industrie spatiale. Ils utilisent la chaleur de désintégration d'éléments hautement radioactifs (comme le plutonium 238), et un convertisseur thermoionique, qui convertit cette chaleur directement en électricité, avec un faible rendement toutefois.

Lorsque les 2 RTG de la sonde Galileo ont été installé au début de l'année 1983, chacun d'eux produisait environ 300 W de puissance électrique dans une enveloppe de 55,9 kg. C'est encore aujourd'hui la masse spécifique la plus basse jamais atteinte par un générateur nucléaire américain (soit 186,33 kg/kWe).

Cependant, le lancement ayant été retardé après l'explosion de Challenger en 1986, la sonde fut démontée, stockée, remise à neuf et puis remontée pour une mise en orbite le 18 octobre 1989. Entre temps, la puissance fournie par les 2 RTG avait eu le temps de chuter à 577,2 We (193,69 kg/kWe), résultat de presque 7 ans de décroissance radioactive du plutonium 238 (demi-vie de 87,74 ans).

Ces modules de RTG (General Purpose Heat Source Radioisotope Thermoelectric Generator, ou GPHS-RTG) ont donc été utilisé à 2 exemplaires sur Galileo, 1 sur Ulysse, 3 sur Cassini et 1 sur la sonde New Horizons. Les États-Unis faisant actuellement face à une pénurie de plutonium 238 de qualité militaire, la puissance du RTG de New Horizons est sensiblement plus basse que celles des sondes précédentes (à 245,7 We), étant donné qu'il s'agissait de plutonium en décroissance radioactive depuis déjà 21 ans (!) au moment du lancement (le 19 janvier 2006).

Il est intéressant d'observer ici que les valeurs les plus basses qu'on l'on peut obtenir avec des RTG sont légèrement inférieures à 200 kg/kWe. Et encore... Si on se réfère à cette table de Wikipédia, on peut se rendre compte à quel point cette valeur est basse pour un RTG.

Cordialement

[inviteb0a4e69a]

Et il y en a qui croient encore que nous sommes faits pour croître nous multiplier, peupler cette planète et l'univers au passage... MDR

Oui,nous sommes fait pour croitre et nous multiplier ,la colonisation de Mars est un impératif,pour la recherche mais aussi pour la pérénité de la race humaine .

Mais un jour ou l'autre,nous devrons quitter le nie,car dans 2 milliards d'années ,il va commencer à chauffer les miquettes et dans 5 ..

Donc,peut importe ce que l'ont dit ou fait aujourd'hui,le départ est obligatoire

[Moinsdewatt]

Oui,nous sommes fait pour croitre et nous multiplier ,la colonisation de Mars est un impératif,pour la recherche mais aussi pour la pérénité de la race humaine .

Mais un jour ou l'autre,nous devrons quitter le nie,car dans 2 milliards d'années ,il va commencer à chauffer les miquettes et dans 5 ..

Donc,peut importe ce que l'ont dit ou fait aujourd'hui,le départ est obligatoire

Non, nous ne sommes pas fait pour "croitre et multiplier".

L' étre humain a vécu plus de 100000 ans sans arriver au milliard d' habitants.

Et non la colonisation de Mars n' est pas un impératif. Si on colonise mars parce qu' on est soi disant trop nombreux alors une ou deux centaine d' anée plus tard on sera encore trop nombreux Mars comprise et retour à la case départ.

Pas un kopeck pour envoyer des hommes vers Mars.

[inviteb0a4e69a]

Non, nous ne sommes pas fait pour "croitre et multiplier".

L' étre humain a vécu plus de 100000 ans sans arriver au milliard d' habitants.

Et non la colonisation de Mars n' est pas un impératif. Si on colonise mars parce qu' on est soi disant trop nombreux alors une ou deux centaine d' anée plus tard on sera encore trop nombreux Mars comprise et retour à la case départ.

Pas un kopeck pour envoyer des hommes vers Mars.

Tu oublies le fait que l'homme,est un être douer d'intelligence et qu'il à donc évoluer et fait des progrès technique énorme et le progrès entraine cela,si l'homme était rester végétatif,il n'aurais pas était en mesure d'accomplir ce qu'il à accomplis .

