Автоматическое управление ядерными КЭУ - Энергетические установки с термоэлектрическим преобразованием тепловой энергии

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

1.4. 1. Принципиальная схема

Можно считать рациональным построение энергоустановок с термоэлектрическим преобразованием тепловой энергии в электрическую по трем принципиальным схемам.
Самой простой из них является схема без теплоносителя, показанная на рис. 1. 13.
Такая энергоустановка состоит из реактора с активной зоной и отражателем 3, системы 1 запуска и регулирования реактора, термоэлементов 8 «п»- и «р»-типа, коммутационных шин 4, подсоединяющих термоэлементы по «горячим» спаям, ребер 5, излучающих тепло и одновременно являющихся коммутационными шинами по «холодным» спаям термоэлементов, и изоляторов 6, обеспечивающих электроизоляцию термоэлементов от корпуса реактора.
По такой бесконтурной схеме была разработана энергоустановка «Ромашка» (СССР) и SNAP-10 (США) (рис. 1.14, а).

Рис. 1. 13. Принципиальная схема бесконтурной энергоустановки с термоэлектрическим преобразованием:
1 — система регулирования; 2 — активная зона; 3 — боковой отражатель; 4 — коммутационная шина; 5 — излучательные ребра; 6 — изолятор; 7 — потребитель; 8 — термоэлементы «п» и «р»-типа

Энергоустановка SNAP-10 состоит из реактора, на наружной поверхности которого установлены термоэлементы 5, причем горячие спаи термоэлементов нагреваются теплом, выделяющимся в реакторе, а холодные спаи соединены с излучательными ребрами 4, тепло с которых излучением отводится в космическое пространство.
В качестве ядерного горючего используется сплав урана U235 с цирконием, гидрированный водородом. ТВЭЛы реактора имеют форму круглых дисков. Отражателем 3 являются бериллиевые пластины, одновременно служащие и теплопроводящим устройством для подвода тепла к спаям термоэлементов.

Рис. 1. 14. Энергоустановка SNAP-10:
а — общий вид: 1— торцовый отражатель; 2 — активная зона; 3 — боковой отражатель; 4 — излучательные ребра; 5 — термоэлементы;
б —зависимость массы энергоустановки от выдаваемой электрической мощности: 1 — общая масса; 2 — масса излучателя; 3 — масса реактора-преобразователя

Мощность энергоустановок, построенных по такой схеме, ограничена вследствие ограниченной площади излучения реактора. Увеличивать же площадь излучения реактора нерационально, так как при этом в существенно большей степени возрастает масса энергоустановки, что хорошо видно из рис. 1. 14, б.
Второй возможной принципиальной схемой является одноконтурная энергоустановка с теплоносителем.
По этой схеме построена энергоустановка SNAP-10A (рис. 1. 15), которая прошла испытания в космосе.
Тепло, получаемое в реакторе 2, снимается теплоносителем — эвтектическим сплавом NaK-78, и переносится в излучатель-генератор, состоящий из груб теплоносителя, на которые установлены термоэлементы 4 «п»· и «р»-типа.
Электрическая коммутация термоэлементов по горячим спаям осуществляется медными шинами 5; термоэлементы изолированы от труб теплоносителя дисками 6 из окиси бериллия. Коммутация термоэлементов по холодным спаям обеспечивается алюминиевыми излучательными пластинами 3, а изоляция — зазорами 7 между соседними излучательными пластинами. Необходимость коммутационных шин вызвана малыми размерами термоэлементов; они соединяются последовательно-параллельно для получения достаточных величин напряжений и тока.
Циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи электромагнитного насоса, электропитание которого поступает от специального термоэлектрогенератора (ТЭГ), смонтированного совместно со своими излучательными ребрами в единый агрегат I. Теплоноситель нагревает горячие спаи термоэлементов насосной секции ТЭГ, а излучательные ребра отдают в пространство тепло, отобранное у холодных спаев.
Третьей возможной принципиальной схемой энергоустановки с термоэлектрическим преобразованием является двухконтурная схема с теплоносителем (рис. 1. 16).

