Russland war und ist führend auf dem Gebiet der nuklearen Weltraumenergie. Organisationen wie RSC Energia und Roskosmos haben Erfahrung in der Entwicklung, dem Bau, dem Start und dem Betrieb von Raumfahrzeugen, die mit einer Kernenergiequelle ausgestattet sind. Ein Nuklearmotor ermöglicht den langjährigen Betrieb von Flugzeugen und erhöht deren Praxistauglichkeit erheblich.
historische Chronik
Gleichzeitig erfordert die Lieferung eines Forschungsgeräts in die Umlaufbahnen der fernen Planeten des Sonnensystems eine Erhöhung der Ressourcen einer solchen Kernanlage auf 5-7 Jahre. Es wurde bewiesen, dass ein Komplex mit einem Kernantriebssystem mit einer Leistung von etwa 1 MW als Teil eines Forschungsraumfahrzeugs eine beschleunigte Lieferung künstlicher Satelliten der entferntesten Planeten, Planetenrover an die Oberfläche natürlicher Satelliten dieser Planeten ermöglichen wird und Lieferung von Erde von Kometen, Asteroiden, Merkur und Satelliten von Jupiter und Saturn.
Wiederverwendbarer Schlepper (MB)
Eine der wichtigsten Möglichkeiten, die Effizienz von Transportvorgängen im Weltraum zu steigern, ist die wiederverwendbare Verwendung von Elementen des Transportsystems. Atommotor für Raumschiffe Mit einer Leistung von mindestens 500 kW können Sie einen wiederverwendbaren Schlepper erstellen und damit die Effizienz eines Multi-Link-Raumtransportsystems erheblich steigern. Ein solches System ist besonders nützlich in einem Programm zur Sicherstellung großer jährlicher Ladungsströme. Ein Beispiel wäre das Monderkundungsprogramm mit der Schaffung und Aufrechterhaltung einer ständig wachsenden bewohnbaren Basis und experimenteller technologischer und industrieller Komplexe.
Berechnung des Frachtumschlags
Laut den Designstudien von RSC Energia sollten während des Baus der Basis Module mit einem Gewicht von etwa 10 Tonnen an die Mondoberfläche, bis zu 30 Tonnen in die Mondumlaufbahn geliefert und der jährliche Frachtfluss sichergestellt werden, um die Funktion und Entwicklung sicherzustellen der Basis ist 400-500 Tonnen.
Das Funktionsprinzip eines Atommotors erlaubt es jedoch nicht, den Transporter schnell genug zu zerstreuen. Aufgrund der langen Transportzeit und der damit verbundenen erheblichen Verweildauer der Nutzlast in den Strahlungsgürteln der Erde können nicht alle Frachten mit nuklearbetriebenen Schleppern transportiert werden. Daher wird der Frachtfluss, der auf der Grundlage von NEP sichergestellt werden kann, auf nur 100-300 Tonnen/Jahr geschätzt.
Wirtschaftliche Effizienz
Als Kriterium für die Wirtschaftlichkeit des interorbitalen Transportsystems empfiehlt es sich, den Wert der Stückkosten für den Transport einer Masseneinheit der Nutzlast (PG) von der Erdoberfläche zum Zielorbit heranzuziehen. RSC Energia hat ein wirtschaftliches und mathematisches Modell entwickelt, das die Hauptkostenkomponenten im Transportsystem berücksichtigt:
- für die Erstellung und den Start von Schleppmodulen in die Umlaufbahn;
- für den Kauf einer funktionierenden Kernanlage;
- Betriebskosten sowie F&E-Kosten und mögliche Kapitalkosten.
Kostenindikatoren hängen von den optimalen Parametern des MB ab. Mit diesem Modell ein Vergleich wirtschaftliche Effizienz die Verwendung eines wiederverwendbaren Schleppers auf Basis von Nuklearantriebssystemen mit einer Kapazität von etwa 1 MW und eines Einwegschleppers auf Basis fortschrittlicher Flüssigtreibstoffsysteme im Programm, um die Lieferung einer Nutzlast mit einer Gesamtmasse von 100 t/Jahr von der Erde sicherzustellen bis zur Mondumlaufbahn mit einer Höhe von 100 km. Bei Verwendung derselben Trägerrakete mit einer Tragfähigkeit gleich der Tragfähigkeit der Proton-M-Trägerrakete und einem Zwei-Start-Schema zum Bau eines Transportsystems liegen die Einheitskosten für die Lieferung einer Einheitsmasse an Nutzlast unter Verwendung eines Schleppers auf der Grundlage von a Atommotor wird dreimal niedriger sein als bei Verwendung von Einwegschleppern auf Basis von Raketen mit Flüssigkeitsmotoren vom Typ DM-3.
Fazit
Ein effizienter Nuklearmotor für den Weltraum trägt zur Lösung bei Umweltprobleme Erde, bemannter Flug zum Mars, Erschaffung eines Systems drahtlose Übertragung Energie im Weltraum, die Durchführung der Hochsicherheitsverwahrung von besonders gefährlichen radioaktiven Abfällen aus der bodengestützten Kernenergie, die Schaffung einer bewohnbaren Mondbasis und der Beginn der industriellen Erforschung des Mondes sowie der Schutz der Erde vor Asteroiden -Kometengefahr.
In allgemeinen Bildungspublikationen zur Raumfahrt wird der Unterschied zwischen einem Kernraketentriebwerk (NRE) und einem elektrischen Antriebssystem für Kernraketen (NRE) häufig nicht unterschieden. Diese Abkürzungen verbergen jedoch nicht nur den Unterschied in den Prinzipien der Umwandlung von Kernenergie in Raketenschub, sondern auch eine sehr dramatische Entwicklungsgeschichte der Raumfahrt.
Das Drama der Geschichte liegt in der Tatsache, dass menschliche Flüge zum Mars längst alltäglich geworden wären, wenn die Untersuchungen von Kern- und Kernkraftwerken sowohl in der UdSSR als auch in den USA hauptsächlich aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt worden wären.
Alles begann mit atmosphärischen Flugzeugen mit einem Staustrahl-Atomtriebwerk
Konstrukteure in den USA und der UdSSR erwogen, Atomanlagen zu "atmen", die Außenbordluft ansaugen und auf kolossale Temperaturen erhitzen könnten. Wahrscheinlich wurde dieses Prinzip der Schubbildung von Staustrahltriebwerken entlehnt, nur wurde anstelle von Raketentreibstoff die Spaltenergie von Atomkernen von Urandioxid 235 verwendet.In den USA wurde ein solcher Motor im Rahmen des Pluto-Projekts entwickelt. Den Amerikanern gelang es, zwei Prototypen des neuen Motors zu bauen - Tory-IIA und Tory-IIC, bei denen die Reaktoren sogar eingeschaltet wurden. Die Kapazität der Anlage sollte 600 Megawatt betragen.
