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 SNAP 10A宇宙原子力発電所の画像 | |
| ミッションタイプ | エンジニアリング |
|---|---|
| オペレーター | アメリカ空軍 |
| コスパーID | 1965-027A |
| SATCAT番号 | 01314 |
| ミッション期間 | 43日（達成） 59年8ヶ月28日（軌道上） |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | アトミックスインターナショナル |
| 打ち上げ質量 | 440 kg (970 ポンド) |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1965年4月3日 21:25 |
| ロケット | アトラス-アジェナD |
| 発射場 | ヴァンデンバーグ空軍基地、PALC2-4 [1] |
| ミッション終了 | |
| 最後の連絡 | 1965年5月16日 |
| 減衰日 | 5966年4月3日（予定） |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 地球中心 |
| 政権 | ローアース |
| 偏心 | 0.00319 |
| 近地点高度 | 1,268 km (788 マイル) |
| 遠地点高度 | 1,317 km (818 マイル) |
| 傾斜 | 90.2° |
| 期間 | 111.4分[2] |
| エポック | 1965年4月3日 |
原子力補助電源システム | |
SNAP-10A（Systems for Nuclear Auxiliary Power、[3]またはSnapshot for Space Nuclear Auxiliary Power Shot 、 OPS 4682 [4]としても知られる）は、 1965年[5]にSNAPSHOT計画の一環として宇宙に打ち上げられた米国の実験用原子力衛星である。 [6] [4]この試験は、軌道上での原子炉の世界初の運用[7] [8]と、軌道上でのイオンスラスタシステムの初の運用の両方を記念するものである。これは、米国が宇宙に打ち上げた唯一の核分裂炉発電システムである。 [9]この原子炉は、非核電気部品の故障により、わずか43日後に停止した。[10] Systems Nuclear Auxiliary Power Program原子炉は、米国原子力委員会の監督の下、1950年代から1960年代初頭にかけて衛星での使用に特化して開発された。[11] [12]
歴史
SNAP（原子力補助動力システム）プログラムは、ランド研究所が1954年に完了した偵察衛星の研究プロジェクト「フィードバック計画」の結果として開発された。[13]提案された衛星の中には数キロワットにも達する高電力を必要とするものもあったため、米国原子力委員会（AEC）は1951年に産業界に一連の原子力発電所の研究を要請した。1952年に完了したこれらの研究により、原子力発電所は衛星での使用が技術的に可能であることが判明した。[14] : 5
1955年、AECは2つの並行したSNAP原子力発電プロジェクトを開始した。1つはマーティン社と契約したもので、発電機の動力源として放射性同位元素の崩壊を利用した。これらの発電所にはSNAP-1から始まる奇数のSNAP指定が与えられた。もう1つのプロジェクトは原子炉を使用してエネルギーを生成するもので、ノースアメリカン航空のアトミックス国際部門によって開発された。そのシステムには偶数のSNAP指定が与えられ、最初のものはSNAP-2であった。[14] : 5
SNAP-10Aは、アトミックス・インターナショナル社が宇宙で使用するために開発した最初の原子炉発電システムである。SNAP-10の300ワット設計から発展したSNAP-10Aは、1961年に国防総省が要求した500ワットシステムを満たした。[14] : 5, 7
システム開発と原子炉試験のほとんどは、カリフォルニア州ベンチュラ郡のサンタスザナフィールド研究所でいくつかの専門施設を使用して実施されました。[15]
工事
SNAP-10Aは3つの主要コンポーネントで構成されています。(1)熱を発生する小型核分裂炉、(2)熱の一部を電気に変換するエネルギー変換器、(3)使用できない熱を放射するラジエーターです。[14]
