ТЭУ-5 Таполя

Паменшаная мадэль ТЭУ-5 «Таполя» у Маскоўскім палітэхнічным музеі. Вялікая частка чорнага колеру злева — халадзільнік-выпраменьвальнік.

ТЭУ-5 «Таполя» (тэрмаэмісійная ўсталёўка), пазней «Тапаз-1» (руск.: Топаз-1, термоэмиссионный опытный преобразователь в активной зоне, тэрмаэмісійны даследчы пераўтваральнік у актыўнай зоне) — савецкая ядзерная энергетычная ўсталёўка, прызначаная для выкарыстання на касмічных апаратах у выпадках, калі неабходную колькасць энергіі немагчыма атрымаць ад сонечных батарэй, ці радыёізатопных крыніц энергіі.

Гісторыя стварэння

Стварэнне касмічнай энергетычнай сістэмы на аснове ядзернага рэактара з тэрмаэмісійным пераўтварэннем энергіі было прапанавана ў 1958 г. намеснiкам дырэктара Лабараторыі «В» (Фізічны інстытут Дзяржаўнага Камітэта Савета Міністраў СССР па выкарыстанні атамнай энергіі) I.I.Бандарэнкам пасля наведвання групай савецкіх навукоўцаў Лос-Аламаскай Навуковай Лабараторыі (англ.: Los Alamos Scientific Laboratory, LASL) і азнаямлення з першымі іспытамі ў галіне тэрміонных рэактараў (TI).

У рамках пошукаў па стварэнні атамных авіяцыйных і ракетных рухавікоў па ініцыятыве галоўнага канструктара Завода № 300 МАП (пазней Маскоўскі машынабудаўнічы завод «Саюз») Р.I.Ліўшыца на заводзе ў 1961 годзе пачалася праца па стварэнні ЯЭУ. Створаную для гэтай мэты групу № 11 узначаліў Г. М. Гразноў. У выніку вывучэння айчыннага і сусветнага досведу быў абраны тэрмаэмісійны варыянт, бо ў параўнанні з тэрмаэлектрычным ён даваў перавагі па больш высокаму ККД і меншай плошчы халадзільніка-выпраменьвальніка, што давала больш кампактную кампаноўку.

У 1961 г. выйшла пастанова ўрада СССР аб распрацоўцы эскізных праектаў касмічных ЯЭУ «Бук» і «Таполя». На этапе выпуску эскізнага праекта група Г. М. Гразнова была ператворана ў эксперыментальна-разліковы аддзел пад кіраўніцтвам Гразнова і створаны канструктарскі аддзел пад кіраўніцтвам Я. А. Кельшмана. У 1963 г. эскізны праект быў абаронены. Навуковым кіраўніцтвам займаўся Фізіка-энергетычны Інстытут, кіраўнік напрамку В. Я. Пупко.

Пад канец 1968 г. працы па «Таполі» разам з распрацоўшчыкамі перададзеныя ў Тураеўскае МКБ «Саюз»(галоўны канструктар У. Г. Сцяпанаў) у складзе ММЗ «Саюз».

У 1970 г. на комплексным стэндзе ФЭІ ў вакуумнай камеры праведзеныя рэсурсныя энергетычныя выпрабаванні першага ўзору ЯЭУ. Выраб быў выведзены на электрычную магутнасць 10 кВт. Выпрабаванні працягваліся 150 гадзін, пасля чаго былі прыпыненыя з-за ўцечкі цепланосбіта. Усяго былі выпрабаваныя 4 прататыпа ЯЭУ «Тапаз-1».

Пастановай урада СССР ад 28 лістапада 1972 г., для засяроджвання кіраўніцтва працамі па стварэнні ЯЭУ для касмічных аб’ектаў у якасці галаўной арганізацыі, на базе МКБ «Чырвоная Зорка» МАП СССР і ДКБ «Зара» МСМ СССР, з уключэннем у склад групы распрацоўкі ЯЭУ «Тапаз» ТМКБ «Саюз» МАП СССР, арганізаванае НВА «Чырвоная Зорка» (цяпер АТ «Чырвоная Зорка»).

Першы запуск ТЭУ-5 адбыўся 2 лютага 1987 г. ў складзе эксперыментальнага КА «Плазма-А» (штучны спадарожнік Зямлі «Космас-1818», арбіта вышынёй 810/970 км). Рэактар прапрацаваў запланаваны час (142 дні, да 24 чэрвеня 1987 г.) да заканчэння запасаў рабочага цела, цэзія.

Другі запуск быў ажыццёўлены 10 ліпеня 1987 г. («Космас-1867», арбіта вышынёй 797/813 км). Былі ўжытыя вальфрамавыя катоды і ўдвая меншы ціск пароў цэзія, што дазволіла прапрацаваць больш за 11 месяцаў (дата пагашэння рэактара 17 чэрвеня 1988). ТЭУ-5 выпрацавала 50 тысяч кВт/г электраэнергіі.

Канструкцыя

Палівам у рэактары служыў дыяксід урану з 90 % узбагачэннем, цепланосбітам — калій-натрыевы расплаў з прапампоўкай яго электрамагнітнымі помпамі, з сілкаваннем сваім жа токам. Рэактар меў цеплавую магутнасць 150 кВт, прычым колькасць ²³⁵U ў рэактары была зніжана да 11,5 кг у параўнанні з 30 кг у БЭС-5 «Бук».

У «Тапазе» выкарыстоўваўся термаэмісійны пераўтваральнік цеплавой энергіі ў электрычную. Яго прынцып дзеяння падобны да электроннай лямпы. Цыліндрычная капсула з аксіду 90 % ²³⁵U змешчаная ў малібдэнавую (альбо вальфрамавую) абалонку працавала катодам, які, нагрэты да высокай тэмпературы, выпускаў электроны, якія пераадольвалі запоўнены іонамі цэзія пад нізкім ціскам прамежак і траплялі на цыліндрычны ніобіевы анод большага дыяметру вакол капсулы. Электрычны ланцуг замыкаўся праз нагрузку. У якасці цэнтравальных уставак паміж катодам і анодам і ізаляцыі ад сталёвага корпуса электрагенерыруючага элемента выкарыстоўваўся вокіс берылія. Сталёвы корпус(трубка дыяметрам 10 мм) астуджаўся звонку натрый-каліевым цепланосьбітам. Тэмпература катода дасягала 1650 °C, а анода — 1200 °C. Рэактар набіраўся з 79 электрагенерыруючых зборак, у кожнай з якіх было па 5 капсул, і ўтрымліваў прыблізна 12 кілаграмаў дыяксіду высокаўзбагачанага ўрану. Выхадная электрычная магутнасць пераўтваральніка складала ад 5 да 6,6 кВт.

Спасылкі

• Гісторыя АТ «Чырвоная Зорка» Архівавана 4 мая 2017.
• Ядзерныя рэактары ў космасе Архівавана 20 сакавіка 2017.