Рис. 1. 15. Принципиальная схема энергоустановки SNAP-10A: 1 — электромагнитный насос со своим генератором; 2 — реактор; 3 — излучательные пластины излучателя-генератора; 4 — термоэлементы «п»- и «р»-типа; 5 — коммутационная шина; 6 — изолятор; 7 — зазор; 8 — блок управления

Рис. 1. 16. Принципиальная схема двухконтурной энергоустановки с термоэлектрическим преобразованием:
1 — реактор; 2 — термоэлектрогенератор; 3 — насос реакторного контура; 4 — насос излучательного контура; 5 — излучатель; 6 — потребитель

Здесь теплоноситель реакторного контура прогревается в реакторе 1 до 973 К и насосом 3 подается в ТЭГ 2, где отдает свое тепло горячим спаям термоэлементов. В свою очередь, теплоноситель излучательного контура снимает это тепло с холодных спаев термоэлементов и выносит его из ТЭГ в излучатель 5, где оно сбрасывается в космическое пространство. Циркуляция теплоносителя в излучательном контуре обеспечивается своим насосом 4.

В качестве теплоносителя обоих контуров используются щелочные металлы и их эвтектические сплавы. Питать насосы рационально от специальной (насосной) секции ТЭГ.
Такая схема энергоустановки удобна тем, что позволяет отдельно доводить термоэлектрогенератор одновременно с доводкой энергоустановки (в данном случае SNAP-8) с машинным преобразователем и в нужный момент без существенной переделки всей конструкции энергоустановки заменить турбинный контур термоэлектрическим генератором - преобразователем.
Использование большего, чем два, числа контуров уже менее целесообразно, так как это связано с уменьшением к. п. д. системы и ее надежности, хотя и не исключается для решения специальных задач, таких, как например, уменьшение влияния наведенного радиоактивного излучения теплоносителя, протекающего вблизи приборного отсека за радиационной защитой, и др.
В частности, по такой схеме в США разработана термоэлектрическая энергоустановка с выходной электрической мощностью 25 кВт для большой орбитальной обитаемой космической станции (ООКС), характеристики которой приведены в табл. 1.3 [26, 73].
Там же приведены основные характеристики трех энергоустановок SNAP-10, SNAP-10A и SNAP-8 с ТЭГ, причем параметры последней КЭУ даны в предположении, что они практически не будут отличаться (за исключением выходной электрической мощности) от параметров SNAP-8. Кроме того, в таблице приведены возможные характеристики двух усовершенствованных энергоустановок с термоэлектрическим преобразователем, в которых использованы резервы, заложенные в конструкции и характеристиках SNAP-10A [2, 5, 22]. К этим резервам относятся: возможность повышения выходной температуры теплоносителя до 973 К для увеличения электрической мощности; использование более стойких радиационных элементов радиоаппаратуры при одновременном снижении массы защиты и уровней радиационных потоков путем удаления энергоустановки от космического корабля на 7,5—15 м для повышения ресурса системы; улучшение температурного режима термоэлементов на основе кремний-германия для повышения выходной электрической мощности.

1.4.2. Термоэлектрические материалы

К термоэлектрическим материалам, используемым в энергетических установках с термоэлектрическим преобразованием тепловой энергии в электрическую, предъявляются следующие основные требования:

1. высокий коэффициент «добротности»;
2. приемлемые механические характеристики (прочность, вибростойкость);
3. совместимость с конструкционными материалами при рабочих температурах;
4. химическая стабильность;
5. достаточно высокая температура плавления (превышающая рабочие температуры);
6. малые давления упругости пара;
7. технологичность.

Таблица 1. 3

К. п. д. термоэлектрического генератора (ТЭГ), помимо к. п. д. цикла Карно, определяется в основном добротностью термоэлектрического вещества, что видно из следующей формулы, полученной Иоффе А. Ф:

Как видно, к. п. д. термоэлектрогенератора зависит от перепада температур на термоэлементах и добротности термоэлектрического вещества.

