Rosja przetestowała system chłodzenia elektrowni jądrowej (NPP) – jednego z kluczowych elementów statku kosmicznego przyszłości, który będzie mógł wykonywać loty międzyplanetarne. Dlaczego silnik nuklearny jest potrzebny w kosmosie, jak działa i dlaczego Roscosmos uważa ten rozwój za główną rosyjską kartę atutową, mówi Izwiestia.
Historia atomu
Jeśli położysz rękę na sercu, to od czasów Korolowa pojazdy nośne używane do lotów w kosmos nie przeszły zasadniczych zmian. Ogólna zasada działania - chemiczna, oparta na spalaniu paliwa z utleniaczem, pozostaje taka sama. Zmieniają się silniki, system sterowania, rodzaje paliwa. Podstawa podróży kosmicznych pozostaje taka sama – napęd odrzutowy popycha do przodu rakietę lub statek kosmiczny.
Często słyszy się, że potrzebny jest wielki przełom, rozwój, który może zastąpić silnik odrzutowy w celu zwiększenia wydajności i uczynienia lotów na Księżyc i Marsa bardziej realistycznymi. Faktem jest, że obecnie prawie większość masy międzyplanetarnych statków kosmicznych to paliwo i utleniacz. Ale co, jeśli całkowicie zrezygnujemy z silnika chemicznego i zaczniemy wykorzystywać energię silnika jądrowego?
Pomysł stworzenia systemu napędu jądrowego nie jest nowy. W ZSRR szczegółowy dekret rządowy w sprawie problemu stworzenia silnika rakietowego jądrowego został podpisany w 1958 roku. Już wtedy przeprowadzono badania, które wykazały, że przy użyciu silnika rakietowego o wystarczającej mocy można dostać się na Plutona (który nie stracił jeszcze statusu planetarnego) i z powrotem w ciągu sześciu miesięcy (dwa tam i cztery z powrotem), wydając 75 ton paliwa w podróży.
Byli zaangażowani w rozwój silnika rakietowego jądrowego w ZSRR, ale naukowcy dopiero teraz zaczęli zbliżać się do prawdziwego prototypu. Nie chodzi o pieniądze, temat okazał się na tyle skomplikowany, że żadnemu z krajów nie udało się do tej pory stworzyć działającego prototypu, a w większości przypadków wszystko kończyło się na planach i rysunkach. W Stanach Zjednoczonych układ napędowy testowano przed lotem na Marsa w styczniu 1965 roku. Ale projekt NERVA podboju Marsa za pomocą silnika nuklearnego nie wyszedł poza testy KIWI i był znacznie prostszy niż obecny rozwój Rosji. Chiny uwzględniły w swoich planach rozwoju kosmosu stworzenie silnika jądrowego bliżej 2045 r., czyli bardzo, bardzo niedługo.
W Rosji w 2010 roku rozpoczęła się nowa runda prac nad projektem jądrowego elektrycznego systemu napędowego (NPP) klasy megawatowej dla systemów transportu kosmicznego. Projekt jest tworzony wspólnie przez Roscosmos i Rosatom i można go nazwać jednym z najpoważniejszych i najbardziej ambitnych projektów kosmicznych ostatnich czasów. Głównym wykonawcą elektrowni jądrowych jest Centrum Badawcze. Śr. Keldysz.
ruch nuklearny
Przez cały okres prac rozwojowych do prasy przeciekają informacje o gotowości jednej lub drugiej części przyszłego silnika jądrowego. Jednocześnie na ogół poza specjalistami niewiele osób wyobraża sobie, jak i dzięki czemu będzie działać. W rzeczywistości istota kosmicznego silnika jądrowego jest mniej więcej taka sama jak na Ziemi. Energia reakcji jądrowej jest wykorzystywana do ogrzewania i pracy turbogeneratora-sprężarki. Mówiąc prościej, reakcja jądrowa służy do generowania elektryczności, prawie dokładnie takiej samej, jak w przypadku konwencjonalnej. elektrownia atomowa. A za pomocą elektryczności działają elektryczne silniki rakietowe. W tej instalacji są to silniki jonowe dużej mocy.