Die im Rahmen des Pluto-Projekts entwickelten Triebwerke sollten in Marschflugkörper eingebaut werden, die in den 1950er Jahren unter der Bezeichnung SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, Überschall-Low-Altitude-Missile) hergestellt wurden.
In den Vereinigten Staaten planten sie den Bau einer Rakete mit einer Länge von 26,8 Metern, einem Durchmesser von drei Metern und einem Gewicht von 28 Tonnen. Der Raketenkörper sollte einen Atomsprengkopf sowie ein Atomantriebssystem mit einer Länge von 1,6 Metern und einem Durchmesser von 1,5 Metern aufnehmen. Vor dem Hintergrund anderer Dimensionen wirkte die Anlage sehr kompakt, was ihr direkt durchströmtes Funktionsprinzip erklärt.
Die Entwickler glaubten, dass die Reichweite der SLAM-Rakete dank des Nuklearantriebs mindestens 182.000 Kilometer betragen würde.
1964 schloss das US-Verteidigungsministerium das Projekt. Der offizielle Grund war, dass ein atomgetriebener Marschflugkörper im Flug alles um sich herum zu sehr verschmutzt. Tatsächlich lag der Grund jedoch in den erheblichen Kosten für die Wartung solcher Raketen, zumal sich zu diesem Zeitpunkt die Raketenwissenschaft auf der Grundlage von Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken schnell entwickelte, deren Wartung viel billiger war.
Die UdSSR blieb der Idee, ein NRE mit Direktfluss zu schaffen, viel länger als die Vereinigten Staaten treu und schloss das Projekt erst 1985 ab. Aber die Ergebnisse waren viel bedeutsamer. So wurde das erste und einzige sowjetische Atomraketentriebwerk im Konstruktionsbüro Khimavtomatika in Woronesch entwickelt. Dies ist RD-0410 (GRAU-Index - 11B91, auch bekannt als "Irbit" und "IR-100").
In RD-0410 wurde ein heterogener thermischer Neutronenreaktor verwendet, Zirkoniumhydrid diente als Moderator, Neutronenreflektoren bestanden aus Beryllium, Kernbrennstoff war ein Material auf der Basis von Uran und Wolframkarbiden, das zu etwa 80% mit dem Isotop 235 angereichert war.
Das Design umfasste 37 Brennelemente, die mit einer thermischen Isolierung bedeckt waren, die sie vom Moderator trennte. Das Design sah vor, dass der Wasserstoffstrom zuerst durch den Reflektor und den Moderator strömte, deren Temperatur auf Raumtemperatur hielt, und dann in den Kern eintrat, wo er die Brennelemente abkühlte und sich auf 3100 K erwärmte. Am Stand befanden sich der Reflektor und der Moderator durch einen separaten Wasserstoffstrom gekühlt.
Der Reaktor durchlief eine bedeutende Reihe von Tests, wurde jedoch nie für die gesamte Betriebsdauer getestet. Außerhalb des Reaktors wurden die Einheiten jedoch vollständig ausgearbeitet.
Spezifikationen RD 0410
Schub ins Leere: 3,59 tf (35,2 kN)
Thermische Leistung des Reaktors: 196 MW
Spezifischer Schubimpuls im Vakuum: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Anzahl der Einschlüsse: 10
Arbeitsressource: 1 Stunde
Kraftstoffkomponenten: Arbeitsflüssigkeit - flüssiger Wasserstoff, Hilfsstoff - Heptan
Gewicht mit Strahlenschutz: 2 Tonnen
Motorabmessungen: Höhe 3,5 m, Durchmesser 1,6 m.
Relativ klein Maße und Gewicht, hohe Temperatur des Kernbrennstoffs (3100 K) mit einem effizienten Wasserstoffströmungskühlsystem zeigen, dass das RD0410 ein nahezu idealer Prototyp für Nuklearraketentriebwerke für moderne Marschflugkörper ist. Und bedenkt moderne Technologien Selbststoppender Kernbrennstoff zu erhalten und die Ressource von einer Stunde auf mehrere Stunden zu erhöhen, ist eine sehr reale Aufgabe.
Konstruktionen von Atomraketentriebwerken
Ein Nuklearraketentriebwerk (NRE) ist ein Düsentriebwerk, bei dem die durch einen nuklearen Zerfall oder eine Fusionsreaktion erzeugte Energie das Arbeitsmedium (meistens Wasserstoff oder Ammoniak) erhitzt.Je nach Art des Brennstoffs für den Reaktor gibt es drei Arten von NRE:
- feste Phase;
- Flüssigphase;
- Gasphase.
In Gasphasen-Kernraketentriebwerken befinden sich der Brennstoff (z. B. Uran) und das Arbeitsfluid in gasförmigem Zustand (in Form von Plasma) und werden durch ein elektromagnetisches Feld im Arbeitsbereich gehalten. Das auf Zehntausende Grad erhitzte Uranplasma überträgt Wärme auf das Arbeitsmedium (z. B. Wasserstoff), das seinerseits auf hohe Temperaturen erhitzt wird und einen Strahl bildet.
Entsprechend der Art der Kernreaktion werden ein Radioisotop-Raketentriebwerk, ein thermonukleares Raketentriebwerk und ein eigentlicher Kerntriebwerk (die Energie der Kernspaltung wird genutzt) unterschieden.
Eine interessante Option ist auch ein gepulstes NRE - es wird vorgeschlagen, eine Kernladung als Energiequelle (Brennstoff) zu verwenden. Solche Installationen können interner und externer Art sein.
Die Hauptvorteile des YRD sind:
- hoher spezifischer Impuls;
- erhebliche Energiereserve;
- Kompaktheit des Antriebssystems;
- die Möglichkeit, einen sehr großen Schub zu erhalten - zehn, hundert und tausend Tonnen im Vakuum.
- Flüsse durchdringender Strahlung (Gammastrahlung, Neutronen) während Kernreaktionen;
- Entfernung hochradioaktiver Uranverbindungen und seiner Legierungen;
- Ausströmen radioaktiver Gase mit dem Arbeitsmedium.
Kernkraftwerk
In Anbetracht dessen, dass alle zuverlässigen Informationen über Kernkraftwerke aus Veröffentlichungen, einschließlich aus wissenschaftliche Artikel, ist es unmöglich zu erhalten, das Funktionsprinzip solcher Anlagen lässt sich am besten anhand der Beispiele von offenen Patentmaterialien betrachten, obwohl sie Know-how enthalten.So lieferte beispielsweise der herausragende russische Wissenschaftler Anatoly Sasonovich Koroteev, Autor der patentierten Erfindung, eine technische Lösung für die Zusammenstellung der Ausrüstung eines modernen Kernkraftwerks. Weiter gebe ich einen Teil des angegebenen Patentdokuments wörtlich und ohne Kommentare wieder.