Oui après Mars faudra aller encore plus loin parce que l'homme est un explorateur,il est curieux,avide de connaissance et pour l'instant,il est aussi avide de pouvoir mais l'évolution fait que cela peu changer en bien .

Ensuite,tu raisonnes en deux dimensions et pas en 4,aujourd'hui le soucis est l'argent et c'est 95% du problème,le concept actuelle de la monnaies est en bout de course et selon moi,doit évoluer ,de même que la notion de profit ,le savoir n'est pas à être monnayable ,il doit être gratuit et pour tous ,enseigner dès le premier age ,un société plus scientifique est une société de savoir donc d'évolution .

[invite02ff802c]

Oui,nous sommes fait pour croitre et nous multiplier ,la colonisation de Mars est un impératif,pour la recherche mais aussi pour la pérénité de la race humaine .

Oui après Mars faudra aller encore plus loin parce que l'homme est un explorateur,il est curieux,avide de connaissance et pour l'instant,il est aussi avide de pouvoir mais l'évolution fait que cela peu changer en bien .

Ce serait sympa d’éviter de venir polluer les discussions avec des considérations philosophico-politico-économico-techniques à deux balles sur le destin de l’humanité depuis les origines jusqu’à la fin des temps qui n’ont rien à voir avec le sujet de départ.

ND

[Moinsdewatt]

....aujourd'hui le soucis est l'argent et c'est 95% du problème,le concept actuelle de la monnaies est en bout de course et selon moi,doit évoluer ,de même que la notion de profit ,le savoir n'est pas à être monnayable ,il doit être gratuit et pour tous ,enseigner dès le premier age ,un société plus scientifique est une société de savoir donc d'évolution .

??
Le probléme est que cette connaissance scientifique n' est en aucun cas gratuite.
Pour la connaisssance en astronomie et connaissance du systéme solaire ca demande des missions en milliards d'€.
Si tu n' aimes pas le systéme monétaire, en le disant autrement ca veut dire que des milliers de personnes doivent travailler pour obtenir ces résultats. Ca n' est pas gratuit.

Et pour les missions habitées vers Mars et plus loin le probléme est donc de choisir ou mettre les ressources financiéres et prioritiser les actions.
La conquéte de Mars par les humains est la derniére des priorités, ca n' est que l' expression d' un fantasme. Envoyons des sondes, ca suffit bien.

[inviteb0a4e69a]

??
Le probléme est que cette connaissance scientifique n' est en aucun cas gratuite.
Pour la connaisssance en astronomie et connaissance du systéme solaire ca demande des missions en milliards d'€.
Si tu n' aimes pas le systéme monétaire, en le disant autrement ca veut dire que des milliers de personnes doivent travailler pour obtenir ces résultats. Ca n' est pas gratuit.

Et pour les missions habitées vers Mars et plus loin le probléme est donc de choisir ou mettre les ressources financiéres et prioritiser les actions.
La conquéte de Mars par les humains est la derniére des priorités, ca n' est que l' expression d' un fantasme. Envoyons des sondes, ca suffit bien.

C'est bien ce que je te dit,la connaissance scientifique pour l'avoir à un cout et c'est précisément le fait d'avoir un cout pécunier qui fait que cela n'est pas normal,le monde fonctionne sur le principe vieillot que tout ce monnaye ,cela doit changer..


Fondamentalement,de quoi l'homme à besoin,c'est cette question que tu dois te poser ,l'homme,à besoin d'eau,de nourriture,de vêtement et d'un toit avant tout autre chose,le reste n'est que le fruit de ça recherche qui elle,sort tout droit de son cerveau..

Je dit simplement que le système actuelle est un frein à l'évolution et entraine plus de soucis que de solution,il doit donc être revue et le profit doit être commun et pas individuelle ,un homme n'as pas besoin de 10 millions d'euros sur son compte bancaire et les pauvres ont besoin de plus de 500 euros pour vivre ,ici je vois donc un fil conducteur .
Le savoir n'as pas à être payant,il doit être gratuit ,sans ce type d'argent,un réacteur nucléaire ne couterais rien de rien par exemple et de même,une fusée aussi .

La colonisation de mars et pas la conquête qui à une connotation guerrière ,n'est pas une priorité absolue maintenant c'est certain mais elle le deviendra,préparer le terrain par contre,ça,c'est une priorité .