W silnikach jonowych ciąg wytwarzany jest przez wytworzenie ciągu odrzutowego w oparciu o zjonizowany gaz przyspieszany do dużych prędkości w polu elektrycznym. Silniki jonowe wciąż tam są, są testowane w kosmosie. Na razie mają tylko jeden problem - prawie wszystkie mają bardzo mały ciąg, chociaż zużywają bardzo mało paliwa. W przypadku podróży kosmicznych takie silniki są świetną opcją, zwłaszcza jeśli rozwiążesz problem pozyskiwania energii elektrycznej w kosmosie, co zrobi instalacja jądrowa. Ponadto silniki jonowe mogą pracować przez długi czas, maksymalny okres ciągłej pracy najnowocześniejszych próbek silników jonowych wynosi ponad trzy lata.
Jeśli spojrzysz na diagram, zobaczysz, że energia jądrowa zaczyna się użyteczna praca wcale nie od razu. Najpierw podgrzewany jest wymiennik ciepła, następnie wytwarzana jest energia elektryczna, która jest już wykorzystywana do wytworzenia ciągu dla silnika jonowego. Niestety, ludzkość nie nauczyła się jeszcze wykorzystywać instalacji nuklearnych do poruszania się w prostszy i bardziej efektywny sposób.
W ZSRR wystrzelono satelity z instalacją nuklearną w ramach kompleksu wyznaczania celów Legend dla lotnictwa z pociskami morskimi, ale były to bardzo małe reaktory, a ich praca wystarczyła tylko do wytworzenia energii elektrycznej dla urządzeń zawieszonych na satelicie. Radziecki statek kosmiczny miał moc instalacji trzech kilowatów, ale teraz rosyjscy specjaliści pracują nad stworzeniem instalacji o mocy ponad megawata.
Kosmiczne problemy
Oczywiście problemy instalacja jądrowa w kosmosie jest ich znacznie więcej niż na Ziemi, a najważniejszym z nich jest chłodzenie. W normalnych warunkach wykorzystywana jest do tego woda, która bardzo skutecznie pochłania ciepło silnika. W kosmosie nie da się tego zrobić, a silniki jądrowe wymagają: sprawny system chłodzenie - a ciepło z nich musi zostać usunięte w przestrzeń kosmiczną, to znaczy można to zrobić tylko w postaci promieniowania. Zwykle w tym celu w statkach kosmicznych stosuje się grzejniki płytowe - wykonane z metalu, przez które krąży chłodziwo. Niestety, takie grzejniki z reguły mają dużą wagę i wymiary, a ponadto nie są w żaden sposób chronione przed meteorytami.
W sierpniu 2015 roku na pokazach lotniczych MAKS pokazano model chłodzenia kroplowego jądrowych układów napędowych. W nim ciecz, rozproszona w postaci kropel, leci na otwartej przestrzeni, stygnie, a następnie jest ponownie gromadzona w instalacji. Wyobraź sobie ogromny statek kosmiczny, w centrum którego znajduje się gigantyczna instalacja prysznicowa, z której wyrywają się miliardy mikroskopijnych kropel wody, lecą w kosmos, a następnie są zasysane do ogromnej paszczy kosmicznego odkurzacza.
Niedawno okazało się, że układ chłodzenia kroplowego jądrowego układu napędowego był testowany w warunkach naziemnych. Jednocześnie układ chłodzenia jest najważniejszym etapem tworzenia instalacji.
Teraz wystarczy przetestować jego działanie w warunkach nieważkości, a dopiero potem będzie można spróbować stworzyć układ chłodzenia o wymiarach wymaganych do instalacji. Każdy taki udany test trochę przybliża Rosyjscy specjaliści do powstania obiektu jądrowego. Naukowcy się spieszą, ponieważ uważa się, że wystrzelenie w kosmos silnika jądrowego może pomóc Rosji odzyskać pozycję lidera w kosmosie.
nuklearna epoka kosmiczna
Załóżmy, że to się uda i za kilka lat w kosmosie zacznie działać silnik jądrowy. Jak to pomoże, jak można go wykorzystać? Na początek warto wyjaśnić, że w formie, w jakiej obecnie istnieje jądrowy system napędowy, może on działać tylko w kosmosie. Nie może w żaden sposób wystartować z Ziemi i wylądować w tej formie, jak dotąd nie można obejść się bez tradycyjnych rakiet chemicznych.