Das Wesen der vorgeschlagenen technischen Lösung wird durch das in der Zeichnung dargestellte Diagramm veranschaulicht. Das im Antriebsenergiebetrieb arbeitende Kernkraftwerk enthält ein elektrisches Antriebssystem (EPP) (das Diagramm zeigt beispielsweise zwei elektrische Raketentriebwerke 1 und 2 mit den entsprechenden Versorgungssystemen 3 und 4), eine Reaktoranlage 5, eine Turbine 6, ein Kompressor 7, ein Generator 8, ein Wärmetauscher-Rekuperator 9, ein Rank-Hilsch-Wirbelrohr 10, ein Kühler-Emitter 11. In diesem Fall sind die Turbine 6, der Kompressor 7 und der Generator 8 zu einem kombiniert einzelne Einheit - ein Turbogenerator-Kompressor. Das Kernkraftwerk ist mit Rohrleitungen 12 des Arbeitsfluids und elektrischen Leitungen 13 ausgestattet, die den Generator 8 und das elektrische Antriebssystem verbinden. Der Wärmetauscher-Rekuperator 9 hat sogenannte Hochtemperatur- 14 und Niedertemperatur-Eingänge 15 des Arbeitsmediums sowie Hochtemperatur- 16 und Niedertemperatur-Ausgänge 17 des Arbeitsmediums.Verbindungen:Der Ausgang der Reaktoranlage 5 ist mit dem Eingang der Turbine 6 verbunden, der Ausgang der Turbine 6 ist mit dem Hochtemperatureingang 14 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 verbunden. Der Niedertemperaturausgang 15 des Wärmetauschers -Rekuperator 9 ist mit dem Einlass zum Ranque-Hilsch-Wirbelrohr 10 verbunden. Das Ranque-Hilsch-Wirbelrohr 10 hat zwei Ausgänge, von denen einer (durch das "heiße" Arbeitsfluid) mit dem Kühler-Kühler 11 verbunden ist, und der andere (über das "kalte" Arbeitsfluid) ist mit dem Einlass des Kompressors 7 verbunden. Der Auslass des Kühlers 11 ist auch mit dem Einlass des Kompressors 7 verbunden. Der Kompressorauslass 7 ist mit dem Niedertemperatur-Kühler verbunden Einlaß 15 zu dem Wärmetauscher-Rekuperator 9. Der Hochtemperatur-Auslaß 16 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 ist mit dem Einlaß zu der Reaktoranlage 5 verbunden. Somit sind die Hauptelemente des Kernkraftwerks durch einen einzigen Arbeitsgang miteinander verbunden Flüssigkeitskreislauf.
YaEDU funktioniert wie folgt. Das in der Reaktoranlage 5 erwärmte Arbeitsfluid wird zur Turbine 6 geleitet, die den Betrieb des Kompressors 7 und des Generators 8 des Turbogenerator-Kompressors sicherstellt. Generator 8 erzeugt elektrische Energie, das über elektrische Leitungen 13 zu den elektrischen Raketentriebwerken 1 und 2 und ihren Versorgungssystemen 3 und 4 geleitet wird und deren Betrieb sicherstellt. Nach dem Verlassen der Turbine 6 wird das Arbeitsfluid durch den Hochtemperatureinlass 14 zum Wärmetauscher-Rekuperator 9 geleitet, wo das Arbeitsfluid teilweise gekühlt wird.
Dann wird das Arbeitsfluid vom Niedertemperaturauslass 17 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 zum Rank-Hilsch-Wirbelrohr 10 geleitet, in dem der Arbeitsfluidstrom in "heiße" und "kalte" Komponenten aufgeteilt wird. Der "heiße" Teil des Arbeitsfluids geht dann zum Kühler-Emitter 11, wo dieser Teil des Arbeitsfluids effektiv gekühlt wird. Der "kalte" Teil des Arbeitsmediums folgt dem Einlass zum Kompressor 7 und nach dem Abkühlen folgt dort der Teil des Arbeitsmediums, der den Kühler-Kühler 11 verlässt.
Der Kompressor 7 führt das gekühlte Arbeitsfluid dem Wärmetauscher-Rekuperator 9 durch den Niedertemperatureinlass 15 zu. Dieses gekühlte Arbeitsfluid im Wärmetauscher-Rekuperator 9 sorgt für eine teilweise Kühlung des entgegenkommenden Stroms des Arbeitsfluids, das in den Wärmetauscher eintritt. Rekuperator 9 von der Turbine 6 durch den Hochtemperatureinlass 14. Ferner wird das teilweise erwärmte Arbeitsfluid (aufgrund von Wärmeaustausch mit dem Gegenstrom des Arbeitsfluids von der Turbine 6) aus dem Wärmetauscher-Rekuperator 9 durch den Hochtemperatureinlass 14 Temperaturauslass 16 wieder in die Reaktoranlage 5 eintritt, wiederholt sich der Kreislauf erneut.
Somit gewährleistet ein einzelnes Arbeitsfluid, das sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet, einen kontinuierlichen Betrieb des Kernkraftwerks, und die Verwendung eines Rank-Hilsch-Wirbelrohrs als Teil des Kernkraftwerks gemäß der vorgeschlagenen technischen Lösung verbessert die Gewichts- und Größeneigenschaften des Kernkraftwerks, erhöht die Zuverlässigkeit seines Betriebs, vereinfacht sein Konstruktionsschema und ermöglicht es, die Effizienz des Kernkraftwerks insgesamt zu steigern.
Weltraumfahrt des russischen Militärs
Für viel Aufsehen in den Medien und sozialen Netzwerken sorgten die Äußerungen von Wladimir Putin, dass Russland eine neue Generation von Marschflugkörpern teste, was fast der Fall sei unbegrenzt Gangreserve und ist damit für alle bestehenden und geplanten Raketenabwehrsysteme praktisch unverwundbar.
„Ende 2017 auf dem zentralen Trainingsgelände Russische Föderation startete erfolgreich den neuesten russischen Marschflugkörper aus nuklear Energie Installation. Während des Fluges erreichte das Kraftwerk die eingestellte Leistung und sorgte für den richtigen Schub “, sagte Putin während seiner traditionellen Ansprache vor der Bundesversammlung.
Die Rakete wurde im Zusammenhang mit anderen fortschrittlichen russischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Rüstung diskutiert, zusammen mit der neuen interkontinentalen ballistischen Rakete Sarmat, der Hyperschallrakete Kinzhal usw. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Putins Äußerungen hauptsächlich militärisch analysiert werden. politische Ader. Tatsächlich ist die Frage jedoch viel umfassender: Es scheint, dass Russland kurz davor steht, die wirkliche Technologie der Zukunft zu beherrschen, die in der Lage ist, revolutionäre Veränderungen in der Raketen- und Weltraumtechnologie herbeizuführen, und nicht nur. Aber der Reihe nach…
Jet-Technologien: „chemische“ Sackgasse
Hier schon fast hundert Jahre Wenn wir von einem Strahltriebwerk sprechen, meinen wir meistens ein chemisches Strahltriebwerk. Sowohl Düsenflugzeuge als auch Weltraumraketen werden durch die Energie angetrieben, die aus der Verbrennung von Treibstoff an Bord gewonnen wird.
