Tengo entendido que los reactores de cohetes térmicos nucleares de núcleo sólido son diseños extremadamente agresivos que operan en los límites de los materiales y tienen una potencia térmica específica increíblemente alta.
¿Los reactores nucleares espaciales destinados a generar grandes cantidades de energía eléctrica comparten las mismas propiedades?
Un NTR (cohete térmico nuclear) funciona a niveles de potencia de aproximadamente 1,2 a muchos cientos de gigavatios.
Con una masa del núcleo del reactor inferior a 1/1000 de la de un reactor de energía nuclear con base en tierra contenido "normal" de potencia similar.
Un NTR opera a una temperatura central de aproximadamente 3000K
Un reactor de potencia opera a una temperatura central de aproximadamente 300c (570K-isk)
Sí, NTR es "agresivo" visto desde este punto de vista.
En comparación con los sistemas de energía de fisión nuclear espacial: simplemente NO se amplían muy bien sin las capacidades de protección y enfriamiento de los sistemas terrestres. A menos que incorpore el blindaje y la contención, y reemplace su sistema externo de enfriamiento de agua asistido por gravedad con un sistema de enfriamiento radiativo de circuito cerrado autónomo. En cuyo caso, el reactor espacial será MÁS masivo que la central eléctrica terrestre.
En la tecnología actual, el pináculo absoluto de los reactores nucleares de energía eléctrica adecuados para su uso en el espacio son las unidades KiloPower . Que, como sugiere el nombre, proporcionan energía en el rango de kilovatios de un solo dígito. Y aún no está listo, TRL 5-6 más o menos. (escala real, pruebas de laboratorio, de prototipos, en condiciones que no sean de campo)
Con 1500 kg cada uno para la unidad de 1 Kw, la masa por potencia es algo... decepcionante. Un grupo que iguale la potencia del NERVA más pequeño pesaría 1700 toneladas métricas.
Argumentaré que estos tipos de reactores no son directamente comparables.
Mientras que un alto "alfa" (potencia/masa) es deseable tanto para los NTR como para los reactores de energía eléctrica, el factor limitante que causa el mayor dolor de cabeza para los materiales NTR es la temperatura del reactor, con Isp proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura (no del todo proporcional , debido a la disociación de hidrógeno).
El Isp, a su vez, termina teniendo un impacto exponencial en la masa del vehículo debido a la tiranía de la ecuación del cohete.
En un reactor que genera electricidad, por otro lado, la temperatura no tiene impacto en Isp cuando se usa para propulsión eléctrica.
Sin embargo, la temperatura tiene un impacto en la eficiencia termodinámica, ya que un motor térmico con un gradiente de temperatura más alto es más eficiente (con rendimientos decrecientes). Además, esto se complica porque los motores térmicos en el espacio funcionan "calientes" en el extremo frío para reducir la masa del radiador.
Entonces, si bien la masa del sistema es un objetivo compartido, se calcula de manera diferente. Para un NTR, la masa es principalmente motor + propulsor, mientras que para un sistema eléctrico es reactor + motor térmico + radiadores.
Y aunque la temperatura máxima es un objetivo compartido, se rige por diferentes leyes físicas, la velocidad del gas y la eficiencia del motor térmico.
Además, un NTR proporciona un gran impulso durante minutos, mientras que los sistemas eléctricos proporcionan un pequeño impulso durante meses. Ni siquiera los perfiles de misión son comparables.
Son manzanas con naranjas, por lo que "agresivo" no tiene mucho significado.
GDD
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