原子炉は長さ39.62cm（15.6インチ）、直径22.4cm（8.8インチ）で、ウラン・ジルコニウム・水素化物燃料として235Uを含む37本の燃料棒を保持しています。[16] SNAP-10A原子炉は、熱出力30kWで設計されており、シールドなしの重量は650ポンド（290kg）です。原子炉はSNAP-10Aユニットの上部で識別できます。[17]
原子炉を制御する手段を提供するために、原子炉の外側に反射板が配置されていました。反射板はベリリウムの層で構成されており、中性子を反射して原子炉が核分裂プロセスを開始し、維持できるようにします。反射板は、爆発ボルトで固定された保持バンドによって所定の位置に保持されていました。反射板がユニットから排出されると、原子炉は核分裂反応を維持できなくなり、原子炉は永久に停止しました。[引用が必要]
SNAP-10A では、共晶ナトリウムカリウム ( NaK ) 合金が冷却剤として使用されました。NaK は、液体金属直流伝導型ポンプによってコアと熱電変換器を循環しました。熱電変換器 (長い白い「エプロン」として識別されます) は、ドープされたシリコンゲルマニウム材料で、熱的には結合されていますが、NaK 熱伝達媒体とは電気的に分離されています。熱電変換器の片側の NaK と反対側の宇宙の冷気との温度差により、電位と使用可能な電気が生成されました。[18]
スナップショットミッション
打ち上げと軌道運用
SNAP-10Aは、1965年4月3日にヴァンデンバーグ空軍基地からアトラスアジェナDロケットで約1,300kmの低軌道に打ち上げられた。わずかに逆行する 極軌道上にある[19] 。これにより、使用済みのロケット段が海に着水することが保証された。熱電素子で構成された核電源は、1年間で500ワット以上の電力を生成することを目的としていた。[20] [21] 43日後、宇宙船内のSNAP原子炉とは無関係の電圧調整器が故障し、最大出力590ワットに達した後、原子炉コアが停止した。 [16] [22]
1965年のシステム故障後、原子炉は1,300キロメートル（700海里）の地球軌道上に4,000年間放置された。[11] [23] [24]
1979年11月、機体は崩壊し始め、最終的に50個の破片が失われた。理由は不明だが、衝突が原因だった可能性がある。機体本体はそのまま残っているが、放射性物質が放出された可能性がある。2008年に発表されたヘイスタックのデータに基づくその後の研究では、10cm未満の破片がさらに60個以上あることが示唆されている。[22] [25]
イオン推進
SNAPSHOTテストには、二次ペイロードとしてセシウムイオンスラスタが含まれていました。これは、軌道上で動作する電動宇宙船推進システムの初のテストでした（1964年のSERT-1弾道テストに続く）。イオンビーム電源は4500V、80mAで動作し、約8.5mNの推力を生み出しました。[6]イオンエンジンはバッテリーで約1時間動作し、その後、公称0.5kWのSNAPシステムの0.1kWを電源として使用して約15時間バッテリーを充電することになっていました。イオンエンジンは1時間未満動作した後、永久に停止するように指示されました。飛行データの分析により、高電圧ブレークダウンが多数発生し、これが明らかに電磁干渉（EMI）を引き起こし、宇宙船の姿勢を乱したことが判明しました。地上テストでは、エンジンのアーク放電により、設計レベルを大幅に上回る伝導性および放射性のEMIが発生したことが示されました。[要出典]
安全性
SNAP 原子炉計画では安全プログラムが必要となり、航空宇宙原子力安全プログラムが開始されました。このプログラムは、SNAP システムの構築、打ち上げ、運用、廃棄に伴う核の危険性を評価し、放射線安全性を保証する設計を開発するために設立されました。[引用が必要]
アトミックス・インターナショナルが安全性の主たる責任を負い、サンディア国立研究所が航空宇宙安全独立審査を担当し、多くの安全性試験を実施した。打ち上げが許可される前に、いかなる状況下でも原子炉の打ち上げが重大な脅威をもたらさないという証明を得る必要があった。[要出典]
さまざまなテストが成功裏に完了し、開発とテストのビデオがいくつか閲覧可能です。[26]アイダホ国立研究所は、 SNAP-10Aの打ち上げに先立ち、テストエリアノースでSNAP原子炉の破壊テストを3回実施しました。 [27] 1964年4月1日のSNAPTRAN-3破壊実験では、ロケットの海への衝突をシミュレートし、放射性破片を意図的にアイダホ砂漠に飛ばしました。
