SNAP-10A

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

كان القمر الصناعي SNAP-10A ( أنظمة الطاقة النووية المساعدة ، [ 4 ] المعروف أيضًا باسم Snapshot for Space Nuclear Auxiliary Power Shot ، أو OPS 4682 [ 5 ] ) قمرًا صناعيًا تجريبيًا أمريكيًا يعمل بالطاقة النووية ، أُطلق إلى الفضاء عام 1965 [ 6 ] كجزء من برنامج SNAPSHOT. [ 5 ] مثّل هذا الاختبار أول تشغيل لمفاعل نووي في المدار في العالم، [ 7 ] [ 8 ] وأول تشغيل لنظام دفع أيوني في المدار. وهو نظام الطاقة الوحيد الذي يعمل بمفاعل انشطاري أطلقته الولايات المتحدة إلى الفضاء. [ 9 ] توقف المفاعل عن العمل بعد 43 يومًا فقط بسبب عطل في أحد مكوناته الكهربائية غير النووية. [ 10 ] طُوّر مفاعل برنامج أنظمة الطاقة النووية المساعدة خصيصًا للاستخدام في الأقمار الصناعية في خمسينيات وستينيات القرن العشرين تحت إشراف لجنة الطاقة الذرية الأمريكية . [ 11 ] [ 12 ]

تاريخ

تطوّر برنامج أنظمة الطاقة النووية المساعدة (SNAP) نتيجةً لمشروع "فيدباك"، وهو دراسة أجرتها مؤسسة راند حول أقمار الاستطلاع الصناعية، وأُنجزت عام 1954. [ 13 ] ونظرًا لأن بعض الأقمار الصناعية المقترحة كانت تتطلب طاقة عالية، تصل في بعضها إلى بضعة كيلوواط، فقد طلبت لجنة الطاقة الذرية الأمريكية (AEC) من الصناعة إجراء سلسلة من الدراسات حول محطات الطاقة النووية عام 1951. وقد خلصت هذه الدراسات، التي أُنجزت عام 1952، إلى أن محطات الطاقة النووية قابلة للاستخدام تقنيًا في الأقمار الصناعية. [ 14 ] : 5

في عام 1955، بدأت هيئة الطاقة الذرية الأمريكية مشروعين متوازيين للطاقة النووية ضمن برنامج SNAP. استخدم أحدهما، الذي تم التعاقد عليه مع شركة مارتن، التحلل الإشعاعي النظائري كمصدر للطاقة لمولداته. وقد مُنحت هذه المحطات تسميات SNAP ذات أرقام فردية بدءًا من SNAP-1. أما المشروع الآخر، فقد استخدم المفاعلات النووية لتوليد الطاقة، وطُوّر من قِبل قسم أتوميكس إنترناشونال التابع لشركة نورث أمريكان أفييشن . وقد مُنحت أنظمته تسميات SNAP ذات أرقام زوجية، وكان أولها SNAP-2. [ 14 ] : 5

كان نظام SNAP-10A أول نظام طاقة نووي من إنتاج شركة Atomics International، مصمم للاستخدام في الفضاء. وقد تطور هذا النظام من تصميم SNAP-10 بقدرة 300 واط، ليُلبي بذلك متطلبات وزارة الدفاع الأمريكية لعام 1961 لنظام بقدرة 500 واط. [ 14 ] : 5، 7

أُجريت معظم عمليات تطوير الأنظمة واختبار المفاعلات في مختبر سانتا سوزانا الميداني ، مقاطعة فينتورا، كاليفورنيا، باستخدام عدد من المرافق المتخصصة. [ 15 ]

بناء

خط إنتاج مفاعلات SNAP-10A

يتكون جهاز SNAP-10A من ثلاثة مكونات رئيسية  – (1) مفاعل انشطار صغير الحجم يولد الحرارة، (2) محول طاقة يحول جزءًا من الحرارة إلى كهرباء، و(3) مشع يشع الحرارة التي لا يمكن استخدامها. [ 14 ]

يبلغ طول المفاعل 39.62  سم ​​(15.6  بوصة)، وقطره 22.4  سم (8.8  بوصة)، ويحتوي على 37 قضيب وقود تحتوي على اليورانيوم -235 على شكل وقود هيدريد اليورانيوم-الزركونيوم . [ 16 ] صُمم مفاعل SNAP-10A لإنتاج طاقة حرارية تبلغ 30  كيلوواط، ويزن 290 كجم (650 رطلاً) بدون درع واقٍ . يمكن تمييز المفاعل من أعلى وحدة SNAP-10A. [ 17 ]  

وُضعت عاكسات حول الجزء الخارجي من المفاعل لتوفير وسيلة للتحكم فيه. تتكون هذه العاكسات من طبقة من البريليوم، التي تعكس النيوترونات، مما يسمح للمفاعل ببدء عملية الانشطار النووي واستمرارها. تُثبّت العاكسات في مكانها بواسطة شريط تثبيت مُثبّت بمسمار متفجر . عند إخراج العاكس من الوحدة، يعجز المفاعل عن مواصلة تفاعل الانشطار النووي، ويتوقف عن العمل نهائيًا.