Pour finir,essais d'imaginer un monde ou l'homme travaille pour avancer et pas pour vivre et là tu verras une toute autres dimensions

[inviteb0a4e69a]

Ce serait sympa d’éviter de venir polluer les discussions avec des considérations philosophico-politico-économico-techniques à deux balles sur le destin de l’humanité depuis les origines jusqu’à la fin des temps qui n’ont rien à voir avec le sujet de départ.

ND

C'est là ou tu te trompe,ça a tout avoir,la recherche coute cher,les grand projet spatiaux aussi,ceci est donc un frein,enlève le facteur "argent/profit" et tu vas ou tu veux ..
Mais tu penses en 2 dimensions,ici et aujourd'hui et pas demain et après demain .

[invite02ff802c]

Tu détournes une discussion sur un sujet bien précis pour faire de la propagande pour des théories d’économie politique qui n’ont pas leur place ici. Crée une discussions spécifique ou surtout trouve un blog où ce genre de discussion est acceptée.Tu détournes une discussion sur un sujet bien précis pour faire de la propagande pour des théories d’économie politique qui n’ont pas leur place ici. Crée une discussions spécifique ou surtout trouve un blog où ce genre de discussion est acceptée.

ND

[Moinsdewatt]

....Le savoir n'as pas à être payant,il doit être gratuit ,sans ce type d'argent,un réacteur nucléaire ne couterais rien de rien par exemple et de même,une fusée aussi .

Le savoir pour faire une centrale nucléaire est connu.

Ce qu' il y comme besoin c' est des ingénieurs pour faire avancer le chantier, des ouvriers qualifiés pour couler le béton, mettre tout en place, souder des cuves, approvisionner du Cuivre pour le cablage, des generateurs electrique ...etc ....
On est la bien loin de la connaissance.

Ton discours tente visiblement de faire digression sur un tout autre sujet.
C' est agacant.

[Geb]

Bonjour,

J'ai trouvé un article intéressant (9 mai 2011) :

NASA plans test of advanced nuclear power generator

La NASA développe en ce moment 2 nouvelles missions, Titan Mare Explorer et Comet Hopper, dont le lancement devrait avoir lieu en 2015 et 2016 respectivement.


Au-delà de leurs objectifs (la comète Wirtanen et le système saturnien), ces 2 sondes devraient être les premières à utiliser un nouveau type de générateur à radioisotope, le Advanced Stirling Radioisotope Generator.

Comme son nom l'indique le système de conversion de l'énergie thermique en électricité utilise le cycle Stirling, ce qui contrairement aux Radioisotope Thermoelectric Generator, implique des pièces mobiles. Le programme de développement de ces 2 sondes devrait donc voir le test de l'Adanced Stirling Convertor.

D'après le document du département américain de l'énergie sur ce sujet, le rendement de la conversion Stirling serait supérieur à 27 %, contre 5 à 7 % pour la conversion thermoélectrique utilisée jusqu'ici. Ceci aurait pour résultat une consommation 4 fois moindre de combustible (du dioxyde de plutonium 238). Seul petit bémol, les Etats-Unis ne produisent plus ce combustible sur leur sol. Ils devront donc en acheter aux Russes.

Comme je l'ai dit par ailleurs sur ce fil le record pour un générateur à radioisotope appartient à ceux développés pour la mission Galileo : 55,6 kg pour 300 W d'électricité produite. Toujours d'après le département américain de l'énergie, les ASRG équipé du Advanced Stirling Convertor devrait peser 32 kg pour 130 à 140 We en début de mission.

Il n'y aura donc pas de gain au niveau du rapport puissance/poids, contrairement au projet spatial russe de réacteur à neutrons rapides refroidit au gaz, toujours prévu pour 2018.

Cordialement

[invite7ee5dcb3]

C'est bien ce que je te dit,la connaissance scientifique pour l'avoir à un cout et c'est précisément le fait d'avoir un cout pécunier qui fait que cela n'est pas normal,le monde fonctionne sur le principe vieillot que tout ce monnaye ,cela doit changer..