Dlaczego w kosmosie? Cóż, ludzkość szybko leci na Marsa i Księżyc, i to wszystko? Nie na pewno w ten sposób. Obecnie wszystkie projekty fabryk orbitalnych i fabryk działających na orbicie okołoziemskiej stoją w martwym punkcie z powodu braku surowców do pracy. Nie ma sensu budować czegokolwiek w kosmosie, dopóki nie zostanie znaleziony sposób na umieszczenie na orbicie dużej ilości wymaganych surowców, takich jak ruda metalu.
Ale po co podnosić je z Ziemi, jeśli wręcz przeciwnie, można je sprowadzić z kosmosu. W tym samym pasie asteroid w Układzie Słonecznym znajdują się po prostu ogromne rezerwy różnych metali, w tym szlachetnych. W tym przypadku stworzenie holownika jądrowego stanie się tylko ratunkiem.
Przenieś na orbitę ogromną platynową lub zawierającą złoto asteroidę i zacznij ją rzeźbić w kosmosie. Zdaniem ekspertów taka produkcja, biorąc pod uwagę wolumen, może okazać się jedną z najbardziej opłacalnych.
Czy istnieje mniej fantastyczne zastosowanie holownika jądrowego? Na przykład może być używany do dostarczania satelitów na pożądane orbity lub przenoszenia statku kosmicznego w żądany punkt w kosmosie, na przykład na orbitę księżycową. Obecnie wykorzystywane są do tego górne stopnie, na przykład rosyjska Fregat. Są drogie, skomplikowane i jednorazowe. Holownik nuklearny będzie mógł je odebrać na niskiej orbicie okołoziemskiej i dostarczyć tam, gdzie będzie to potrzebne.
To samo dotyczy podróży międzyplanetarnych. Bez szybki sposób aby dostarczyć ładunek i ludzi na orbitę Marsa, po prostu nie ma szans na rozpoczęcie kolonizacji. Pojazdy startowe obecnej generacji zrobią to bardzo drogo i przez długi czas. Do tej pory czas trwania lotu pozostaje jednym z najpoważniejszych problemów podczas lotów na inne planety. Przetrwanie miesięcy lotu na Marsa iz powrotem w zamkniętej kapsule statku kosmicznego nie jest łatwym zadaniem. Tu również może pomóc holownik jądrowy, znacznie skracając ten czas.
Niezbędne i wystarczające
Obecnie wszystko to wygląda jak science fiction, ale według naukowców do przetestowania prototypu zostało tylko kilka lat. Najważniejsze, co jest wymagane, to nie tylko dokończenie rozwoju, ale także utrzymanie niezbędnego poziomu astronautyki w kraju. Nawet przy spadku funduszy rakiety powinny nadal startować, budować statki kosmiczne, a najcenniejsi specjaliści powinni pracować.
W przeciwnym razie jeden silnik jądrowy bez odpowiedniej infrastruktury nie pomoże sprawie, bo… maksymalna wydajność bardzo ważne będzie nie tylko sprzedanie rozwoju, ale samodzielne jego wykorzystanie, pokazując wszystkie możliwości nowego pojazdu kosmicznego.
W międzyczasie wszyscy mieszkańcy kraju, którzy nie są przywiązani do pracy, mogą tylko patrzeć w niebo i mieć nadzieję, że rosyjska kosmonautyka odniesie sukces. I holownik nuklearny i zachowanie obecnych możliwości. Nie chcę wierzyć w inne rezultaty.
03-03-2018Walery Lebiediew (przegląd)
- W historii były już prace nad pociskami manewrującymi z odrzutowym silnikiem jądrowym: w USA jest to rakieta SLAM (znana również jako Pluto) z reaktorem TORY-II (1959), w Wielkiej Brytanii koncepcja Avro Z-59, studia w ZSRR.
