Projekt Timberwind
Projekt Timberwind miał na celu opracowanie jądrowych rakiet termicznych . Początkowe finansowanie przez Inicjatywę Obrony Strategicznej („Gwiezdne Wojny”) w latach 1987-1991 wyniosło łącznie 139 milionów dolarów (wówczas). Proponowana rakieta została później rozszerzona do większego projektu po przeniesieniu projektu do programu Air Force Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP).
Program przeszedł audyt w 1992 roku ze względu na obawy dotyczące bezpieczeństwa podniesione przez Stevena Aftergooda . Ten ściśle tajny program był motywacją do rozpoczęcia projektu FAS Government Secrecy . Skazany szpieg Stewart Nozette znalazł się na głównej liście dostępu do projektu TIMBER WIND.
Postępy w zakresie metali wysokotemperaturowych, modelowania komputerowego i ogólnie inżynierii jądrowej zaowocowały radykalną poprawą wydajności. Podczas gdy NERVA ważył około 6803 kg, ostateczny SNTP oferował nieco ponad 1/3 ciągu z silnika o masie zaledwie 1650 kg, jednocześnie poprawiając impuls właściwy z 930 do 1000 sekund. [ potrzebne źródło ]
Historia
W 1983 r. Inicjatywa Obrony Strategicznej („Gwiezdne Wojny”) zidentyfikowała misje, które mogłyby odnieść korzyści z rakiet o większej mocy niż rakiety chemiczne, a niektóre z nich mogłyby być podjęte tylko przez potężniejsze rakiety. Projekt napędu jądrowego SP-100 powstał w lutym 1983 roku w celu opracowania systemu rakiet jądrowych o mocy 100 KW. Koncepcja obejmowała reaktor ze złożem cząsteczkowo-żwirowym , koncepcję opracowaną przez Jamesa R. Powella w Brookhaven National Laboratory , który obiecywał impuls właściwy do 1000 sekund (9,8 km / s) i stosunek ciągu do masy między 25 a 35 dla poziomów ciągu większych niż 89 000 niutonów (20 000 funtów siły).
W latach 1987-1991 był finansowany jako tajny projekt o kryptonimie Project Timber Wind , na który wydano 139 milionów dolarów. Proponowany projekt rakiety został przeniesiony do programu Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) w Air Force Phillips Laboratory w październiku 1991 r. NASA przeprowadziła badania w ramach inicjatywy Space Exploration Initiative (SEI) z 1992 r., Ale uznała, że SNTP zapewnia niewystarczającą poprawę w stosunku do NERVA, i nie był wymagany przez żadne misje SEI. Program SNTP został zakończony w styczniu 1994 roku, po wydaniu 200 milionów dolarów.
Specyfikacje Timberwind
Timberwind 45 na Timberwind Centaur
- Średnica: 13,94 stopy (4,25 m), długość: 23,87 m
- Liczba silników: 1
- Ciąg próżni: 99208 funtów siły (441,3 kN)
- Ciąg na poziomie morza: 88305 funtów siły (392,8 kN)
- Impuls właściwy próżni: 1000 s
- Impuls właściwy dla poziomu morza: 890 s
- Masa silnika: 3300 funtów (1500 kg)
- Stosunek ciągu do masy: 30
- Czas palenia: 449 s
- Materiały pędne: Jądrowe/LH 2
Timberwind 75 na Timberwind Titan
- Średnica sceny: 6,1 m (20 stóp) Długość: 45,50 m
- Średnica [ wymagane wyjaśnienie ] : 5,67 stopy (2,03 m) [ potrzebne źródło ]
- Liczba silników: 3
- Silnik :
- Ciąg podciśnienia: 165347 funtów siły (735,5 kN)
- Ciąg na poziomie morza: 147160 funtów siły (654,6 kN)
- Impuls właściwy próżni: 1000 s
- Impuls właściwy dla poziomu morza: 890 s
- Masa silnika: 5500 funtów (2500 kg)
- Stosunek ciągu do masy: 30
- Czas palenia: 357 s
- Materiały pędne: Jądrowe/LH 2
Stopień i silnik Timberwind 250
- Średnica: 28,50 stopy (8,70 m). Długość: 30,00 m
- Liczba silników: 1
- Ciąg podciśnienia: 551142 funtów siły (2451,6 kN).
