Reactoarele nucleare de pe nave spațiale sunt utilizate dacă cantitatea necesară de energie nu poate fi obținută în alte moduri, de exemplu, folosind panouri solare sau surse izotopice de energie .
Primul reactor nuclear folosit pe o navă spațială a fost americanul SNAP-10A , creat ca parte a programului SNAP (abreviat din engleză. Systems for Nuclear Auxiliary Power ). A fost instalat la bordul Snapshot de 440 kg lansat pe 3 aprilie 1965 de un vehicul de lansare Atlas . Trebuia să efectueze teste de zbor ale reactorului în termen de 90 de zile . Reactorul a fost dezvoltat de Boeing pentru Forțele Aeriene și Comisia pentru Energie Atomică a SUA . Reactorul termic a folosit uraniu-235 ca combustibil, hidrură de zirconiu ca moderator și o topitură de sodiu - potasiu ca lichid de răcire . Puterea termică a reactorului a fost de aproximativ 40 kW . Puterea electrică furnizată de convertorul termoelectric a variat între 500 și 650 W.
Reactorul a funcționat cu succes timp de 43 de zile - până la 16 mai 1965. În această zi, propulsorul experimental de ioni , instalat și el la bord, a fost pornit pentru prima dată. Munca lui a fost însoțită de numeroase defecțiuni de înaltă tensiune, impulsul electromagnetic de la care a perturbat echipamentul de bord. În plus, la o comandă falsă, au fost renunțate detalii despre proiectarea reflectorului reactorului, ceea ce a dus la blocarea lui ireversibilă.
Reactorul sovietic de convertizor termoelectric „Romashka” a fost lansat pentru prima dată la Institutul de Energie Atomică („ Institutul Kurchatov ”) pe 14 august 1964. Reactorul cu neutroni rapidi avea o putere termică de 40 kW și folosea carbură de uraniu drept combustibil . Convertorul termoelectric pentru elemente semiconductoare siliciu - germaniu a fost dezvoltat și fabricat la Institutul de Fizică și Tehnologie Sukhumi și a produs o putere de până la 800 W.
Serghei Pavlovici Korolev intenționa să folosească Romashka pe nave spațiale în combinație cu propulsoare cu plasmă pulsată . Testele Romashka s-au încheiat la mijlocul anului 1966, după moartea lui Korolev, dar reactorul nu a fost niciodată folosit în spațiu.
Următoarea centrală nucleară, BES-5 Buk , a fost folosită pe satelitul de recunoaștere radar US-A . Primul aparat din această serie a fost lansat pe 3 octombrie 1970 de la Baikonur (" Kosmos-367 "). Buk-ul în sine a fost dezvoltat din 1960 la Krasnaya Zvezda NPO.
Puterea electrică a instalației a fost de 3 kW cu o putere termică de 100 kW , durata maximă de viață a BES-5 a fost de 124 (conform altor surse - 135) zile. Instalația cu dublă buclă avea un reactor cu neutroni rapid BR-5A și un generator termoelectric , lichidul de răcire al ambelor bucle era un aliaj eutectic sodiu-potasiu (punct de topire -11 °C [1] ), temperatura în prima buclă a fost de 700 °C, în al doilea 350 °C. Masa întregii instalații este de aproximativ 900 kg [2] [3] [4] [5] .
Miezul reactorului este format din 37 de bare de combustibil , cu un spațiu minim posibil între ele. Fiecare element combustibil conţine trei blocuri de uraniu - molibden de 55 mm lungime şi două blocuri de beriliu de 100 mm lungime , formând reflectoare de capăt . Masa totală a uraniului este de 30 kg , îmbogățirea în izotopul 235 este de până la 90%. Vasul reactor sub forma unei prisme hexagonale cu dimensiunea la cheie de 140 mm este inconjurat de un reflector lateral din beriliu de 100 mm grosime . În reflector, șase tije de beriliu se pot deplasa paralel una cu cealaltă - comenzile reactorului [2] .
Reflectorul lateral era format din secțiuni separate, trase împreună cu o bandă de oțel. Se presupunea că atunci când satelitul părăsește orbită și îl lovește în straturile dense ale atmosferei, banda ar trebui să se ardă rapid, reflectorul se va destrăma și zona activă se va arde. După căderea fără succes la 24 ianuarie 1978 a aparatului Kosmos-954 , designul a fost schimbat: toate barele de combustibil au început să fie ejectate forțat de un actuator cu gaz [2] [3]
Următoarea centrală nucleară spațială sovietică a fost TEU-5 Topol (Topaz-1), lansată pentru prima dată pe orbită pe 2 februarie 1987, ca parte a navei experimentale Plasma-A ( Cosmos-1818 ). Lucrările la Topaz au început din anii 1960. Testele la sol au început în 1970. Designerul șef a fost „ Steaua Roșie ”. [6]
Combustibilul din reactor era dioxid de uraniu îmbogățit cu 90%, iar lichidul de răcire era o topitură de potasiu-sodiu. [6] Reactorul avea o putere termică de 150 kW , iar cantitatea de 235 U din reactor a fost redusă la 11,5 kg față de 30 kg în BES-5 Buk.
Topaz a folosit un convertor termoionic de energie termică în energie electrică. [6] Un astfel de convertor este similar cu un tub de vid: un catod de molibden acoperit cu wolfram, încălzit la o temperatură ridicată, emite electroni care depășesc un spațiu umplut cu ioni de cesiu de joasă presiune și intră în anod. Circuitul electric este închis prin sarcină. Puterea electrică de ieșire a convertorului a variat între 5 și 6,6 kW .
Cu o resursă estimată la un an, deja pe a doua navă spațială Plasma-A ( Cosmos-1867 ), Topaz a lucrat mai mult de 11 luni .
Reactorul-convertor „Yenisei” trebuia să funcționeze ca parte a satelitului direct de televiziune „Ekran-AM”, dar acest proiect a fost închis. Produsul a fost un reactor, în miezul căruia nu existau elemente de combustibil tradiționale, ci canale de generare a energiei integrale. Erau „tablete” de dioxid de uraniu îmbogățit până la 96%, un catod, un anod, un canal de cesiu și restul „conductelor”. Puterea termică a „Yenisei” a fost de aproximativ 115-135 kW, electrică - aproximativ 4,5-5,5 kW. Purtătorul de căldură a fost o topitură de sodiu-potasiu.
În 1992, Statele Unite au cumpărat două centrale nucleare Yenisei (Topaz-2) de la Rusia pentru 13 milioane de dolari. Unul dintre reactoare ar fi trebuit să fie folosit după teste amănunțite la sol în 1995 în Programul de testare pentru zboruri spațiale cu propulsie electrică nucleară [7 ] . Totuși, în 1993, din cauza reducerilor bugetare, s-a decis să se limiteze la teste la sol, iar în 1996 proiectul a fost închis.
În noiembrie 2017, în Statele Unite, Centrul de Cercetare Glenn a început testarea unui prototip demonstrativ al centralei cu reactor Kilopower , concepută pentru a genera energie electrică cu o putere de ieșire de până la 10 kW și cu o resursă de 10 ani la suprafață. lui Marte [8] [9] [10] .