En effet, j'aimerai bien que les recherches en astronautique ne coûtent rien. J'aimerai aussi pouvoir respirer sous l'eau ou me gratter l'oeil avec le coude, mais voilà, c'est impossible. On ne conçoit pas un réacteur nucléaire en claquant des doigts, il faut faire travailler des centaines de chercheurs pour mettre sur pied un tel projet. Tu as raison de dire que 95% des contraintes viennent du budget accordé aux programmes spatiaux et si la priorité des Etats était de financer des recherches spatiales, tout irait beaucoup plus vite. Mais, surtout dans une période de crise comme celle que nous vivons, un Etat a d'autres priorités comme redresser son économie ou aider les personnes touchées par la crise. On ne peut pas laisser crever tous les chômeurs sous prétexte qu'on veut uttiliser leurs pensions pour financer une expédition sur Mars ! Alors oui, je reste convaincu qu'on ira un jour sur Mars ou ailleurs, mais ça prendra du temps, à cause de l'argent, qui est une contrainte aussi difficile à surmonter que les contraintes techniques, et il faut l'accepter.

[Geb]

Bonsoir,

J'avais zappé une dépêche du NIKIET (en russe), datée du 9 mars 2011.

L’assistance scientifique et technique du NIKIET a transféré au département "Réacteurs et installations nucléaires" de l’Université technique d’Etat nommée d’après N. E. Baumann, située à Moscou, 10 ordinateurs Hewlett Packard de dernière génération, pour créer un centre de conception en 3D.

Lors de son discours célébrant l'évènement, Yuri Dragunov, le nouveau directeur du NIKIET, a rappelé les 3 objectifs approuvé par le gouvernement russe d'ici à 2020 :

- la satellisation d'un "module de transport spatial à énergie nucléaire de la classe du mégawatt",
- la construction d’un réacteur de recherche à neutrons rapides polyfonctionnel (projet MBIR),
- le développement d’un réacteur à neutrons rapides au caloporteur plomb-bismuth liquide (projet SVBR-100).

Cordialement

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé une présentation beaucoup plus explicite sur les capacité et les rôles potentiels du module russe de transport spatial à propulsion nucléoélectrique :

The role of space power in solving prospective problems in the interestsof global safety, scienceand social economic sphere

Cette présentation est dûe au directeur du centre de recherche Keldysh, Anatoly S. Koroteev, dont nous avons déjà parlé dans cette discussion.

Comme je le pensais, le réacteur relève bien de la filière à neutrons rapides. Cependant, le caloporteur qui emplira le circuit de refroidissement primaire est un mélange de gaz pressurisés (de l'hélium et du xénon).

La puissance (thermique) du réacteur s'élève à 3,5 MW. Sa hauteur est de 2 mètres pour une poids de 2,7 tonnes. La partie active est logée à l'intérieur d'un réflecteur de 60 cm de diamètre. Le combustible fissile est constitué d'uranium hautement enrichi.

L'énergie thermique du circuit de refroidissement primaire est transmise à 4 turbo-alternateurs (qui fonctionnent en cycle fermé de type Brayton), qui assure la conversion thermo-éléctrique. Des compresseurs et des pompes seront connectés aux circuits des turbines pour assuré un cycle fermé. Pour empêcher la fusion du réacteur, la chaleur excédentaire est évacuée par un radiateur d'une immense surface.

On savait déjà qu'il serait alimenté par un réacteur à neutrons rapides refroidit au gaz, on sait aujourd'hui qu'il utiliserait un propulseur à plasma avec une Isp comprise entre 3000 et 6000 secondes. On savait qu'il devrait produire 3,5 MWth, on sait ajourd'hui qu'il devrait produire 1 MWe. On sait aussi que le module complet dans sa version remorqueur interorbital (de 800 km d'altitude à la GEO) devrait peser à vide 15 tonnes.

Autrement dit, seulement 15 kg/kWe. Un véritable poids plume en comparaison du détenteur du record, le réacteur soviétique TOPAZ (65 kg/kWe) qui a été mis en orbite pour la première fois en 1987.

Bonne lecture.

[Geb]

Autrement dit, seulement 15 kg/kWe. Un véritable poids plume en comparaison du détenteur du record, le réacteur soviétique TOPAZ (65 kg/kWe) qui a été mis en orbite pour la première fois en 1987.

Pour information, en 2006, l'ESA n'imaginait pas moins de 25 kg/kWe pour faire fonctionner son propulseur DS4G. Elle ajoutait même :

For heavier nuclear reactors with values approaching 50 kg/kW (present day performance), we see that time to 200 AU increases to 32 years and optimum Isp down to below 8000 seconds (within the upper limits of 3-grid thrusters).

