Sistemas para energia auxiliar nuclear - Systems for Nuclear Auxiliary Power

O programa Systems Nuclear Auxiliary POWER ( SNAP ) era um programa experimental de geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) e reatores nucleares espaciais pilotados durante a década de 1960 pela NASA .

SNAPs com números ímpares: geradores termoelétricos de radioisótopos

Os geradores termoelétricos com radioisótopos usam o calor da decomposição radioativa para produzir eletricidade.

SNAP-1

SNAP-1 foi uma plataforma de teste que nunca foi implantada, usando cério-144 em um ciclo de Rankine com mercúrio como fluido de transferência de calor . Operado com sucesso por 2500 horas.

SNAP-3

SNAP-3 foi o primeiro RTG usado em uma missão espacial (1961). Lançado a bordo dos satélites de navegação 4A e 4B da Marinha dos EUA . A saída elétrica deste RTG foi de 2,5 watts.

SNAP-7

Boia de navegação perto de Baltimore com uma luz intermitente alimentada por um SNAP 7A

SNAP-7 foi projetado para aplicações marítimas, como faróis e bóias; pelo menos seis unidades foram implantadas em meados da década de 1960, com os nomes SNAP-7A a SNAP-7F. SNAP-7D produziu trinta watts de eletricidade usando 225 kilocuries (8,3  PBq ) (cerca de quatro quilogramas) de estrôncio-90 como SrTiO 3 . Eram unidades muito grandes, pesando entre 1.870 e 6.000 libras (850 e 2.720 kg).

SNAP-9

Depois do SNAP-3 no Transit 4A / B, as unidades SNAP-9A serviram a bordo de muitas das séries de satélites Transit . Em abril de 1964, um SNAP-9A não conseguiu entrar em órbita e se desintegrou, dispersando cerca de 1 quilograma (2,2 lb) de plutônio-238 em todos os continentes. A maior parte do plutônio caiu no hemisfério sul. Estimados 6300 GBq ou 2100 pessoa-Sv de radiação foram liberados e levaram ao desenvolvimento da NASA de tecnologia de energia solar fotovoltaica.

SNAP-11

SNAP-11 era um RTG experimental destinado a alimentar as sondas Surveyor durante a noite lunar. Os RTGs de cúrio-242 teriam produzido 25 watts de eletricidade usando 900 watts de energia térmica por 130 dias. A temperatura da junção quente era 925 ° F (496 ° C; 769 K), a temperatura da junção fria era 350 ° F (177 ° C; 450 K). Eles tinham um sistema de controle térmico NaK líquido e uma veneziana móvel para descarregar o excesso de calor. Eles não foram usados ​​nas missões do Surveyor.

Em geral, o bloco de combustível SNAP 11 é uma unidade cilíndrica multimaterial que ocupa o volume interno do gerador. A cápsula de combustível TZM (liga de molibdênio), abastecida com cúrio-242 (Cm 2 O 3 em uma matriz de irídio) está localizada no centro do bloco de combustível. A cápsula é cercada por uma esfera de platina, aproximadamente 2+1 ⁄ 4 polegadas de diâmetro, que fornece proteção e atua como um absorvedor de energia para considerações de impacto. Este conjunto é incluído em subconjuntos de grafite e berílio para fornecer a distribuição térmica adequada e proteção ablativa.

SNAP-19

SNAP-19 (B) foi desenvolvido para o satélite Nimbus-B pela Divisão Nuclear da Martin-Marietta Company (agora Teledyne Energy Systems). Abastecido com plutônio-238, dois geradores termopares paralelos de telureto de chumbo produziram um máximo inicial de aproximadamente 30 watts de eletricidade. O Nimbus 3 usou um SNAP-19B com o combustível recuperado da tentativa do Nimbus-B1.

O SNAP-19 impulsionou as missões Pioneer 10 e Pioneer 11 . Eles usaram elementos termoelétricos 2N-PbTe tipo n e TAGS-85 tipo p.

SNAP-19B modificados foram usados ​​para os módulos de pouso Viking 1 e Viking 2 .

Um SNAP-19C foi usado para alimentar uma matriz de telemetria em Nanda Devi em Uttarakhand para uma operação da CIA para rastrear lançamentos de mísseis chineses.