استُخدمت سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم ( NaK ) ذات التركيب الإيوتكتيكي كمبرد في جهاز SNAP-10A. وتم تدوير سبيكة NaK عبر قلب المفاعل والمحولات الكهروحرارية بواسطة مضخة تعمل بالتيار المستمر من نوع المعدن السائل . المحولات الكهروحرارية (المُشار إليها بالجزء الأبيض الطويل) مصنوعة من السيليكون والجرمانيوم المُطعّم، وهي مُقترنة حراريًا، ولكنها معزولة كهربائيًا عن وسيط نقل الحرارة NaK. وقد أدى فرق درجة الحرارة بين NaK على أحد جانبي المحول الكهروحراري وبرودة الفضاء على الجانب الآخر إلى توليد جهد كهربائي وإنتاج طاقة كهربائية قابلة للاستخدام. [ 18 ]

مهمة سناب شوت

في 3 أبريل 1965، تم إطلاق الصاروخ SNAP-10A باستخدام مركبة الإطلاق Atlas-Agena D SLV-3. انطلق الصاروخ من قاعدة فاندنبرغ الجوية في كاليفورنيا.

الإطلاق والعمليات المدارية

أُطلق القمر الصناعي SNAP-10A من قاعدة فاندنبرغ الجوية بواسطة صاروخ أطلس أجينا دي في 3 أبريل 1965 إلى مدار أرضي منخفض على ارتفاع 1300 كيلومتر تقريبًا  . يدور القمر في مدار قطبي رجعي قليلًا [ 19 ] ، مما ضمن هبوط مراحل الصاروخ المستهلكة في المحيط. كان من المفترض أن يُنتج مصدره الكهربائي النووي، المُكوّن من عناصر كهروحرارية، أكثر من 500 واط من الطاقة الكهربائية لمدة عام واحد. [ 20 ] [ 21 ] بعد 43 يومًا، تعطل منظم جهد كهربائي داخلي غير مرتبط بمفاعل SNAP داخل المركبة الفضائية، مما أدى إلى إيقاف تشغيل قلب المفاعل بعد بلوغه أقصى قدرة إنتاجية تبلغ 590 واط. [ 16 ] [ 22 ]

بعد عطل النظام عام 1965، تُرك المفاعل في مدار أرضي على ارتفاع 1300 كيلومتر (700 ميل بحري) لمدة متوقعة تبلغ 1000 عام. [ 11 ] [ 23 ] [ 24 ] 

في نوفمبر 1979، بدأت المركبة بالتفكك، وفقدت في نهاية المطاف 50 قطعة من الحطام القابل للتتبع . كانت الأسباب مجهولة، ولكن يُحتمل أن يكون السبب هو اصطدام. وعلى الرغم من بقاء الهيكل الرئيسي في مكانه، فمن المحتمل أن تكون مواد مشعة قد تسربت. وتشير أبحاث لاحقة، نُشرت عام 2008 واستندت إلى بيانات هاياستاك ، إلى وجود 60 قطعة أخرى أو أكثر من الحطام يقل حجمها عن 10  سم. [ 22 ] [ 25 ]

الدفع الأيوني

تضمن اختبار SNAPSHOT محرك دفع أيوني سيزيوم كحمولة ثانوية، وهو أول اختبار لنظام دفع مركبة فضائية يعمل بالطاقة الكهربائية في المدار (بعد اختبار SERT-1 شبه المداري عام 1964). تم تشغيل مصدر طاقة شعاع الأيونات عند 4500 فولت و80 مللي أمبير لإنتاج قوة دفع تبلغ حوالي 8.5  مللي نيوتن. كان من المقرر تشغيل المحرك الأيوني بالبطاريات لمدة ساعة تقريبًا، ثم شحن البطاريات لمدة 15 ساعة تقريبًا باستخدام 0.1  كيلوواط من نظام SNAP الاسمي بقدرة 0.5  كيلوواط كمصدر للطاقة. عمل المحرك الأيوني لمدة تقل عن ساعة قبل إيقافه نهائيًا. أشار تحليل بيانات الرحلة إلى وجود عدد كبير من حالات انهيار الجهد العالي، مما تسبب على ما يبدو في تداخل كهرومغناطيسي، وأدى إلى اضطرابات في وضعية المركبة الفضائية. أشارت الاختبارات الأرضية إلى أن شرارة المحرك أنتجت تداخلًا كهرومغناطيسيًا موصلًا ومشعًا أعلى بكثير من المستويات المصممة. [ 26 ]

