КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НАДЁЖНОСТИ ТЕРМОЭМИССИОННЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© А.В.Карташов, К.А.Павлов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
1999 г.

Выбор систем энергоснабжения на основе термоэмиссионных ядерных энергетических установок для перспективных космических аппаратов (КА) зависит от возможности их длительного функционирования при двухрежимном графике нагружения для питания электроракетных двигательных установок при самодоставке КА на орбиту функционирования и последующего электроснабжения целевой аппаратуры. В этой связи актуальной является задача оценки энергоресурсных характеристик бортовых реакторов-преобразователей (РП) на этапе формирования тактико-технических требований к космическому аппарату как технической системе более высокого уровня. Экспериментальное обоснование больших требуемых ресурсов на данном этапе практически невозможно из-за того, что в процессе формирования требований оценки ресурса должны проводиться в широком диапазоне изменения условий и режимов работы. Более того, традиционный подход к оценке ресурса расчётным способом с последующим экспериментальным подтверждением в наземных условиях для ядерных энергоустановок характеризуется очень высокой стоимостью, а в ряде случаев просто нереализуем.

Наиболее рациональным подходом в решении указанной проблемы является сочетание экспериментальной отработки основных элементов РП - электрогенерирующих каналов - на укороченной временной базе с прогнозированием их характеристик на длительный ресурс с помощью расчётных прогностических моделей. Прогностическая модель может быть создана на базе частных моделей процессов, описывающих ресурсное изменение выходных характеристик установки (распухание топлива, ухудшение характеристик электроизоляции под действием облучения, изменение эмиссионных и излучательных характеристик электродов).

Оценку продолжительности функционирования реактора-преобразователя предлагается проводить с использованием имитационной модели функционирования (ИМФ) установки, позволяющей связать между собой структурные и технические параметры с выходными характеристиками с учётом старения элементов ЯЭУ. в соответствии с принятой схемой формализованного описания процесса функционирования установки ИМФ включает в свой состав два блока моделей:

- блок оценки параметров электро- и теплофизических параметров стационарных состояний установки;

- блок ресурсного изменения параметров РП в течение всего периода функционирования.

При проведении имитационных экспериментов формируется выборка из генеральной совокупности реализаций времени "жизни" установки, с использованием которой можно получить семейство эмпирических функций надёжности ядерных энергоустановок для заданного диапазона изменения различных параметров.

Таким образом, с применением ИМФ появляется возможность получить не только значения показателей долговечности ядерной ЭУ, но и оценить влияние параметров элементов РП на его ресурс в целом.