BEI allgemein gesagt es funktioniert so: brennstoff gelangt in die brennkammer, wo er sich mit einem oxidationsmittel (atmosphärische luft in einem luftatmenden motor oder sauerstoff aus bordreserven in einem raketentriebwerk) vermischt. Das Gemisch zündet dann, was zu einer schnellen Freisetzung einer erheblichen Energiemenge in Form von Wärme führt, die auf die Verbrennungsgase übertragen wird. Beim Erhitzen dehnt sich das Gas schnell aus und drückt sich gleichsam mit beträchtlicher Geschwindigkeit durch die Triebwerksdüse heraus. Ein Jetstream entsteht und ein Strahlschub wird erzeugt, der drückt Flugzeug in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Strahlstroms.
Er 178 und Falcon Heavy - Produkte und Motoren sind unterschiedlich, aber das ändert nichts an der Essenz.
Strahl- und Raketentriebwerke in all ihrer Vielfalt (vom ersten Düsenflugzeug Heinkel 178 bis zu Elon Musks Falcon Heavy) nutzen genau dieses Prinzip – nur die Ansätze zu seiner Anwendung ändern sich. Und alle Konstrukteure der Raketentechnologie sind gezwungen, den grundlegenden Nachteil dieses Prinzips auf die eine oder andere Weise in Kauf zu nehmen: die Notwendigkeit, eine erhebliche Menge schnell verbrauchten Treibstoffs an Bord des Flugzeugs zu transportieren. Wie gut gemacht der Motor leisten muss, desto mehr Treibstoff muss an Bord sein und desto weniger Nutzlast kann das Flugzeug im Flug mitnehmen.
Beispielsweise beträgt das maximale Startgewicht eines Boeing 747-200-Flugzeugs etwa 380 Tonnen. Davon fallen 170 Tonnen auf das Flugzeug selbst, etwa 70 Tonnen auf die Nutzlast (Gewicht von Fracht und Passagieren) und 140 Tonnen oder etwa 35 %, wiegt Kraftstoff, das im Flug mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Tonnen pro Stunde brennt. Das heißt, auf jede Tonne Fracht kommen 2,5 Tonnen Treibstoff. Und die Proton-M-Rakete, die 22 Tonnen Fracht in eine niedrige Referenzumlaufbahn bringen soll, verbraucht etwa 630 Tonnen Treibstoff, dh fast 30 Tonnen Treibstoff pro Tonne Nutzlast. Wie Sie sehen können, der Koeffizient nützliche Aktion» mehr als bescheiden.
Wenn wir zum Beispiel von wirklichen Langstreckenflügen zu anderen Planeten im Sonnensystem sprechen, dann wird das Verhältnis von Treibstoff zu Ladung einfach tödlich. Beispielsweise könnte die amerikanische Saturn-5-Rakete 45 Tonnen Fracht zum Mond bringen und dabei über 2000 Tonnen Treibstoff verbrennen. Und Elon Musks Falcon Heavy mit einer Startmasse von anderthalbtausend Tonnen ist in der Lage, nur 15 Tonnen Fracht in die Marsumlaufbahn zu bringen, dh 0,1% seiner ursprünglichen Masse.
Deshalb bemannt Flug zum Mond bleibt eine Aufgabe an der Grenze der technologischen Möglichkeiten der Menschheit, und der Flug zum Mars geht über diese Grenzen hinaus. Schlimmer noch, es ist nicht mehr möglich, diese Fähigkeiten signifikant auszubauen und gleichzeitig chemische Raketen weiter zu verbessern. Die Menschheit "ruhte" in ihrer Entwicklung an einer von Naturgesetzen bestimmten Decke. Um weiter zu gehen, ist ein grundlegend anderer Ansatz erforderlich.
"Atomischer" Schub
Die Verbrennung von chemischem Brennstoff ist schon lange nicht mehr die effizienteste der bekannten Methoden zur Energieerzeugung.
Ab 1 Kilogramm harte Kohle Sie können etwa 7 Kilowattstunden Energie gewinnen, während 1 Kilogramm Uran etwa 620.000 Kilowattstunden enthält.
Und wenn Sie einen Motor bauen, der Energie aus nuklearen und nicht aus chemischen Prozessen erhält, dann wird ein solcher Motor benötigt Zehntausende(!) mal weniger Kraftstoff für die gleiche Arbeit. Der entscheidende Nachteil von Strahltriebwerken kann somit beseitigt werden. Von der Idee bis zur Umsetzung ist es jedoch ein langer Weg, um viele komplexe Probleme zu lösen. Zunächst musste ein ausreichend leichter und kompakter Kernreaktor geschaffen werden, damit er in einem Flugzeug installiert werden konnte. Zweitens musste herausgefunden werden, wie genau die Energie des Zerfalls des Atomkerns genutzt werden kann, um das Gas im Triebwerk zu erhitzen und einen Jetstream zu erzeugen.
Die naheliegendste Option war, das Gas einfach durch den rotglühenden Kern des Reaktors zu leiten. Dieses Gas würde jedoch durch direkte Wechselwirkung mit Brennelementen entstehen stark radioaktiv. Wenn Sie den Motor in Form eines Jetstreams verlassen, würde er alles in der Umgebung stark infizieren, sodass die Verwendung eines solchen Motors in der Atmosphäre nicht akzeptabel wäre. Das bedeutet, dass die Wärme aus dem Kern auf andere Weise übertragen werden muss, aber wie genau? Und wo bekomme ich Materialien, die ihre halten können strukturelle Eigenschaften bei so hohen Temperaturen?
Noch leichter vorstellbar ist der von Putin in derselben Botschaft ebenfalls erwähnte Einsatz von Atomkraftwerken in „unbemannten Tiefseefahrzeugen“. Tatsächlich wird es so etwas wie ein Supertorpedo sein, der Meerwasser ansaugt, es in erhitzten Dampf umwandelt, der einen Jetstream bildet. Ein solcher Torpedo kann Tausende von Kilometern unter Wasser überwinden, sich in jeder Tiefe bewegen und jedes Ziel auf See oder an der Küste treffen. Gleichzeitig wird es fast unmöglich sein, es auf dem Weg zum Ziel abzufangen.
Im Moment scheint es, dass Russland noch keine einsatzbereiten Muster solcher Geräte hat. Was den nuklearbetriebenen Marschflugkörper betrifft, von dem Putin sprach, sprechen wir hier offenbar über den Teststart eines „Massenmodells“ einer solchen Rakete mit einer elektrischen Heizung anstelle einer nuklearen. Genau das können Putins Worte über das "Erreichen der eingestellten Leistung" und "das richtige Schubniveau" bedeuten - die Überprüfung, ob der Motor eines solchen Geräts mit solchen "eingehenden Parametern" arbeiten kann. Natürlich ist ein „Dummy“-Produkt im Gegensatz zu einer atomgetriebenen Probe nicht in der Lage, eine beliebig große Entfernung zu fliegen, aber dies ist nicht erforderlich. Auf einer solchen Probe können Sie trainieren technologische Lösungen einem rein "motorischen" Teil verbunden - während der Reaktor am Stand fertiggestellt und getestet wird. Nur sehr wenig Zeit kann diese Phase von der Lieferung des fertigen Produkts trennen – ein oder zwei Jahre.