Soit 50 kg/kWe comme "performances actuelles".

Bonne lecture.

[Moinsdewatt]

Mais ca fait une poussée de combien ce genre de réacteur ?

[Geb]

Bonsoir,

Le module russe de transport interorbital serait vraisemblablement équipé d’un propulseurs à effet Hall avec une impulsion spécifique de 5000 secondes. La poussée serait donc au alentour de 50-60 Newtons avec une alimentation de 1000 kW électrique.

Le but est d’atteindre la GEO dans les 6 mois en partant depuis l’orbite de sûreté nucléaire (800 km d’altitude). Le module emporterait de 10,5 à 25 tonnes de propulsif (du xénon ou peut-être du bismuth), en fonction de la mission.

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Soit 50 kg/kWe comme "performances actuelles".

J’ai remarqué que l’usage fait de ce fameux alpha en kg/kWe prête à confusion.

Par exemple, pour le propulseur VASIMR, Ad Astra Rocket vise un alpha de 4 kg/kWe. Dans leurs publications, on scinde pourtant un système de propulsion nucléoélectrique de 12 MWe en 21 tonnes pour le réacteur, 21 tonnes pour 3 propulseurs VASIMR de 4 MWe, 3,6 tonnes pour le radiateur du réacteur et 2,4 tonnes pour le radiateur des propulseurs, soit 48 tonnes en tout (4 kg/kWe).

Hors, je parle d’un ratio de 65 kg/kWe pour le TOPAZ soviétique lancé en février 1987 pour alimenter le satellite espion soviétique Cosmos 1818 (de classe RORSAT) et son jumeau Cosmos 1867. Cependant, il ne s’agit que du réacteur, qui pesait 320 kg environ, pour 5 kWe. Le satellite complet, comprenant les éléments structurelles, le réacteur, les panneaux du radiateur, le liquide de refroidissement, un propulseur à effet Hall de type SPT (pour Stationary Plasma Thruster), etc… pesait environ 1500 kg.

Si on néglige la masse du radar intégré et du propulsif xénon du propulseur, ça fait 300 kg/kWe. Si on ne prend en compte que le réacteur ça nous fait bien 64 kg/kWe, mais l’alpha du système désiré par Ad Astra Rocket n’est plus de 4, mais de 1,75 (21000 kg divisé par 12000 kWe).

Pour réaliser le rêve d'Ad Astra Rocket (un aller-retour Terre-Mars habité en un an), il nous faudrait donc des générateurs nucléaires près de 37 fois moins lourds, à puissance égale, que les plus performants jamais satellisés !

Cordialement

[Geb]

Il y a de très nombreux paramètres qui influent sur la partie générateur/propulseur d'un spationef à propulsion nucléo-électrique (sonde automatique ou vaisseau habité).

Je vais essayer de décrire tous les composants susceptibles d'entrée en ligne de compte dans le calcul de notre alpha global. Une petite description du principe de base :

L’énergie thermique libérée par la fission nucléaire du combustible fissile chauffe un fluide de refroidissement primaire circulant dans des canaux de refroidissement. La réaction de fission est régulée à l’intérieur du cœur du réacteur par des barres de contrôle mobiles. En plus des barres de contrôle, on peut aussi ajouter un matériau réflecteur de neutrons, qui diminue les fuites et augmente le flux moyen en retournant les neutrons à la région de faible flux, près du bord du cœur. Un réacteur nucléaire est également truffé de sondes et autres instruments de mesure, toujours à des fins de contrôle. Les réacteurs dits à neutrons thermiques, contrairement aux réacteurs à neutrons rapides, ont besoin d’un matériau modérateur pour assurer la thermalisation des neutrons. Le combustible fissile n’est pas directement en contact avec le fluide caloporteur, la chaleur pouvant favoriser des réactions chimiques préjudiciables entre les deux. Pour l’isoler du fluide caloporteur, le combustible est entouré d’une gaine métallique. L’enceinte du cœur du réacteur est entourée par une ou plusieurs parois faisant office de bouclier anti-radiations. Le fluide caloporteur primaire est mû par un réseau de pompes mécaniques. Il chauffe à son tour un fluide caloporteur secondaire à travers un échangeur de chaleur. Si un des (ou les deux) fluides de refroidissement subissent une transition de phase (par exemple, de la phase gazeuse à la phase liquide, il faut ajouter un condenseur au système. Le fluide secondaire fait tourner une turbine couplée à un alternateur qui fabrique de l’électricité. Le fluide secondaire est finalement refroidit par un radiateur pour recommencer le cycle (le rayonnement est le seul échange thermique possible avec le vide spatial). L’électricité produite est ensuite véhiculée à travers un réseau de distribution d’électricité.