SNAP-21 e 23

O SNAP-21 e o SNAP-23 foram projetados para uso subaquático e usavam estrôncio-90 como fonte radioativa, encapsulado como óxido de estrôncio ou titanato de estrôncio . Eles produziram cerca de dez watts de eletricidade.

SNAP-27

SNAP-27 na Lua.

Cinco unidades SNAP-27 forneceram energia elétrica para os Pacotes de Experimentos da Superfície Lunar da Apollo (ALSEP) deixados na Lua pela Apollo 12 , 14 , 15 , 16 e 17 . A fonte de alimentação SNAP-27 pesava cerca de 20 kg, tinha 46 cm de comprimento e 40,6 cm de diâmetro. Consistia em uma cápsula de combustível central rodeada por anéis concêntricos de termopares. Fora dos termopares havia um conjunto de aletas para fornecer a rejeição de calor do lado frio do termopar. Cada um dos dispositivos SNAP produziu aproximadamente 75 W de energia elétrica a 30 VCC. A fonte de energia para cada dispositivo era uma haste de plutônio-238 fornecendo uma potência térmica de aproximadamente 1250 W. Esta cápsula de combustível, contendo 3,8 quilogramas (8,4 lb) de plutônio-238 na forma de óxido (44.500  Ci ou 1,65  PBq ), foi transportada para a Lua em um barril de combustível separado anexado ao lado do Módulo Lunar . O barril de combustível forneceu isolamento térmico e adicionou suporte estrutural à cápsula de combustível. Na Lua, o piloto do Módulo Lunar removeu a cápsula de combustível do barril e a inseriu no GTR.

Essas estações transmitiram informações sobre terremotos e impactos de meteoros, campos magnéticos e gravitacionais lunares, a temperatura interna da Lua e a atmosfera da Lua por vários anos após as missões. Após dez anos, um SNAP-27 ainda produzia mais de 90% de sua produção inicial de 70 watts.

O barril de combustível da unidade SNAP-27 transportada pela missão Apollo 13 está atualmente em 20.000 pés (6.100 m) de água no fundo da Fossa de Tonga no Oceano Pacífico . Esta missão falhou ao pousar na lua, e o módulo lunar que carregava seu gerador queimou durante a reentrada na atmosfera terrestre, com a trajetória disposta de forma que o barril pousasse na trincheira. O barril sobreviveu à reentrada, como foi projetado para fazer, e nenhuma liberação de plutônio foi detectada. Espera-se que os materiais resistentes à corrosão da cápsula a contenham por 10 meias-vidas (870 anos).

SNAPs pares: reatores nucleares compactos

Montagem do núcleo do reator nuclear SNAP 8 DR.

Uma série de reatores nucleares compactos destinados ao uso espacial, os SNAPs de numeração par, foram desenvolvidos para o governo dos Estados Unidos pela divisão Atomics International da North American Aviation .

Reator Experimental SNAP (SER)

O SNAP Experimental Reactor (SER) foi o primeiro reator a ser construído dentro das especificações estabelecidas para aplicações em satélites espaciais. O SER usava hidreto de urânio e zircônio como combustível e liga eutética de sódio-potássio ( NaK ) como refrigerante e operava a aproximadamente 50 kW térmicos. O sistema não tinha uma conversão de energia, mas usava um sistema de jato de ar de aquecimento secundário para dissipar o calor para a atmosfera. O SER usou um dispositivo moderador refletor de reator semelhante ao SNAP-10A, mas com apenas um refletor. A crítica foi alcançada em setembro de 1959, com a paralisação final concluída em dezembro de 1961. O projeto foi considerado um sucesso. Deu confiança contínua no desenvolvimento do Programa SNAP e também levou a pesquisas aprofundadas e desenvolvimento de componentes.

SNAP-2

O SNAP-2 Developmental Reactor foi o segundo reator SNAP construído. Este dispositivo usava combustível de hidreto de urânio-zircônio e tinha uma potência de reator projetada de 55 kW t . Foi o primeiro modelo a usar um conjunto de controle de vôo e foi testado de abril de 1961 a dezembro de 1962. O conceito básico era que a energia nuclear seria uma fonte de energia de longo prazo para cápsulas espaciais tripuladas. No entanto, a cápsula da tripulação teve que ser protegida da radiação mortal que flui do reator nuclear. Cercar o reator com um escudo de radiação estava fora de questão. Seria muito pesado para ser lançado com os foguetes disponíveis na época. Para proteger a "tripulação" e a "carga útil", o sistema SNAP-2 usava um "escudo de sombra". O escudo era um cone truncado contendo hidreto de lítio . O reator estava na extremidade pequena e a cápsula / carga útil da tripulação estava na sombra da extremidade grande.