Требования достаточно высоких механических свойств материалов обусловлено перегрузками, действующими на энергоустановки при выводе на заданную орбиту, а для энергоустановок с «жесткой» посадкой — еще и перегрузками, возникающими при ударе о поверхность планеты.
Химическая стабильность необходима в силу того, что для получения определенного типа проводимостей («n» или «р») полупроводниковое вещество обычно легируется соответствующими компонентами, которые и придают термоэлектрическому веществу нужные свойства. Малые значения упругости пара термоэлектрического вещества весьма важны при работе термоэлемента в вакууме, так как при большой величине упругости пара оно в вакууме будет изменять свое состояние.
Естественно, что удовлетворение одновременно всех требований практически невозможно, поэтому приходится поступаться некоторыми из них для удовлетворения остальных или прибегать к некоторым конструктивным ухищрениям. Так, для обеспечения достаточной механической прочности термоэлектрическое вещество ставят в такие условия, когда используются его лучшие свойства; например, заставляют работать его только на сжатие, а для обеспечения совместимости и технологичности применяют многочисленные коммутационные и переходные слои, для предотвращения же сублимации герметизируют термоэлектрическое вещество, окружают его инертным газом под наддувом и т. д.
Ассортимент термоэлектрических материалов для КЭУ ограничивается еще и тем, что для получения наибольшей выходной мощности установки необходимо сбросить с излучателя как можно больше тепла, для чего следует либо увеличивать поверхность излучателя, т. е. массу и габариты энергоустановки, либо поднять температуру излучателя, но не выше оптимальной по выходной электрической мощности.
В результате из всего многообразия термоэлектрических материалов, известных в настоящее время, для использования в космосе оказываются наиболее пригодными всего два типа:

1. Теллурид свинца, его аналоги и их твердые растворы для интервалов температур от 520 до 850 К.
2. Кремний-германиевые сплавы для более высоких температур до 1200 К.

Некоторые особенности компоновки

Рассмотрим компоновочные схемы двух энергоустановок: SNAP-10 b SNAP-10A.
Как видно из рис. 1. 14, энергоустановка SNAP-10 состоит из реактора со смонтированными на его поверхности термоэлементами и радиационной защиты. Согласно компоновочной схеме, энергоустановка размещается между отсеками космического аппарата, так как с обоих торцов реактор прикрыт радиационной защитой.

Рис. 1. 17. Схема энергоустановки SNAP-10A:
1 — излучатель-термогенератор; 2 — компенсационный бак; 3 — узлы крепления энергоустановки к ракете; 4 —приборный отсек; 5 — коллектор жидкометаллического контура; 6 — силовой каркас; 7 — защита; 8 — реактор; 9 —электромагнитный насос

Реактор состоит из двух одинаковых половин, перемещением которых осуществляется процесс запуска и вывода энергоустановки на номинальный режим. Реактор запускается на орбите при помощи механизма, который сдвигает обе половины реактора после того, как удалены специальные затворы, препятствующие их самопроизвольному сближению.
Поддержание необходимой температуры (после выхода реактора на заданную мощность) обеспечивается саморегулированием реактора в силу отрицательного температурного эффекта, присущего этому реактору.
Энергоустановка SNAP-10A построена по оптимальной компоновочной схеме космического аппарата. На рис. 1. 17 показана конструктивная схема этой энергоустановки, на рис. 1. 18 — общий вид в космосе, на рис. 1.19 — основные узлы энергоустановки, на рис. 1.20 — схема реактора и на рис. 1.21 ее головной блок.

Рис. 1. 18. Общий вид энергоустановки SNAP-10A в космосе

Энергоустановка SNAP-10A (см. рис. 1. 17) состоит из следующих основных узлов и систем: реактора 8, электромагнитного насоса 9 со своим термоэлектрическим генератором, радиационной защиты 7, излучателя-термогенератора 1, силового каркаса 6, компенсационной емкости 2, теплового экрана (на рис. не показан), системы запуска реактора, системы радиационной безопасности, расположенных в приборном контейнере 4 трубопроводов жидкометаллического контура 5.
Реактор 8 расположен в головной части энергоустановки. На выходной трубе теплоносителя, отходящей от центра верхней крышки реактора, установлен насос 9 теплоносителя со своим термоэлектрическим генератором. За реактором находится радиационная защита 7, в теневом конусе которой расположены все остальные агрегаты энергоустановки. Реактор и защита независимо друг от друга крепятся к верхнему шпангоуту силового каркаса 6 энергоустановки. На этом же силовом каркасе снаружи установлен излучатель-термогенератор 1, а внутри — компенсационная емкость 2. При помощи заднего силового шпангоута вся энергоустановка крепится к приборному контейнеру.
Расположение и размеры защиты обеспечивают на стыке энергоустановки и приборного контейнера расчетный интегральный нейтронный поток, равный 5-1012 нейтр/см², и интегральную дозу γ-излучения, равную 10'· Кл/кг за год работы энергоустановки.
Наибольший диаметр энергоустановки (у основания) 1,5 м; длина 3,65 м; масса 455 кг.