La présence du matériau réflecteur, du matériau modérateur et d’un condenseur dépend des caractéristiques. Par exemple, le modèle choisit par les Russes est un générateurs à neutrons rapides (pas de modérateur) dont le fluide de refroidissement est un mélange de gaz hélium/néon (pas de condenseur). J’ignore cependant si c’est le liquide de refroidissement primaire ou secondaire.

Cordialement

[Geb]

Pour bien aborder les différentes options de générateurs spatiaux on doit se poser quelques questions :

1) Dans quel(s) état(s) est le combustible fissile (solide, liquide, gazeux, plasma) ?
2) Combien d’étapes la conversion thermoélectrique comporte-t-elle ?
3) Dans quelles conditions s’accomplit la conversion thermoélectrique ? Est-ce une conversion dynamique classique (turbo-alternateur), une conversion statique (thermo-électrique, thermo-ionique...), une conversion statique plus exotique (convertisseur MHD) ?
4) Quel type de radiateur a été choisi ?
5) Quel type de propulseur est sélectionné ?

Il faut ensuite prendre en compte les caractéristiques et la masse :

- du combustible,
- des barres de contrôle,
- du matériau réflecteur,
- du matériau modérateur,
- du système de refroidissement primaire,
- du bouclier anti-radiations,
- des pompes mécaniques,
- du système de refroidissement secondaire,
- des échangeurs de chaleur,
- du condenseur,
- des turbines,
- des alternateurs,
- du radiateur,
- de tous les dispositifs de mesure,
- du réseau de distribution de l’électricité,
- du système de conditionnement de l’électricité,
- des propulseurs.

Il y a donc plein de questions en suspend sur le concept du réacteur russe qui est aujourd’hui en préparation. Ça complique fortement le calcul de l'alpha et relativise quelques peu les prétentions commerciales du type 4 kg/kWe.

Cordialement

[Geb]

Bonsoir,

L'édition de décembre 2009 du magazine ASCEND comporte un petit article sur le réacteur étudié en Russie :

http://www.space-library.com/ASCEND_0912_SIN.pdf

MAN ON MARS RACE: RUSSIA COMMITS TO MEGAWATT CLASS NUCLEAR SPACECRAFT

While chemical rockets are the conventional technology in astronautics, many scientists now predict that high powered electric thrusters, such as the the VASIMR – Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket engine or the UK’s Emdrive, are the way to go. Continuously thrusting engines such as these, promise to cut the round trip journey time to Mars from years to a few months. But to have enough thrust very large amounts of power will be needed (especially for VASIMR type engines) which is beyond what most solar generation can practically achieve. Thus, in an address to the Russian Federal Assembly, the country’s President, Dmitry Medvedev, declared that the Russia’s space programme will prioritise the development of nuclear power systems. Previously, Anatoly Perminov, the head of the Federal Space Agency Roskosmos, stated that Russia planned to develop spacecraft with a megawatt-class power generation systems. Over US$500 million dollars is being used for the project with a draft design for such a power system to be ready in 2012. The spacecraft is due for service in 2018.

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Le lundi 4 avril 2011, l'agence de presse russe RIA Novosti avait écrit un article au sujet du générateur spatial :

Russia, U.S. to discuss nuke-powered spaceship project

Russia's Federal Space Agency Roscosmos and NASA will discuss the development of a nuclear-powered spaceship on April 15, agency director Anatoly Perminov said on Monday.

Not only the United States, but also "countries with a high level of reactor manufacturing technology" are to take part in the project, he said.

China, France, Germany and Japan also have the technology to produce nuclear reactors.

A nuclear engine design is to be completed by 2012, while the project's implementation will require 17 billion rubles ($600 million).

Most of the funding will come from Russian state-run nuclear corporation Rosatom, Perminov said.