Nun, wenn ein solcher Motor in Marschflugkörpern eingesetzt werden kann, was hindert ihn dann daran, in der Luftfahrt eingesetzt zu werden? Vorstellen Flugzeug mit Atomantrieb in der Lage, Zehntausende von Kilometern ohne Landung und Auftanken zurückzulegen, ohne Hunderte Tonnen teures Flugbenzin zu verschlingen! Im Allgemeinen sprechen wir über eine Entdeckung, die in der Zukunft eine echte Revolution im Transportsektor bewirken kann ...
Mars voraus?
Viel spannender scheint jedoch noch der Hauptzweck des Kernkraftwerks zu sein – das nukleare Herz einer neuen Generation von Raumfahrzeugen zu werden, die eine zuverlässige Transportkommunikation mit anderen Planeten des Sonnensystems ermöglichen. Natürlich können Sie im luftlosen Weltraum keine Turbojet-Triebwerke verwenden, die Außenluft verwenden. Die Substanz, um hier einen Jetstream zu erzeugen, was immer man sagen mag, muss mitgenommen werden. Die Aufgabe besteht darin, es im Arbeitsablauf wesentlich sparsamer zu verwenden, und dazu muss die Geschwindigkeit des Austritts des Stoffes aus der Motordüse so hoch wie möglich sein. Bei chemischen Raketentriebwerken beträgt diese Geschwindigkeit bis zu 5.000 Meter pro Sekunde (normalerweise 2-3.000), und es ist nicht möglich, sie wesentlich zu erhöhen.
Viel höhere Geschwindigkeiten können mit einem anderen Prinzip zur Erzeugung eines Strahls erreicht werden - Beschleunigung geladener Teilchen (Ionen) durch ein elektrisches Feld. Die Geschwindigkeit des Strahls in einem Ionentriebwerk kann 70.000 Meter pro Sekunde erreichen, das heißt, um die gleiche Menge an Bewegung zu erhalten, müssen Sie 20- bis 30-mal weniger Substanz aufwenden. Ein solcher Motor verbraucht zwar ziemlich viel Strom. Und für die Produktion dieser Energie wird es notwendig sein Kernreaktor.
Modell einer Reaktoranlage für ein Kernkraftwerk der Megawattklasse
Elektrische (Ionen- und Plasma-)Raketentriebwerke gibt es bereits, zum Beispiel zurück im Jahr 1971 Die UdSSR brachte das Meteor-Raumschiff mit einem von OKB Fakel entwickelten stationären Plasmamotor SPD-60 in die Umlaufbahn. Heutzutage werden ähnliche Motoren aktiv verwendet, um die Umlaufbahn künstlicher Erdsatelliten zu korrigieren, aber ihre Leistung überschreitet 3-4 Kilowatt (5,5 PS) nicht.
Doch im Jahr 2015 das Forschungszentrum. Keldysh kündigte die Schaffung eines Prototyps eines Ionenmotors mit einer Leistung der Größenordnung an 35 Kilowatt(48 PS). Es klingt nicht sehr beeindruckend, aber ein paar dieser Motoren reichen aus, um ein Raumschiff anzutreiben, das sich in der Leere und weg von starken Gravitationsfeldern bewegt. Die Beschleunigung, die solche Motoren dem Raumfahrzeug verleihen, wird gering sein, aber sie werden in der Lage sein, sie aufrechtzuerhalten. lange Zeit(vorhandene Ionentriebwerke haben eine kontinuierliche Betriebszeit bis zu drei Jahren).
In modernen Raumfahrzeugen laufen Raketentriebwerke nur für kurze Zeit, während das Schiff den größten Teil des Fluges durch Trägheit fliegt. Der Ionenmotor, der Energie aus einem Kernreaktor erhält, arbeitet während des gesamten Fluges - in der ersten Hälfte beschleunigt er das Schiff, in der zweiten verlangsamt es es. Berechnungen zeigen, dass ein solches Raumschiff die Umlaufbahn des Mars in 30-40 Tagen und nicht in einem Jahr wie ein Schiff mit chemischen Motoren erreichen und auch ein Abstiegsfahrzeug mit sich führen könnte, das eine Person an die Oberfläche des Roten bringen kann Planet, und dann nimm ihn da raus.
Russland hat das Kühlsystem für ein Kernkraftwerk (NPP) getestet - eines der Schlüsselelemente des Raumfahrzeugs der Zukunft, das interplanetare Flüge durchführen kann. Warum ein Nuklearmotor im Weltraum benötigt wird, wie er funktioniert und warum Roskosmos diese Entwicklung als den wichtigsten russischen Weltraumtrumpf betrachtet, sagt Iswestija.
Geschichte des Atoms
Wenn Sie Ihre Hand auf Ihr Herz legen, dann haben sich die Trägerraketen, die für Flüge ins All verwendet werden, seit Korolev nicht grundlegend verändert. Das allgemeine Funktionsprinzip - chemisch, basierend auf der Verbrennung von Kraftstoff mit einem Oxidationsmittel - bleibt gleich. Motoren, Steuerungssystem, Kraftstoffarten ändern sich. Die Grundlage der Raumfahrt bleibt gleich – der Düsenantrieb treibt eine Rakete oder ein Raumschiff voran.
Man hört oft, dass ein großer Durchbruch nötig ist, eine Entwicklung, die das Düsentriebwerk ersetzen kann, um die Effizienz zu steigern und Flüge zum Mond und zum Mars realistischer zu machen. Tatsache ist, dass derzeit fast der größte Teil der Masse interplanetarer Raumfahrzeuge Brennstoff und Oxidationsmittel ist. Aber was wäre, wenn wir den chemischen Motor ganz aufgeben und die Energie des Atommotors nutzen würden?
Die Idee, ein nukleares Antriebssystem zu schaffen, ist nicht neu. In der UdSSR wurde bereits 1958 ein detaillierter Regierungserlass zum Problem der Schaffung eines Atomraketentriebwerks unterzeichnet. Schon damals wurden Studien durchgeführt, die zeigten, dass man mit einem Atomraketentriebwerk mit ausreichender Leistung in sechs Monaten (zwei hin und vier zurück) zum Pluto (der seinen planetarischen Status noch nicht verloren hat) und zurück gelangen kann, wenn man 75 ausgibt Tonnen Treibstoff auf der Reise.