Некоторой особенностью рассматриваемой энергоустановки является то, что для предупреждения застывания теплоносителя в процессе вывода энергоустановки на орбиту и выхода ее на номинальный режим она закрывается специальным тепловым экраном с низкой степенью черноты, уменьшающим утечку тепла, запасенного в конструкции энергоустановки на старте. После того как энергоустановка будет запущена и выйдет на определенный уровень температуры, этот экран автоматически сбрасывается.

Рис. 1. 19. Основные узлы энергоустановки SNAP-10A:
1 — ТВЭЛ; 2 — отражатель; 3 — термоэлектрический модуль; 4 — активная зона реактора; 5 — вид сверху реактора в сборе; 6 — электромагнитный насос со своим генератором

Рис. 1.20. Схема реактора энергоустановки SNAP-10A:

1 — указатель положения барабана точной регулировки; 2 — узел затвора барабана точной регулировки; 3 — зубчатый сектор; 4 — электромотор привода барабана точной регулировки; 5 — ось; 6 — корпус реактора; 7 — кронштейн отражателя; 8 — узел разъема полуцилиндров отражателя; 9 — натяжная пружина стяжной ленты полуцилиндров отражателя; 10 — стяжная лента; 11 — отражатель; 12 — барабан точной регулировки; 13 — наземные стопорные замки; 14 — механизм расчленения полуцилиндров отражателя; 15 —трубопровод теплоносителя; 16 — пружины разброса полуцилиндров отражателя; 17 — фиксатор барабана грубой регулировки; 18 — барабан грубой регулировки

Рис. 1.21. Головной блок энергоустановки SNAP-10A:
1 — радиационная защита; 2 — реактор; 3 — электромагнитный насос

Энергоустановка SNAP-10A характеризуется также почти полным отсутствием движущихся частей, что исключает возмущающие моменты, могущие увести космический аппарат с заданной орбиты. Влияние поворотных органов запуска и регулирования реактора несущественно, так как, во-первых, они действуют только на начальном этапе работы энергоустановки, во-вторых, их воздействие вследствие симметричного расположения относительно продольной оси взаимно компенсируется.

Особенности системы запуска и управления реактора энергоустановки SNAP-10A

В этом и последующих разделах приводятся относительно подробные данные по энергоустановке SNAP-10A, прошедшей испытание в космосе.
Структурная схема системы регулирования энергоустановки SNAP-10A аналогична схеме, описанной в подразд. 1.3.5, поэтому здесь приводятся лишь ее некоторые особенности. На рис. 1.20 показаны все исполнительные элементы системы регулирования и управления реактора.
Регулирование реактора энергоустановки SNAP-10A, так же как и других гидридных реакторов систем SNAP, осуществляется путем изменения утечки нейтронов из реактора при помощи четырех барабанов, разбитых на две группы: два барабана грубого регулирования 18 и два — тонкого регулирования 12. Барабаны приводятся способом, аналогичным рассмотренному в подразд. 1.3.5. Передача движения от двигателя к барабану тонкого регулирования производится через редуктор, в который входит зубчатое колесо, установленное на оси двигателя, и зубчатый сектор 3, закрепленный на барабане 12. Скорость вращения барабанов тонкого регулирования составляет — 0,00333 град/с.
Запуск реактора также осуществляется по команде с Земли, причем барабаны грубого регулирования под действием пружинных механизмов резко вдвигаются в отражатель, скачком уменьшая подкритичность реактора. Барабаны же тонкого регулирования вводятся электродвигателем 4 в отражатель медленно, так что реактор достигает критичности за 7 ч. После достижения критичности начинает увеличиваться мощность реактора и расти температура теплоносителя, причем рост мощности ограничивается отрицательным температурным коэффициентом реактивности реактора. Теплоноситель прогревается сначала только в реакторе, но потом тепло в силу теплопроводности достигает термоэлементов термоэлектрогенератора насоса, и поэтому насос, расположенный непосредственно около реактора, начинает прокачивать теплоноситель по контуру. При достижении температуры теплоносителя 408К автоматически сбрасывается тепловой экран, предохранявший энергоустановку от застывания теплоносителя.
После достижения номинальных значений температуры теплоносителя на выходе из реактора и мощности реактора система регулирования отключается, и дальнейшее регулирование обеспечивается в силу влияния отрицательного температурного коэффициента реактивности. При этом вследствие отравления реактора и выгорания горючего мощность и температура снижаются со временем. Чтобы обеспечить постоянство мощности и выходной температуры реактора необходимо, чтобы система регулирования действовала в течение всего времени работы установки.