أمان

استلزم برنامج مفاعلات SNAP برنامجًا للسلامة، مما أدى إلى إنشاء برنامج السلامة النووية في مجال الطيران والفضاء. وقد أُنشئ هذا البرنامج لتقييم المخاطر النووية المرتبطة ببناء أنظمة SNAP وإطلاقها وتشغيلها والتخلص منها، ولتطوير تصاميم تضمن سلامتها الإشعاعية.

كانت شركة أتوميكس إنترناشونال مسؤولة بشكل أساسي عن السلامة، بينما تولت مختبرات سانديا الوطنية مسؤولية المراجعة المستقلة لسلامة الطيران والفضاء، وأجرت العديد من اختبارات السلامة. وقبل السماح بالإطلاق، كان لا بد من الحصول على دليل يثبت أن إطلاق المفاعل لن يشكل تهديدًا خطيرًا في جميع الظروف.

أُجريت بنجاح مجموعة متنوعة من الاختبارات، وتتوفر عدة مقاطع فيديو توثق عملية التطوير والاختبارات للمشاهدة. [ 27 ] أجرى مختبر أيداهو الوطني ثلاثة اختبارات تدميرية لمفاعلات SNAP النووية في منطقة الاختبار الشمالية قبل إطلاق SNAP-10A. [ 28 ] حاكت تجربة SNAPTRAN-3 التدميرية، التي أُجريت في 1 أبريل 1964، تحطم صاروخ في المحيط، مما أدى عمداً إلى إرسال حطام مشع عبر صحراء أيداهو.

تسببت عمليات الاختبار والتطوير التي شملت مواد مشعة في تلوث بيئي في منشآت مختبر سانتا سوزانا الميداني (SSFL) التابع لشركة أتوميكس إنترناشونال سابقًا. وتتولى وزارة الطاقة الأمريكية مسؤولية تحديد التلوث الإشعاعي ومعالجته. (استُخدم مختبر سانتا سوزانا الميداني أيضًا في اختبارات وتطوير محركات صواريخ منفصلة من قِبل شركة روكيتداين لصالح وكالة ناسا بشكل أساسي ). ويُفصّل موقع وزارة الطاقة الإلكتروني الداعم لعملية تنظيف الموقع [ 29 ] تاريخ تطور الطاقة النووية في مختبر سانتا سوزانا الميداني، بما في ذلك معلومات إضافية حول اختبارات وتطوير برنامج SNAP.

قامت شركة أتوميكس إنترناشونال أيضاً بتطوير واختبار مفاعلات نووية صغيرة أخرى، بما في ذلك مفاعل SNAP التجريبي (SER)، وSNAP-2، ومفاعل SNAP-8 التطويري (SNAP8-DR)، ومفاعل SNAP-8 التجريبي (SNAP-8ER) في مختبر سانتا سوزانا الميداني (انظر مقال أنظمة الطاقة النووية المساعدة ). كما قامت أتوميكس إنترناشونال ببناء وتشغيل تجربة مفاعل الصوديوم ، وهي أول محطة طاقة نووية أمريكية تزود شبكة كهرباء عامة بالكهرباء. [ 30 ] [ 31 ]