Sie waren an der Entwicklung eines Atomraketentriebwerks in der UdSSR beteiligt, aber die Wissenschaftler näherten sich erst jetzt dem echten Prototyp. Es geht nicht um Geld, das Thema stellte sich als so kompliziert heraus, dass bisher keines der Länder einen funktionierenden Prototypen erstellen konnte, und in den meisten Fällen endete alles mit Plänen und Zeichnungen. In den Vereinigten Staaten wurde das Antriebssystem für einen Flug zum Mars im Januar 1965 getestet. Aber das NERVA-Projekt zur Eroberung des Mars mit einem Atommotor ging nicht über die KIWI-Tests hinaus und war viel einfacher als die aktuelle russische Entwicklung. China hat in seine Weltraumentwicklungspläne die Schaffung eines Nuklearmotors näher an 2045 aufgenommen, was auch sehr, sehr nicht bald ist.
In Russland begann 2010 eine neue Arbeitsrunde am Projekt eines nuklearelektrischen Antriebssystems (NPP) der Megawattklasse für Raumtransportsysteme. Das Projekt wird gemeinsam von Roscosmos und Rosatom erstellt und kann als eines der ernsthaftesten und ehrgeizigsten Weltraumprojekte der letzten Zeit bezeichnet werden. Hauptauftragnehmer für Kernkraftwerke ist das Forschungszentrum. MV Keldysch.
Nukleare Bewegung
Während der gesamten Entwicklungszeit sickern Nachrichten über die Bereitschaft des einen oder anderen Teils des zukünftigen Atommotors an die Presse. Gleichzeitig stellen sich im Allgemeinen außer Spezialisten nur wenige Menschen vor, wie und aufgrund dessen es funktionieren wird. Tatsächlich ist die Essenz eines Weltraum-Atommotors ungefähr dieselbe wie auf der Erde. Die Energie der Kernreaktion wird zum Heizen und Betreiben des Turbogenerator-Kompressors verwendet. Vereinfacht gesagt wird eine Kernreaktion zur Stromerzeugung genutzt, fast genauso wie bei einer konventionellen. Kernkraftwerk. Und mit Hilfe von Elektrizität funktionieren elektrische Raketentriebwerke. Bei dieser Installation handelt es sich um Hochleistungs-Ionentriebwerke.
In Ionentriebwerken wird Schub erzeugt, indem Strahlschub basierend auf ionisiertem Gas erzeugt wird, das auf beschleunigt wird hohe Geschwindigkeiten in einem elektrischen Feld. Ionentriebwerke sind noch da, sie werden im Weltraum getestet. Bisher haben sie nur ein Problem - fast alle haben sehr wenig Schub, obwohl sie sehr wenig Treibstoff verbrauchen. Für die Raumfahrt sind solche Motoren eine großartige Option, insbesondere wenn Sie das Problem der Stromversorgung im Weltraum lösen, was eine Atomanlage tun wird. Darüber hinaus können Ionenmotoren lange arbeiten, die maximale Dauerbetriebsdauer der modernsten Muster von Ionenmotoren beträgt mehr als drei Jahre.
Wenn Sie sich das Diagramm ansehen, können Sie sehen, dass die Kernenergie ihren Anfang nimmt nützliche Arbeitüberhaupt nicht sofort. Zuerst wird der Wärmetauscher aufgeheizt, dann wird Strom erzeugt, der bereits zur Schuberzeugung für das Ionentriebwerk genutzt wird. Leider hat die Menschheit noch nicht gelernt, Nuklearanlagen einfacher und effizienter für die Fortbewegung zu nutzen.
In der UdSSR wurden Satelliten mit einer Nuklearanlage als Teil des Zielbestimmungskomplexes Legend für die Luftfahrt mit Marineraketen gestartet, aber dies waren sehr kleine Reaktoren, und ihre Arbeit reichte nur aus, um Strom für die am Satelliten aufgehängten Geräte zu erzeugen. Sowjetische Raumfahrzeuge hatten eine Installationskapazität von drei Kilowatt, aber jetzt arbeiten russische Spezialisten daran, eine Installation mit einer Kapazität von mehr als einem Megawatt zu schaffen.
Kosmische Probleme
Natürlich hat eine Nuklearanlage im Weltraum viel mehr Probleme als auf der Erde, und das wichtigste davon ist die Kühlung. Unter normalen Bedingungen wird dafür Wasser verwendet, das die Motorwärme sehr effizient aufnimmt. Im Weltraum ist dies nicht möglich, und Atommotoren erfordern effizientes System Kühlung - und die Wärme von ihnen muss in den Weltraum abgeführt werden, dh dies kann nur in Form von Strahlung erfolgen. Üblicherweise werden zu diesem Zweck in Raumfahrzeugen Flachstrahler eingesetzt - aus Metall, durch die ein Kühlmittel zirkuliert. Leider haben solche Heizkörper in der Regel ein großes Gewicht und große Abmessungen, außerdem sind sie in keiner Weise vor Meteoriten geschützt.
Im August 2015 wurde auf der MAKS-Flugschau ein Modell der Tropfenkühlung von Kernkraftantriebssystemen gezeigt. Darin fliegt die in Tröpfchen dispergierte Flüssigkeit ins Freie, kühlt ab und wird dann wieder in der Anlage gesammelt. Stellen Sie sich ein riesiges Raumschiff vor, in dessen Mitte sich eine riesige Duschinstallation befindet, aus der Milliarden mikroskopisch kleiner Wassertropfen ausbrechen, ins All fliegen und dann in den riesigen Mund eines Weltraumstaubsaugers gesaugt werden.
In jüngerer Zeit wurde bekannt, dass das Tropfenkühlsystem eines Kernantriebssystems unter terrestrischen Bedingungen getestet wurde. Gleichzeitig ist das Kühlsystem die wichtigste Phase bei der Erstellung der Anlage.
Jetzt geht es darum, seine Leistung unter Schwerelosigkeit zu testen, und erst danach kann versucht werden, ein Kühlsystem in den für den Einbau erforderlichen Dimensionen zu erstellen. Jeder solche erfolgreiche Test bringt ein Stück näher Russische Spezialisten zur Errichtung einer kerntechnischen Anlage. Wissenschaftler haben es eilig, weil man glaubt, dass der Start eines Atommotors ins All Russland helfen kann, seine Führungsposition im Weltraum zurückzugewinnen.
Nukleares Weltraumzeitalter
Angenommen, es gelingt, und in ein paar Jahren wird ein Atommotor im Weltraum zu arbeiten beginnen. Wie wird es helfen, wie kann es verwendet werden? Zunächst sollte klargestellt werden, dass ein nukleares Antriebssystem in der Form, in der es heute existiert, nur im Weltraum funktionieren kann. Es kann in dieser Form auf keinen Fall von der Erde abheben und landen, bisher ist es unmöglich, auf herkömmliche chemische Raketen zu verzichten.