Излучатель-генератор энергоустановки SNAP-10A

Излучатель-генератор состоит из каркаса, образованного трубопроводами теплоносителя, термоэлементов «п»- и «р»-типа с коммутационными шинами и изоляторами и излучательных пластин. Каркас трубопроводов теплоносителя образован двумя кольцевыми коллекторами (передним и задним), соединенными между собой сорока трубами, равнорасположенными по образующим конусной поверхности. Коллекторы имеют по два подвода и два отвода теплоносителя. Каждая продольная труба состоит из трех модулей — участков трубы, на которых заранее установлены термоэлементы. Длина модуля составляет 1200 мм. На рис. 1. 19 — 3 показана часть модуля. Модули между собой соединяются сваркой. Модуль состоит из тонкостенной трубки, сплюснутой с одной стороны. На ее плоской поверхности установлены 24 термоэлемента по 12 «n»- и «р»-типов в виде цилиндрических столбиков; от трубы термостолбики изолированы дисками из окиси алюминия. Для обеспечения нужного напряжения термоэлементы модуля соединены между собой последовательно. Термоэлементы соединены по горячим спаям коммутационными шинами — медными пластинами, а по холодным -алюминиевыми пластинами. Для обеспечения термических расширений каждая из пластин имеет компенсатор в виде зига. Холодные спаи изолированы друг от друга зазорами между алюминиевыми пластинами, что исключает дополнительное термическое сопротивление, которое появляется в двухконтурной схеме термоэлектрогенератора вследствие необходимости ставить изолятор на холодном спае. Алюминиевые пластины являются одновременно и излучательными, отводящими тепло, прошедшее через термоэлемент. Для этой цели наружная поверхность пластины имеет специальное покрытие с высокой излучательной способностью; его степень черноты ε = 0,89. Все соединения между отдельными элементами паяные, что обеспечивает минимальные термическое и омическое сопротивления по местам соединений и высокую прочность.
Для уменьшения перетечек тепла от труб теплоносителя непосредственно на излучательные пластины (минуя термоэлементы), поверхность излучательных пластин с внутренней стороны и поверхность труб теплоносителя имеет низкую степень черноты (ε = 0,1), для чего внутренняя поверхность алюминиевых пластин полируется, а поверхность трубок — золотится.
Для надежности все термоэлементы соединены в две параллельные ветви по 1440 термоэлементов в каждой, так что при выходе одного термоэлемента в последовательной цепи одной ветви термоэлектрогенератора вторая ветвь будет работать.
В связи с тем, что тепло на излучательную пластину поступает через ограниченную площадь, температура пластины по краям будет меньше, чем посредине и поэтому излучательная эффективность пластины составляет около 80%.
Основные характеристики термоэлектрического генератора- излучателя SNAP-10A приведены в табл. 1. 4.