放射性物質に関わる試験と開発により、旧アトミックス・インターナショナル・サンタ・スザナ・フィールド研究所（SSFL）施設で環境汚染が引き起こされた。米国エネルギー省は放射性汚染の特定と浄化の責任を負っている。（SSFLは、主にNASA向けのロケットダインによるロケットエンジンの無関係な試験と開発にも使用されていた。）敷地浄化を支援するDOEのウェブサイト[28] には、追加のSNAP試験と開発情報を含むSSFLでの原子力エネルギーの歴史的発展が詳述されている。
関連作業と後続プログラム
アトミックス・インターナショナルは、サンタ・スザナ野外研究所でSNAP実験炉（SER）、SNAP-2、SNAP-8開発炉（SNAP8-DR）、SNAP-8実験炉（SNAP-8ER）ユニットを含む他の小型原子炉の開発と試験も行いました（原子力補助電源システムの記事を参照）。アトミックス・インターナショナルは、公共電力システムに電力を供給する最初の米国原子力発電所であるナトリウム原子炉実験も建設し、運営しました。 [29] [30]
2010年現在、30基以上の小型核分裂発電システム原子炉がソ連のRORSAT[アップデート]衛星に搭載されて宇宙に送り出されており、また40基以上の放射性同位体熱電発電機が世界中で（主に米国とソ連で）宇宙ミッションに使用されている。[11]
参照
- 宇宙における原子力
- RORSAT、ソ連の原子炉駆動衛星。
- 安全で手頃な核分裂エンジン、NASA実験シリーズ
参考文献
- ^ マクドウェル、ジョナサン。「打ち上げログ」。ジョナサンの宇宙レポート。 2020年4月9日閲覧。
- ^ 「スナップショット」。NASA宇宙科学データコーディネートアーカイブ。 2020年4月9日閲覧。
- ^ 「ニュース速報：宇宙用原子炉」。キャンベラ・タイムズ。第36巻、第10号、203ページ。オーストラリア首都特別地域、オーストラリア。1962年4月18日。3ページ。 2017年8月12日閲覧– オーストラリア国立図書館経由。、…この原子炉は「原子力補助動力システム」の略称で「Snaps 10a」として知られるようになるだろう…
- ^ ab Snapshot、Gunther's Space Page。2019年4月3日閲覧。
- ^ 「原子炉が宇宙へ」。キャンベラ・タイムズ。第39巻、第11号、122ページ。オーストラリア首都特別地域、オーストラリア。1965年4月5日。1ページ。 2017年8月12日閲覧– オーストラリア国立図書館経由。
- ^ ab SNAPSHOT、NASAグレン研究センター、2007年3月20日。2019年4月3日閲覧。
- ^ 「米国宇宙核炉の歴史 パート1: SNAP-2と10A」、Beyond NERVA、2019年4月3日。2019年4月3日閲覧。
- ^ アンドリュー・ルページ、「軌道上の最初の原子炉」、ドリュー・エクス・マキナ、 2015年4月3日。2019年4月3日閲覧。
- ^ NASAの宇宙核システムのロボットおよび有人探査ミッションへの活用(PDF) (レポート). NASA. 2022年7月. p. 4. 2023年3月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2023年3月19日閲覧。
- ^ 宇宙用原子炉、ブリーフィングペーパー #82、2004 年 1 月
- ^ abc Mason L, Bailey S, Bechtel R, Elliott J, Fleurial JP, Houts M, Kapernick R, Lipinski R, MacPherson D, Moreno T, Nesmith B, Poston D, Qualls L, Radel R, Weitzberg A, Werner J (2010 年 11 月 18 日). 「小型核分裂発電システム実現可能性調査 – 最終報告書」. NASA / DOE . 2015 年10 月 3 日閲覧。