Warum im Weltall? Nun, die Menschheit fliegt schnell zum Mars und zum Mond, und das war's? So sicher nicht. Derzeit sind alle Projekte von Orbitalfabriken und Fabriken, die in der Erdumlaufbahn betrieben werden, aufgrund des Mangels an Rohstoffen für die Arbeit ins Stocken geraten. Es macht keinen Sinn, irgendetwas im Weltraum zu bauen, bis ein Weg gefunden wird, eine große Menge der benötigten Rohstoffe wie Metallerz in die Umlaufbahn zu bringen.
Aber warum sie von der Erde aufheben, wenn man sie im Gegenteil aus dem Weltraum bringen kann. Im selben Asteroidengürtel im Sonnensystem gibt es einfach riesige Reserven verschiedener Metalle, darunter auch Edelmetalle. Und in diesem Fall wird die Schaffung eines Atomschleppers nur zum Lebensretter.
Bringen Sie einen riesigen platin- oder goldhaltigen Asteroiden in die Umlaufbahn und beginnen Sie, ihn direkt im Weltraum zu schnitzen. Laut Experten kann sich eine solche Produktion unter Berücksichtigung des Volumens als eine der profitabelsten erweisen.
Gibt es eine weniger fantastische Verwendung für einen Atomschlepper? Beispielsweise kann es verwendet werden, um Satelliten in die gewünschten Umlaufbahnen zu bringen oder Raumfahrzeuge an den gewünschten Punkt im Weltraum zu bringen, beispielsweise in die Mondumlaufbahn. Derzeit werden dafür Oberstufen verwendet, zum Beispiel die russische Fregat. Sie sind teuer, komplex und wegwerfbar. Ein nuklearer Schlepper wird in der Lage sein, sie im erdnahen Orbit aufzunehmen und dorthin zu bringen, wo sie gebraucht werden.
Dasselbe gilt für interplanetare Reisen. Ohne der schnelle Weg Um Fracht und Menschen in die Umlaufbahn des Mars zu bringen, gibt es einfach keine Chance, mit der Kolonisierung zu beginnen. Trägerraketen der aktuellen Generation werden dies sehr teuer und lange tun. Bislang bleibt die Flugdauer eines der gravierendsten Probleme bei Flügen zu anderen Planeten. Monatelange Flüge zum Mars und zurück in einer geschlossenen Raumkapsel zu überstehen, ist keine leichte Aufgabe. Auch hier kann ein Nuklearschlepper Abhilfe schaffen und diese Zeit deutlich verkürzen.
Notwendig und ausreichend
Derzeit sieht das alles nach Science-Fiction aus, aber bis zum Test des Prototyps bleiben laut Wissenschaftlern nur noch wenige Jahre. Die Hauptsache ist, nicht nur die Entwicklung abzuschließen, sondern auch das notwendige Niveau der Raumfahrt im Land aufrechtzuerhalten. Auch bei sinkenden Fördermitteln sollen weiterhin Raketen abheben, Raumfahrzeuge gebaut und die wertvollsten Spezialisten arbeiten.
Andernfalls hilft ein Atommotor ohne die entsprechende Infrastruktur der Sache nicht, z maximale Effizienz Es wird sehr wichtig sein, die Entwicklung nicht nur zu verkaufen, sondern sie unabhängig zu nutzen und alle Fähigkeiten des neuen Raumfahrzeugs zu zeigen.
Inzwischen können alle nicht an die Arbeit gebundenen Einwohner des Landes nur in den Himmel blicken und hoffen, dass die russische Kosmonautik erfolgreich sein wird. Und ein nuklearer Schlepper und die Erhaltung der aktuellen Fähigkeiten. Ich möchte nicht an andere Ergebnisse glauben.
Bereits Ende dieses Jahrzehnts kann in Russland ein atomgetriebenes Raumschiff für interplanetare Reisen gebaut werden. Und das wird die Situation sowohl im erdnahen Raum als auch auf der Erde selbst dramatisch verändern.
Bereits 2018 soll das Kernkraftwerk (KKW) flugbereit sein. Dies teilte der Direktor des Keldysh-Zentrums, Akademiker, mit Anatoly Koroteev. „Wir müssen das erste Muster (eines Kernkraftwerks der Megawattklasse. - Ca. "Expert Online") für Flugdesigntests im Jahr 2018 vorbereiten. Ob sie fliegen wird oder nicht, ist eine andere Sache, es kann eine Warteschlange geben, aber sie muss bereit sein zu fliegen “, berichtete RIA Novosti. Damit tritt eines der ehrgeizigsten sowjetisch-russischen Projekte auf dem Gebiet der Weltraumforschung in die Phase der sofortigen praktischen Umsetzung ein.
Das ist die Essenz dieses Projekts, dessen Wurzeln bis in die Mitte des letzten Jahrhunderts zurückreichen. Heute werden Flüge in den erdnahen Weltraum mit Raketen durchgeführt, die sich durch die Verbrennung von flüssigem oder festem Brennstoff in ihren Triebwerken fortbewegen. Tatsächlich ist dies der gleiche Motor wie im Auto. Nur in einem Auto drückt brennendes Benzin die Kolben in die Zylinder und überträgt seine Energie durch sie auf die Räder. Und in einem Raketentriebwerk treibt das Verbrennen von Kerosin oder Heptyl die Rakete direkt nach vorne.
Im vergangenen halben Jahrhundert wurde diese Raketentechnologie auf der ganzen Welt bis ins kleinste Detail ausgearbeitet. Aber die Raketenwissenschaftler selbst geben das zu. Verbesserung - ja, es ist notwendig. Der Versuch, die Tragfähigkeit von Raketen von derzeit 23 Tonnen auf 100 und sogar 150 Tonnen zu erhöhen, basierend auf "verbesserten" Verbrennungsmotoren - ja, Sie müssen es versuchen. Aber das ist eine Sackgasse in Bezug auf die Evolution. " Egal, wie viel Raketentriebwerksspezialisten auf der ganzen Welt arbeiten, der maximale Effekt, den wir erzielen, wird in Bruchteilen von Prozent berechnet. Grob gesagt wurde alles aus bestehenden Raketentriebwerken herausgepresst, sei es flüssiger oder fester Treibstoff, und Versuche, den Schub zu erhöhen, spezifischer Impuls sind einfach hoffnungslos. Kernkraftwerke hingegen geben eine Steigerung um ein Vielfaches. Am Beispiel eines Fluges zum Mars – jetzt muss man anderthalb bis zwei Jahre hin und zurück fliegen, aber es wird möglich sein, in zwei bis vier Monaten zu fliegen ", - der Ex-Chef der Föderalen Raumfahrtbehörde Russlands hat einmal die Situation bewertet Anatoly Perminov.