اعتبارًا من عام 2010تم إرسال أكثر من 30 مفاعلاً نووياً صغيراً يعمل بنظام الانشطار إلى الفضاء على متن أقمار RORSAT السوفيتية ؛ كما تم استخدام أكثر من 40 مولداً حرارياً يعمل بالنظائر المشعة على مستوى العالم (بشكل رئيسي في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي) في مهمات فضائية. [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماكدويل، جوناثان. "سجل الإطلاق" . تقرير جوناثان الفضائي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أبريل 2020 .
  2. ↑ "اعتراف الولايات المتحدة: عطل في القمر الصناعي يُطلق أشعة" . صحيفة كانبرا تايمز . المجلد 52، العدد 15، صفحة 547. إقليم العاصمة الأسترالية، أستراليا. 30 مارس 1978. صفحة 5. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه في 12 أغسطس 2017 - عبر المكتبة الوطنية الأسترالية. أُطلق القمر الصناعي سناب 10A عام 1965 حاملاً حوالي 4.5 كيلوغرامات من اليورانيوم-235، وهو يدور في مدار مدته 1000 عام ...     
  3. ↑ "لقطة سريعة" . أرشيف بيانات علوم الفضاء المنسق التابع لناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أبريل 2020 .
  4. ↑ "أخبار موجزة: مفاعل نووي للفضاء" . صحيفة كانبرا تايمز . المجلد 36، العدد 10، صفحة 203. إقليم العاصمة الأسترالية، أستراليا. 18 أبريل 1962. صفحة 3. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2017 - عبر المكتبة الوطنية الأسترالية.   ... سيُعرف المفاعل باسم "Snaps 10a" اختصارًا لـ "Systems for Nuclear Aquiliary Power"...
  5. لقطة 1 2 ، صفحة غونتر الفضائية. تم الاطلاع عليها في 3 أبريل 2019.
  6. ↑ "مفاعل ينطلق إلى الفضاء" . صحيفة كانبرا تايمز . المجلد 39، العدد 11، صفحة 122. إقليم العاصمة الأسترالية، أستراليا. 5 أبريل 1965. صفحة 1. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2017 - عبر المكتبة الوطنية الأسترالية.   
  7. ↑ " تاريخ المفاعلات النووية الفضائية الأمريكية الجزء 1: SNAP-2 و 10A "، ما وراء نيرفا ، 3 أبريل 2019. تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2019.
  8. ↑ أندرو ليباج، " أول مفاعل نووي في المدار "، درو إكس ماكينا، 3 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2019.
  9. ↑ ناسا: استخدام الأنظمة النووية الفضائية في مهمات الاستكشاف الروبوتية والبشرية (ملف PDF) (تقرير). ناسا. يوليو 2022. ص 4. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 20 مارس 2023. تم الاطلاع عليه في 19 مارس 2023 . 
  10. ↑ المفاعلات النووية للفضاء، ورقة إحاطة 82، يناير 2004
  11. 1 2 3 ماسون إل، بيلي إس، بيشتل آر، إليوت جيه، فلوريال جيه بي، هاوتس إم، كابرنيك آر، ليبينسكي آر، ماكفرسون دي، مورينو تي، نيسميث بي، بوستون دي، كوالز إل، راديل آر، ويتزبيرغ إيه، فيرنر جيه (18 نوفمبر 2010). "دراسة جدوى نظام طاقة الانشطار الصغير - التقرير النهائي" . ناسا / وزارة الطاقة الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 3 أكتوبر 2015. الطاقة النووية الفضائية: منذ عام 1961 ، أطلقت الولايات المتحدة أكثر من 40 مولدًا كهروحراريًا يعمل بالنظائر المشعة (RTGs) بسجل تشغيلي مثالي تقريبًا. تمت مراجعة تفاصيل هذه المولدات والمهام التي زودتها بالطاقة بشكل شامل في الأدبيات المتاحة. أطلقت الولايات المتحدة مفاعلًا واحدًا فقط، وهو موصوف أدناه. أطلق الاتحاد السوفيتي مولدين كهروحراريين يعملان بالنظائر المشعة فقط، وأظهر تفضيلًا لاستخدام أنظمة طاقة الانشطار الصغيرة بدلًا من المولدات الكهروحرارية. كان لدى الاتحاد السوفيتي برنامج طاقة نووية فضائية أكثر طموحاً من الولايات المتحدة، حيث أطلق أكثر من 30 مفاعلاً نووياً. ورغم أن هذه المفاعلات صُممت لعمر تشغيلي قصير، إلا أن البرنامج أثبت نجاح استخدام التصاميم والتقنيات المشتركة.
  12. ↑ لوردز، ر. إي. (أغسطس 1994)، تقرير موجز عن وقود SNAP و AI ، شركة وستنجهاوس أيداهو النووية، doi : 10.2172/10182034 ، OSTI 10182034 ، WINCO-1222، UC-510 
  13. ↑ جيه إي ليب؛ روبرت إم سالتر (مارس 1954). "تقرير ملخص ملاحظات المشروع، المجلد الأول" . راند . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2020 .