- Ciąg na poziomie morza: 429902 funtów siły (1912,0 kN)
- Impuls właściwy dla próżni: 1000 s.
- Impuls właściwy dla poziomu morza: 780 s.
- Masa silnika: 8300 kg (18200 funtów).
- Stosunek ciągu do masy: 30
- Czas palenia: 493 s
- Materiały pędne: Jądrowe/LH 2
Program kosmicznego jądrowego napędu termicznego
W przeciwieństwie do projektu TIMBER WIND, program Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) miał na celu opracowanie górnych stopni dla windy kosmicznej, która nie działałaby w ziemskiej atmosferze. SNTP nie osiągnął swojego celu, jakim było przeprowadzenie testów w locie górnego stopnia termojądrowego i został zakończony w styczniu 1994 r. Program obejmował koordynację wysiłków w Departamencie Obrony, Departamencie Energii i ich kontrahentów z miejsc operacyjnych w USA. realizacja programu polegała na skoordynowaniu zezwoleń Agencji Ochrony Środowiska na przeprowadzenie badań naziemnych w dwóch możliwych lokalizacjach.
| Nazwa | Lokalizacja | Obowiązki |
|---|---|---|
| Narodowe Laboratorium Brookhaven | Upton, Nowy Jork | Testowanie materiałów i komponentów reaktora; analizy termohydrauliczne i neutroniczne; studia projektowe reaktorów |
| Babcock & Wilcox | Lynchburg, Wirginia | Testowanie projektu reaktora, produkcja i montaż |
| Narodowe Laboratoria Sandii | Albuquerque, Nowy Meksyk | Bezpieczeństwo jądrowe, oprzyrządowanie i eksploatacja jądrowa, modelowanie systemów sterowania reaktorami, próby jądrowe |
| Dywizja Napędów Aerojet | Sacramento, Kalifornia | Rozwój alternatywnych materiałów paliwowych |
| Hercules Aerospace Corporation | Magna, UT | Projekt i wykonanie dolnej konstrukcji silnika oraz dyszy |
| Dział Systemów Płynów firmy Garrett | Tempe, AZ i San Tan, AZ | Projekt i wykonawstwo układu sterowania położeniem, układu sterowania przepływem paliwa oraz zespołu turbopompy |
| AiResearch Oddział Allied Signal w Los Angeles | Torrance, Kalifornia | Badanie koła turbiny |
| Dział Elektroniki Kosmicznej Grumman | Betpage, Nowy Jork | Projektowanie i produkcja pojazdów, integracja systemów |
| Raytheon Usługi Nevada | Las Vegas, NV | Inżynieria obiektów i systemów zaopatrzenia w chłodziwo (CSS), zarządzanie budową obiektów |
| Reynolds Electrical and Engineering Company, Inc | Las Vegas, NV | Budowa obiektu |
| Fluor-Daniel, Inc. | Irvine, Kalifornia | Inżynieria systemu oczyszczania ścieków (ETS). |
| Narodowe Laboratoria Sandii | Miejsce testowe Saddle Mountain lub strony QUEST lub LOFT | Przygotowanie miejsca testów, planowanie i przeprowadzanie prób naziemnych silnika, testy elementów jądrowych |
| [USUNIĘTO] | Waszyngton | Zarządzanie programem |
| Siedziba DOE | Waszyngton | Zarządzanie programem, zapewnienie bezpieczeństwa jądrowego |
| Strona testowa DoE Nevada | Las Vegas, NV | Testy naziemne |
| DoE Idaho Narodowe Laboratorium Inżynieryjne | Wodospady Idaho, ID | Testy naziemne |
| Laboratorium Phillipsa Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych | Albuquerque, Nowy Meksyk | Zarządzanie programem |
| Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych | Huntsville, AL | Zarządzanie inżynierią ETS |
| Narodowe Laboratorium Los Alamos | Los Alamos, Nowy Meksyk | Badania paliw i materiałów |
| Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla (NASA) | Huntsville, AL | Symulacja/testowanie materiałów i komponentów |
| Western Test Range / Western Space & Missile Center (USAF) | Vandenberg AFB, Kalifornia | Przegląd programu |
| Centrum Rozwoju Inżynierii Arnolda | Manchester, TN | Badanie przepływu wodoru |
| Firma produkcyjna UNK | Uncasville, Connecticut | Produkcja materiałów |
| Korporacja Grumman - Zakład Calverton | Long Island, Nowy Jork | Testowanie wodoru |
Planowane obiekty do testów naziemnych oszacowano na 400 mln USD dodatkowych funduszy, które miały zostać ukończone w 1992 r. W ciągu trzech do czterech lat zaplanowano mniej niż 50 testów podskalowych, a następnie rozbudowę obiektu, aby pomieścić od pięciu do 25 1000 sekund pełnowymiarowych testów silnik o mocy 2000 MW.