Daher war im Jahr 2010 der damalige Präsident von Russland und jetzt der Premierminister Dmitri Medwedew Ende dieses Jahrzehnts wurde der Auftrag erteilt, in unserem Land ein Raumtransport- und Energiemodul auf der Basis eines Kernkraftwerks der Megawattklasse zu bauen. Es ist geplant, bis 2018 17 Milliarden Rubel aus dem Bundeshaushalt, Roskosmos und Rosatom für die Entwicklung dieses Projekts bereitzustellen. 7,2 Milliarden dieses Betrags wurden der State Atomic Energy Corporation Rosatom für die Errichtung einer Reaktoranlage zugewiesen (dies wird vom Dollezhal Research and Design Institute of Power Engineering durchgeführt), 4 Milliarden - dem Keldysh Center für die Errichtung einer Kernkraftwerk. 5,8 Milliarden Rubel werden RSC Energia für die Schaffung eines Transport- und Energiemoduls, dh eines Raketenschiffs, zugewiesen.
Natürlich findet all diese Arbeit nicht im luftleeren Raum statt. Von 1970 bis 1988 schickte allein die UdSSR mehr als drei Dutzend Spionagesatelliten ins All, die mit Kernkraftwerken mit geringer Leistung vom Typ Buk und Topaz ausgestattet waren. Sie wurden verwendet, um ein Allwetter-Überwachungssystem für Oberflächenziele in den gesamten Gewässern des Weltozeans zu schaffen und Zielkennzeichnungen mit Übertragung an Waffenträger oder auszustellen Kommandoposten- das System der Meeresraumaufklärung und Zielbezeichnung "Legend" (1978).
Nasa und Amerikanische Unternehmen, Hersteller von Raumfahrzeugen und deren Trägermitteln, war es in dieser Zeit trotz dreimaliger Versuche nicht gelungen, einen Atomreaktor zu schaffen, der im Weltraum stabil arbeiten würde. Daher wurde 1988 ein Einsatzverbot für Raumfahrzeuge mit Kernkraftantrieb durch die UN durchgesetzt und die Produktion von Satelliten des Typs US-A mit Kernkraftwerken an Bord in der Sowjetunion eingestellt.
Parallel dazu führte das Keldysh Center in den 60-70er Jahren des letzten Jahrhunderts aktive Arbeiten zur Entwicklung eines Ionenmotors (Elektroplasmamotor) durch, der sich am besten für die Schaffung eines mit Kernbrennstoff betriebenen Hochleistungsantriebssystems eignet. Der Reaktor erzeugt Wärme, die vom Generator in Strom umgewandelt wird. Mit Hilfe von Strom wird das Edelgas Xenon in einem solchen Triebwerk zunächst ionisiert, dann werden positiv geladene Teilchen (positive Xenon-Ionen) in einem elektrostatischen Feld auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt und erzeugen Schub, um das Triebwerk zu verlassen. Dies ist das Funktionsprinzip des Ionenmotors, dessen Prototyp bereits im Keldysh Center erstellt wurde.
« In den 1990er Jahren nahmen wir im Keldysh Center die Arbeit an Ionentriebwerken wieder auf. Nun soll für ein so starkes Projekt eine neue Kooperation entstehen. Es gibt bereits einen Prototyp eines Ionenmotors, an dem die wichtigsten technologischen und gestalterischen Lösungen ausgearbeitet werden können. Und regelmäßige Produkte müssen noch geschaffen werden. Wir haben eine Frist - bis 2018 soll das Produkt für Flugtests bereit sein, und bis 2015 soll die Hauptentwicklung des Triebwerks abgeschlossen sein. Als nächstes - Lebensdauertests und Tests der gesamten Einheit als Ganzes“, - bemerkte im vergangenen Jahr der Leiter der Abteilung für Elektrophysik des nach M.V. Keldysha, Professor, Fakultät für Aerophysik und Weltraumforschung, Moskauer Institut für Physik und Technologie Oleg Gorschkow.
Welchen praktischen Nutzen hat Russland aus diesen Entwicklungen? Dieser Vorteil übersteigt bei weitem die 17 Milliarden Rubel, die der Staat bis 2018 für die Schaffung einer Trägerrakete mit Atomkraft ausgeben will Kraftwerk an Bord mit einer Leistung von 1 MW. Erstens ist es eine starke Erweiterung der Möglichkeiten unseres Landes und der Menschheit im Allgemeinen. Ein Raumschiff mit Atomantrieb gibt den Menschen echte Möglichkeiten, sich auf anderen Planeten zu engagieren. Jetzt haben viele Länder solche Schiffe. Sie wurden 2003 in den Vereinigten Staaten wieder aufgenommen, nachdem die Amerikaner zwei Proben russischer Satelliten mit Kernkraftwerken erhalten hatten.
Trotzdem Mitglied der NASA-Sonderkommission für bemannte Flüge Edward Crowley, zum Beispiel glaubt er, dass ein Schiff für einen internationalen Flug zum Mars russische Atommotoren haben sollte. " gefragt Russische Erfahrung bei der Entwicklung von Nuklearmotoren. Ich denke, Russland hat eine sehr große Erfahrung sowohl in der Entwicklung von Raketentriebwerken als auch in der Nukleartechnik. Sie hat auch umfangreiche Erfahrung in der menschlichen Anpassung an Weltraumbedingungen, da russische Kosmonauten sehr lange Flüge absolvierten. “, sagte Crowley Reportern im vergangenen Frühjahr nach einem Vortrag an der Moskauer Staatsuniversität über amerikanische Pläne zur bemannten Weltraumforschung.
Zweitens, solche Schiffe ermöglichen es, die Aktivität im erdnahen Weltraum stark zu intensivieren und bieten eine echte Gelegenheit, mit der Besiedlung des Mondes zu beginnen (es gibt bereits Bauprojekte auf dem Erdtrabanten Atomkraftwerke). « Der Einsatz nuklearer Antriebssysteme wird für große bemannte Systeme in Betracht gezogen und nicht für kleine Raumfahrzeuge, die auf anderen Arten von Anlagen mit Ionenantrieb oder Sonnenwindenergie fliegen können. Es ist möglich, Kernkraftwerke mit Ionenmotoren auf einem interorbitalen wiederverwendbaren Schlepper zu verwenden. Zum Beispiel, um Fracht zwischen niedrigen und hohen Umlaufbahnen zu transportieren, um zu Asteroiden zu fliegen. Sie können einen wiederverwendbaren Mondschlepper bauen oder eine Expedition zum Mars schicken", - sagt Professor Oleg Gorshkov. Solche Schiffe verändern die Wirtschaftlichkeit der Weltraumforschung dramatisch. Nach Berechnungen der Spezialisten von RSC Energia reduziert eine nuklearbetriebene Trägerrakete die Kosten für den Start einer Nutzlast in eine Umlaufbahn um den Mond um mehr als das Zweifache im Vergleich zu Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken.
Drittens, das sind neue Materialien und Technologien, die während der Durchführung dieses Projekts geschaffen und dann in andere Branchen eingeführt werden - Metallurgie, Maschinenbau usw. Das heißt, dies ist eines dieser bahnbrechenden Projekte, das sowohl die russische als auch die Weltwirtschaft wirklich voranbringen kann.