Таблица 1. 4

Для более полного представления о возможной конструкции термоэлектрического преобразователя-генератора (ТЭГ) коротко остановимся на ТЭГ двухконтурной энергоустановки. В такой энергоустановке, в отличие от рассмотренной выше, излучатель и ТЭГ представляют собой самостоятельные агрегаты. Конструкция излучателя в этом случае принципиально не отличается от конструкции, описанной в разд. 1.3.
Термоэлектрогенератор является теплообменником, в котором теплоносители реакторного (горячего) контура и излучательного (холодного) контура протекают по параллельным каналам, между которыми зажаты термоэлементы. Эти каналы могут быть выполнены в виде труб, сплющенных с двух сторон, в виде щелевых панелей и др. Коммутация термоэлементов между собой осуществляется примерно так же, как это делается по горячему спаю в излучателе-генераторе SNAP-10A.
Изоляция термоэлементов холодных и горячих теплопроводов обеспечивается пластинами из окиси алюминия или другого изолятора. Соединение термоэлементов должно быть также параллельно-последовательным для обеспечения необходимой надежности и соответствующих величин силы тока в напряжения.
Для того чтобы ТЭГ был компактным, можно делать несколько этажей таких слоеных систем (т. е. трубопроводы горячего и холодного теплоносителя и между ними термоэлементы), которые заключаются в кожух. Преимуществом таких конструкций является возможность поагрегатной их отработки и более легкие условия борьбы с сублимацией термоэлементов, так как в этом случае они не сообщаются с вакуумом. Самой же сложной проблемой при конструировании таких ТЭГ является получение минимальных термических сопротивлений при обеспечении термических расширений элементов конструкции, работающих при значительных температурных перепадах.
Двухконтурная схема может быть использована в энергоустановках большой мощности (например, ООКС).

Электромагнитный насос энергоустановки SNAP-10A

Рис. 1.22. Схема электромагнитного насоса: 1 — полюсы магнита; 2 — канал теплоносителя; 3 — токовые шины

В энергоустановке SNAP-10A для обеспечения циркуляции теплоносителя по контуру энергоустановки используется электромагнитный кондукционный насос постоянного тока (рис. 1.22). Работа такого насоса основана на использовании свойства выталкивания магнитным полем проводника, по которому течет ток. Здесь проводником служит жидкий металл, циркуляция которого и обеспечивается магнитным насосом.
Магнитный поток создается постоянным магнитом 1 из Алнико V, дающим магнитную индукцию 0,24 Тл; между полюсами магнита находится плоский канал 2 теплоносителя. Ток подается через шины 3, припаянные прямо к стенкам плоского канала. Особенностью этих насосов является необходимость использования большой силы тока (700 А) при малых напряжениях. Необходимые ток и напряжение на coca обеспечиваются термоэлементами на основе РbТе, горячие спаи которых при- коммутированы к трубе теплоносителя, являющейся каналом насоса, а холодные — к четырем алюминиевым ребрам, отводящим тепло в космическое пространство.
Магнитный поток создается постоянным магнитом I из Алнико V, дающим магнитную индукцию 0,24 Тл; между полюсами магнита находится плоский канал 2 теплоносителя. Ток подается через шины 3, припаянные прямо к стенкам плоского канала. Особенностью этих насосов является необходимость использования большой силы тока (700 А) при малых напряжениях. Необходимые ток и напряжение на coca обеспечиваются термоэлементами на основе РbТе, горячие спаи которых при- коммутированы к трубе теплоносителя, являющейся каналом насоса, а холодные — к четырем алюминиевым ребрам, отводящим тепло в космическое пространство.
Общий вид насоса SNAP-10A представлен на рис. 1. 19. Он обеспечивает перепад давления между входом и выходом 9,3 кПа при расходе 820 см³/с. Полный к. п. д. насоса 1%, масса 9,1 кг.
Поскольку для генерирования электрического тока использованы термоэлементы на основе РbТе, сублимирующиеся в вакууме, очевидно, что эти термоэлементы должны быть заключены в какую-то оболочку.
В таких насосах не обязательно использование постоянного магнита.
Магнитный поток можно создать, сделав 1—2 витка шин (питающих насос током) вокруг железного сердечника, являющегося полюсами магнита.