Początkowo PIPET [Particle Bed Reactor Integral Performance Element Tester] był pomyślany jako mały, tani eksperyment specyficzny dla SNTP do testowania i kwalifikowania paliwa PBR i elementów paliwowych. Żądania innych agencji, DOE i NASA, zaowocowały utworzeniem krajowego ośrodka testowego paliwa NTP, elementów paliwowych i silników. Jej rozmiary zwiększyły możliwości Programu SNTP w zakresie zabezpieczenia środków na tak dużą inwestycję budowlaną. Chociaż programowi SNTP postawiono żądania rozszerzenia zakresu obiektu, a kierownictwo programu SNTP próbowało koordynować wsparcie i finansowanie trzech agencji, DoD-DOE-NASA, nie uzyskano odpowiedniego wsparcia finansowego dla krajowego obiektu do testów naziemnych.
— Sprawozdanie końcowe SNTP,
Program miał również osiągnięcia techniczne, takie jak opracowanie włókien o wysokiej wytrzymałości i powłok węglikowych dla kompozytów węgiel-węgiel . Konstrukcja gorącej sekcji ewoluowała, aby wykorzystać cały węgiel-węgiel, aby zmaksymalizować temperaturę wlotową turbiny i zminimalizować wagę. Węgiel-węgiel ma znacznie niższe ogrzewanie jądrowe niż inne kandydujące materiały, więc naprężenia termiczne również zostały zminimalizowane. Prototypowe komponenty turbiny wykorzystujące polarny splot wzmacniający 2D zostały wyprodukowane do użytku w korozyjnym, wysokotemperaturowym środowisku wodoru występującym w proponowanym silniku napędzanym reaktorem ze złożem cząstek (PBR). Koncepcja reaktora ze złożem cząstek wymagała znacznej osłony przed promieniowaniem, nie tylko ze względu na ładunek, elektronikę i konstrukcję pojazdu, ale także w celu zapobieżenia niedopuszczalnemu odparowaniu kriogenicznego paliwa napędowego. Kompozytowa osłona chłodzona propelentem wolfram , który tłumi promienie gamma i pochłania neutrony termiczne, oraz wodorek litu , który ma duży przekrój poprzeczny rozpraszania dla neutronów szybkich i termicznych, działają dobrze przy niskiej masie w porównaniu ze starszymi osłonami borowo-glinowo-tytanowo-wodorkowymi (BATH).
Sandia National Labs była odpowiedzialna za kwalifikację powlekanego paliwa cząsteczkowego do wykorzystania w koncepcji jądrowego napędu termicznego SNTP.
| Zawodowiec | Kon | |
|---|---|---|
| Cykl krwawienia |
|
Wymagany rozwój turbiny wysokotemperaturowej i linii zasilających |
| Cykl ekspandera przepływu częściowego |
|
|