宇宙原子力発電: 1961 年以来、米国は 40 基以上の放射性同位元素熱電発電機 (RTG) を飛行させており、基本的に完璧な運用実績があります。これらの RTG の詳細と、それらが動力源となったミッションについては、公開文献で徹底的に検討されています。米国が飛行させた原子炉は 1 基のみで、これについては以下で説明します。ソ連は RTG を 2 基のみ飛行させており、RTG ではなく小型核分裂発電システムの使用を好んでいました。ソ連は米国よりも積極的な宇宙核分裂発電計画を持っており、30 基以上の原子炉を飛行させた。これらは短寿命向けに設計されたが、この計画は共通の設計と技術の有効利用を実証した。
- ^ Lords, RE (1994 年 8 月)、SNAP および AI 燃料概要レポート、Westinghouse Idaho Nuclear Company、Inc.、doi : 10.2172/10182034、OSTI 10182034、WINCO-1222、UC-510
- ^ JE Lipp、Robert M. Salter (1954年3月)。「プロジェクトフィードバック概要レポート第1巻」。RAND 。 2020年4月11日閲覧。
- ^ abcd William R. Corliss (1966). SNAP原子力発電炉. 米国原子力委員会/技術情報部.
- ^ 「SNAPの概要」。米国エネルギー省。 2020年4月9日閲覧。
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- ^ Schmidt, GL (1988 年 9 月)。SNAP 10A テスト プログラム。Rockwell International、カリフォルニア州カノガ パーク。DCN: SP-100-XT-0002。
- ^ 「スナップショット – 軌道」www.heavens-above.com 。 2016年6月15日閲覧。
傾斜角: 90,3084°
– 90 度から 180 度の傾斜を持つ物体は逆行軌道にあります。 - ^ 「SNAP 概要」。USDOE ETEC。2013年2月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月14日閲覧。
- ^ Bennett, Gary L. (2006). 「宇宙原子力発電：最後のフロンティアの開拓」（PDF） .アメリカ航空宇宙学会. p. 17. 2010年4月3日閲覧。
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- ^ 「米国による認定：衛星事故で放射線が放出された」。キャンベラ・タイムズ。第52巻、第15号、547ページ。オーストラリア首都特別地域、オーストラリア。1978年3月30日。5ページ。 2017年8月12日閲覧– オーストラリア国立図書館経由。1965年に打ち上げられ、約4.5キログラムのウラン235を搭載し、スナップ10Aは1,000年の軌道上を周回しています。
- ^ Stokely, C.; Stansbury, E. (2008)、「ヘイスタックレーダー測定による原子力SNAPSHOT衛星のデブリ雲の識別」、Advances in Space Research、vol. 41、no. 7、pp. 1004– 1009、Bibcode :2008AdSpR..41.1004S、doi :10.1016/j.asr.2007.03.046、hdl : 2060/20060028182
- ^ “ETEC - ビデオ”。2017年2月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年1月12日閲覧。
- ^ ステイシー、スーザン M. (2000)。原理の証明: アイダホ国立工学環境研究所の歴史、1949-1999 (PDF)。米国エネルギー省、アイダホ運営局。ISBN 978-0-16-059185-3。第17章: 砂漠の科学。
- ^ 「SSFLにおける米国エネルギー省の原子力エネルギー開発」。2017年8月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年1月12日閲覧。
- ^ 「ETEC - エネルギー省ETEC閉鎖プロジェクト」www.etec.energy.gov 。 2021年11月19日閲覧。
- ^ 「Atomics International」. Industrial & Engineering Chemistry . 48 (9): 100A. 1956年9月. doi :10.1021/i651400a779. ISSN 0019-7866.