Тепловой экран энергоустановки SNAP-10A

Тепловой экран (1.23) в сочлененном состоянии представляет собой усеченный конус длиной 2,5 м и диаметром оснований 0,550 и 1,55 м. Он состоит из двух корытообразных половин с разъемом по образующим конуса.

Рис. 1.23. Тепловой экран энергоустановки SNAP-10A: 1 — половина экрана; 2 — стяжная лента; 3 — пирозамки; 4 —пиропатроны замков, 5 — паз; 6 —электроразъем; 7 — пружины отброса; 8 — ось рамки экрана; 9 —рамка экрана; 10 — штырь экрана; 11 — кронштейн космического аппарата; 12 — фиксатор бокового смещения; 13— палец; 14 — пружина пальца

Каждая половина 1 экрана представляет сотовую конструкцию, изготовленную из алюминиевого заполнителя и двух обшивок из алюминиевого листа. Чтобы исключить самопроизвольное раскрытие половин экрана, в верхнем (малом) основании конуса они стягиваются стальной лентой 2 со специальными пирозамками 3. Для расчленения и сброса экрана па пиропатроны 4 пирозамков 3 подается ток. На одной половине экрана имеются по два цилиндрических стакана — пальца 13, внутри которых находится пружина 14. При складывании половин экрана эти пальцы упираются в боковые торцы противоположной половины экрана и утапливаются, сжимая пружины. Когда стяжная лента размыкается, пружинные пальцы раскрывают обе половины экрана, которые поворачиваются на петлях, находящихся на космическом аппарате, до тех пор, пока пазы петель не совместятся со скосами осей 8 экранов. После этого пружины 7, находящиеся на рамках 9 экранов, где установлены розетки электроразъемов 6, разжимаются, отбрасывая половины экранов от космического аппарата.
Масса теплового экрана равна 14 кг.

Некоторые особенности эксплуатации энергоустановки SNAP-10A

Энергоустановка SNAP-10A была установлена на ракете-носителе «Эджена», на которой затем была проведена автономная проверка функционирования всех узлов и агрегатов энергоустановки путем подачи соответствующих команд и контроля наземными приборами их прохождения и отзывов (без вывода реактора на критичность). Затем был надет тепловой экран на энергоустановку, и весь космический аппарат был закрыт аэродинамическим обтекателем.
Подход к энергоустановке и к ракете-носителю был возможен на всех стадиях подготовки системы к запуску.
Энергоустановка SNAP-10A была выведена на практически круговую орбиту с апогеем в 1300 км и перигеем 1268 км. Параметры орбиты и положение космического аппарата были определены на втором витке, и команда на запуск реактора была выдана через 3 ч 41 мин с момента старта.
Критичности реактор достиг через 6 ч 10 мин, полной мощности — через 7 ч 30 мин с момента подачи команды на запуск реактора.
На рис. 1.24 показаны график вывода КЭУ на режим, изменение температуры теплоносителя на выходе из реактора по времени при запуске и основные параметры при работе на орбите. Пилообразный характер изменения температуры в процессе вывода на режим обусловлен программой работы органов регулирования. В начальный период электрическая мощность энергоустановки составляла 650 Вт, расход теплоносителя равнялся 900 см³/с, а тепловая мощность реактора была 42 кВт. Через 6 дней бортовая система автоматического регулирования была отключена по команде с Земли. В дальнейшем температура реактора регулировалась только в силу влияния отрицательного температурного эффекта реактора. Спустя 43 дня энергоустановка развивала 535 Вт электрической мощности.
На том же рисунке показано изменение электрической мощности Nэл, мощности реактора Nr, средней Тr ср и выходной Тr вых температур реактора и секундного расхода теплоносителя Gв зависимости от времени работы на стационарном режиме.

Рис. 1.24. Изменение параметров энергоустановки SNAP 10А:
а—при запуске; б — в течение времени работы на стационарной орбите:
t1 — отделение от ракеты-носителя; t2 — выдача команды «Пуск» реактора; t3 — выход на критичность; t4 —начало прогрева системы; t5 — сброс теплового экрана; t6 — появление скачка мощности реактора в переходном режиме; t7 — выход на номинальную мощность; t8 — появление последнего регулируемого скачка температуры; t9 — отключение активной системы регулирования реактора