  14. 1 2 3 4 ويليام ر. كورليس (1966). مفاعلات الطاقة النووية SNAP . هيئة الطاقة الذرية الأمريكية/قسم المعلومات التقنية.
  15. ↑ "نظرة عامة على برنامج المساعدة الغذائية التكميلية (SNAP)" . وزارة الطاقة الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أبريل 2020 .
  16. 1 2 شميدت، جلين (فبراير 2011). "نظرة عامة على برنامج SNAP - معلومات أساسية" (ملف PDF) . الجمعية النووية الأمريكية . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 28 يونيو 2023. تم الاطلاع عليه في 27 أغسطس 2012 .
  17. ↑ فوس، سوزان (أغسطس 1984). نظرة عامة على مفاعل سناب (ملف PDF) . قاعدة كيرتلاند الجوية، نيو مكسيكو: مختبر أسلحة القوات الجوية الأمريكية. AFWL-TN-84-14. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 15 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2018 .
  18. ↑ شميدت، جي إل (سبتمبر 1988). برنامج اختبار SNAP 10A . روكويل إنترناشونال، كانوغا بارك، كاليفورنيا. DCN: SP-100-XT-0002.
  19. ↑ "لقطة - مدار" . www.heavens-above.com . تاريخ الوصول: 15 يونيو 2016. الميل: 90.3084 درجة- الجسم الذي يميل بزاوية تتراوح بين 90 و 180 درجة يكون في مدار رجعي.
  20. ↑ "نظرة عامة على برنامج SNAP" . وزارة الطاقة الأمريكية، مركز تكنولوجيا الطاقة. مؤرشف من الأصل في 15 فبراير 2013. تم الاطلاع عليه في 14 أبريل 2012 .
  21. ↑ بينيت، غاري ل. (2006). "الطاقة النووية الفضائية: فتح الحدود النهائية" (ملف PDF) . المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية . ص 17. تاريخ الاسترجاع: 3 أبريل 2010 . 
  22. 1 2 بورتري، ديفيد إس إف؛ لوفتوس الابن، جوزيف ب. (يناير 1999). “الحطام المداري: تسلسل زمني” (PDF) . ناسا Sti/Recon التقرير الفني N . 99 . ناسا : 29– 31. بيب كود : 1999STIN...9941786P . TP-1999-208856. مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 1 سبتمبر 2000.
  23. ↑ ستاوب، د. و. (25 مارس 1967). التقرير الموجز لبرنامج SNAP 10. قسم أتوميكس إنترناشونال التابع لشركة نورث أمريكان أفييشن، كانوغا بارك، كاليفورنيا. NAA-SR-12073.
  24. ↑ "اعتراف الولايات المتحدة : عطل في القمر الصناعي أطلق أشعة" . صحيفة كانبرا تايمز . المجلد 52، العدد 15، صفحة 547. إقليم العاصمة الأسترالية، أستراليا. 30 مارس 1978. صفحة 5. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2017 - عبر المكتبة الوطنية الأسترالية.    ... تم إطلاق سناب 10A في عام 1965 ويحمل حوالي 4.5 كيلوغرامات من اليورانيوم 235، وهو يدور في مدار مدته 1000 عام....
  25. ↑ ستوكلي، سي.؛ ستانسبري، إي. (2008)، "تحديد سحابة حطام من القمر الصناعي SNAPSHOT الذي يعمل بالطاقة النووية باستخدام قياسات رادار Haystack" ، Advances in Space Research ، المجلد 41، العدد 7، الصفحات 1004-1009 ، Bibcode : 2008AdSpR..41.1004S ، doi : 10.1016/j.asr.2007.03.046 ، hdl : 2060/20060028182   
  26. ↑ سوفي، جيمس س.؛ راولين، فنسنت ك.؛ باترسون، مايكل ج. (1 أكتوبر 1999). ملخص لمشاريع تطوير الدفع الأيوني في الولايات المتحدة: من SERT 1 إلى Deep Space I ( تقرير بصيغة PDF). ناسا. ص 3. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 أكتوبر 2024. تم الاطلاع عليه في 15 أكتوبر 2025 . 
  27. ↑ "ETEC - فيديوهات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يناير 2018 .
  28. ↑ ستايسي، سوزان م. (2000). إثبات المبدأ: تاريخ مختبر أيداهو الوطني للهندسة والبيئة، 1949-1999 (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب عمليات أيداهو. ISBN 978-0-16-059185-3.الفصل 17: العلم في الصحراء.
  29. ↑ "تطوير الطاقة النووية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في مختبر سانتا سوزانا للحوسبة" . مؤرشف من الأصل في 4 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 12 يناير 2018 .
  30. ↑ "مشروع إغلاق مركز الطاقة الأوروبي (ETEC) التابع لوزارة الطاقة" . www.etec.energy.gov . تاريخ الاطلاع: 19 نوفمبر 2021 .
  31. ↑ "Atomics International" . الكيمياء الصناعية والهندسية . 48 (9): 100A. سبتمبر 1956. doi : 10.1021/i651400a779 . ISSN 0019-7866 .