Os estudos foram realizados no reator, componentes individuais e sistema de suporte. A Atomics International, uma divisão da North American Aviation, fez o trabalho de desenvolvimento e teste. A unidade SNAP-2 Shield Development foi responsável pelo desenvolvimento do escudo de radiação. Criar o escudo significa derreter hidreto de lítio e lançá-lo na forma necessária. A forma era um grande cone truncado. O hidreto de lítio derretido teve que ser despejado no molde de fundição um pouco de cada vez, caso contrário, ele quebraria ao esfriar e solidificar. Rachaduras no material do escudo seriam fatais para qualquer tripulação espacial ou carga útil dependendo dela, porque permitiria que a radiação fluísse para o compartimento da tripulação / carga útil. À medida que o material resfria, ele forma uma espécie de vórtice oco no meio. Os engenheiros de desenvolvimento tiveram que criar maneiras de preencher o vórtice enquanto mantinham a integridade do escudo. E, ao fazer tudo isso, eles tinham que ter em mente que estavam trabalhando com um material que poderia ser explosivamente instável em um ambiente úmido rico em oxigênio. A análise também revelou que sob gradientes térmicos e de radiação, o hidreto de lítio pode se dissociar e íons de hidrogênio podem migrar através do escudo. Isso produziria variações na eficácia da blindagem e poderia sujeitar as cargas úteis a radiação intensa. Esforços foram feitos para mitigar esses efeitos.

O SNAP 2DR usava um dispositivo moderador de refletor de reator semelhante ao SNAP-10A, mas com dois refletores móveis e internos fixos. O sistema foi projetado de forma que o reator pudesse ser integrado a um ciclo de mercúrio Rankine para gerar 3,5 kW de eletricidade.

SNAP-8

Os reatores SNAP-8 foram projetados, construídos e operados pela Atomics International sob contrato com a National Aeronautics and Space Administration . Dois reatores SNAP-8 foram produzidos: o SNAP 8 Experimental Reactor e o SNAP 8 Developmental Reactor. Ambos os reatores SNAP 8 usaram o mesmo combustível de hidreto de zircônio e urânio altamente enriquecido que os reatores SNAP 2 e SNAP 10A. O design SNAP 8 incluídos circuitos primário e secundário NaK à transferência de calor para o mercúrio de Rankine sistema de conversão de energia. O sistema de geração elétrica para os reatores SNAP 8 foi fornecido pela Aerojet General .

O SNAP 8 Experimental Reactor foi um reator de 600 kW t testado de 1963 a 1965.

O SNAP 8 Developmental Reactor tinha um núcleo de reator medindo 9,5 por 33 polegadas (24 por 84 cm), continha um total de 18 libras (8,2 kg) de combustível e tinha uma potência nominal de 1 MW t . O reator foi testado em 1969 no Laboratório de Campo de Santa Susana .

SNAP-10A

Artigo principal: SNAP-10A

O SNAP-10A era um sistema de energia de reator nuclear qualificado para o espaço lançado no espaço em 1965 sob o programa SNAPSHOT . Foi construído como um projeto de pesquisa para a Força Aérea, para demonstrar a capacidade de gerar maior potência do que os RTGs. O reator empregou dois refletores móveis de berílio para controle e gerou 35 kW t no início da vida. O sistema gerava eletricidade circulando NaK em torno de termopares de telúrio de chumbo. Para mitigar os riscos de lançamento, o reator não foi iniciado até atingir uma órbita segura.

O SNAP-10A foi lançado na órbita da Terra em abril de 1965 e usado para alimentar um satélite de pesquisa Agena-D , construído pela Lockheed / Martin. O sistema produziu 500 W de energia elétrica durante um teste de vôo abreviado de 43 dias. O reator foi encerrado prematuramente por um receptor de comando com defeito. Prevê-se que permanecerá em órbita por 4.000 anos.

Veja também

Citações

Fontes gerais

links externos