He said last year, nuclear engines for spaceships were a very promising area and should be created to make flights to Mars and other planets.

Un article relayé et commenté par la presse internationale, comme le prouve cet article du britannique The Register :

Russia, NASA to hold talks on nuclear-powered spacecraft

Cordialement

[Geb]

Bonsoir,

Les Russes développent deux radiateurs à la fois. Un type plus avancé (le radiateur à gouttelettes), et un radiateur de type classique, qui est déjà utilisé par les engins en orbite.

Le centre de recherche Keldysh, qui centralise les efforts sur le générateur nucléaire avait déjà développé un radiateur à gouttelettes expérimental (baptisé Pelena-2), testé à bord de la station orbitale Mir.

Un scientifique en charge de l'actuel projet de générateur nucléaire, A. Koroteev, avait publié en 2005 au sujet du radiateur Pelena-2 :

Study of Generation and Collection of Monodisperse Droplets Flows in Microgravity and Vacuum

Un radiateur similaire, baptisée Kaplya-2, a été construit dans le but d'améliorer ce type de radiateur. Il devrait être testé à bord de l'ISS, en collaboration avec l'ESA (expérience Fases), dans le futur module russe "Nauka", dont le lancement devrait avoir lieu en mai 2012.

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

J'ai trouvé cet article daté du 13 avril 2011 :

Mars flight possible after 2035 - Roscosmos chief

Comme nous le savions déjà, le générateur nucléaire actuellement développé ne fera "que" 1 MWe, ce qui est suffisant pour un remorqueur orbital LEO-GEO, voire jusqu'à l'orbite lunaire, ou encore pour une sonde automatique.

Pour un voyage habité vers Mars, Perminov propose d'aller plus loin dans la puissance du générateur nucléaire, ce qui rendrait un voyage vers Mars possible à partir de 2035.

Cependant, il est un peu trop optimiste à mon goût quand il nous prédit que ce générateur pourrait rendre un trajet Terre-Mars en un mois possible.

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Les dépêches du centre Keldysh ont été récemment traduites en anglais (approximatif) jusqu'en février 2012. Il y a quelques infos sur le site à propos du générateur nucléaire.

December, 2011

According to the plan of works on realization of the Commission Project at the President of the Russian Federation on modernization and technological development of economy of Russia «Creation of the transport-energy module on the basis of nuclear power propulsion system of megawatt class» in November in Keldysh Research Centre is was completed the manufacturing and are performed the starting-up and adjustment works on the thermal simulator of nuclear reactor (TSNR). TSNR is intended for non-reactor tests of gas-turbine systems of transformation of thermal energy to electric, designed capacity of thermal simulator - 1 MW, temperature of heating of working gas - to 1500 K, working gases - helium, xenon, krypton, argon and their mixes.

Le fluide caloporteur serait donc à 1500 K et les gaz qui éveillent l'intérêt des Russes pour ce caloporteur sont l'hélium, le xénon, le krypton, l'argon et leurs mélanges. Je pense qu'ils avaient évoqués un mélange hélium/xénon dans une autre dépêche.

Ils ont donc terminé le simulateur informatique dont on avait déjà parlé (appelé "тепловом имитаторе ядерного реактора", acronyme ТИРУ, qui se prononce "Tirou" en russe).

Le projet pour ce réacteur a même été baptisé "MEGAHIT" dans une dépêche du 15 mai 2012 seulement disponible en russe.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Comme vous le savez tous, l'édition 2012 du Congrès International annuel d'Astronautique a eu lieu à Naples au début de ce mois.

Il y a sur YouTube une vidéo avec les représentants des agences des États-Unis, d'Europe, de Chine, du Canada, de Russie, du Japon, d'Inde et d'Italie (représentant la Fédération Internationale d'Astronautique) :

IAC 2012 Plenary 01

Je recopie ci-dessous la dernière question posée (à 1:25:54) au représentant de Roskosmos : Sergueï Saveliev.

Could you tell us about nuclear propulsion development in Russia ?
Since 2010, Russia – our specialists and scientists – have been working on the project concerning the use of nuclear power in space. So to say, the aim of this work is to build a new equipment on the basis of nuclear energy to use in a prospective spacecraft for deep space exploration. And till the end of this year, our specialists have to finish the stage 1 of this work. We expect to have a first example of this equipment by 2018.

Cordialement.