- Przejdźmy do zasady działania rakiety z reaktorem jądrowym, mówimy tylko o strumieniowym silniku jądrowym, a dokładnie to miał na myśli Putin w swoim wystąpieniu o pocisku manewrującym o nieograniczonym zasięgu lotu i całkowitej nietykalności. Powietrze w tej rakiecie jest podgrzewane przez zespół jądrowy do wysokich temperatur i wyrzucane z tylnej dyszy z dużą prędkością. Był testowany w Rosji (lata 60.) i wśród Amerykanów (od 1959). Ma dwie istotne wady: 1. Śmierdzi jak ta sama energiczna bomba, więc wszystko na trajektorii zostanie zakryte podczas lotu. 2. W zakresie termicznym śmierdzi tak bardzo, że nawet północnokoreański satelita na lampach radiowych zobaczy go z kosmosu. W związku z tym możesz całkiem pewnie uderzyć taką latającą naftą.
Tak więc karykatury pokazywane w Manege pogrążyły się w konsternacji, narastając w trosce o zdrowie dyrektora (psychicznego) tych śmieci.
W czas sowiecki takie obrazy (afisze i inne przyjemności dla generałów) nazywano „czeburaszkami”.Ogólnie rzecz biorąc, jest to zwykły schemat prosty, symetryczny osiowo z opływowym korpusem centralnym i skorupą. Kształt korpusu jest taki, że pod wpływem fal uderzeniowych na wlocie powietrze jest sprężane (cykl pracy rozpoczyna się od prędkości 1 M i wyższej, do której przyspieszenie jest spowodowane akceleratorem rozruchu na konwencjonalnym paliwie stałym);
- wewnątrz korpusu centralnego jądrowe źródło ciepła z monolitycznym rdzeniem;
- korpus centralny mocowany jest do płaszcza za pomocą grzejników płytowych 12-16, gdzie ciepło jest odprowadzane z rdzenia za pomocą rurek cieplnych. Grzejniki znajdują się w strefie rozprężania przed dyszą;
- materiał grzejników i korpusu centralnego, na przykład VNDS-1, który zachowuje wytrzymałość konstrukcyjną do 3500 K w limicie;
- dla wierności podgrzewamy go do 3250 K. Powietrze opływające grzejniki nagrzewa je i chłodzi. Następnie przechodzi przez dyszę, tworząc ciąg;
- aby schłodzić pocisk do akceptowalnych temperatur - budujemy wokół niego wyrzutnik, który jednocześnie zwiększa ciąg o 30-50%.Hermetyczny monolityczny blok jądrowy może być zainstalowany w obudowie przed wystrzeleniem lub utrzymywany w stanie podkrytycznym do czasu wystrzelenia, a reakcja jądrowa może zostać uruchomiona w razie potrzeby. Jak konkretnie - nie wiem, jest to zadanie inżynierskie (a zatem podatne na rozwiązanie). Więc to jest oczywiście broń pierwszego uderzenia, nie idź do babci.
Hermetyczny blok elektrowni jądrowej może być wykonany w taki sposób, aby w razie wypadku nie zawalił się po uderzeniu. Tak, będzie ciężki – ale i tak będzie ciężki.Aby osiągnąć hiperdźwięk, konieczne będzie skierowanie całkowicie nieprzyzwoitej gęstości energii na jednostkę czasu do płynu roboczego. Z prawdopodobieństwem 9/10, istniejące materiały przez długie okresy czasu (godziny / dni / tygodnie) nie osiągną tego, tempo degradacji będzie szalone.
Ogólnie rzecz biorąc, środowisko będzie tam agresywne. Ochrona przed promieniowaniem jest ciężka, w przeciwnym razie wszystkie czujniki / elektronikę można od razu wyrzucić na wysypisko śmieci (ci, którzy chcą, pamiętają Fukushimę i pytania: „dlaczego robotom nie polecono sprzątać?”).
I tak dalej… Takie cudowne dziecko „zabłyśnie” szczególnie. Jak przenieść do niego polecenia sterujące (jeśli wszystko jest tam całkowicie ekranowane) nie jest jasne.
Dotykamy niezawodnie stworzonych pocisków z elektrownią jądrową - konstrukcja amerykańska - pociski SLAM z reaktorem TORY-II (1959).
Oto silnik z reaktorem:
Koncepcja SLAM to trzymaszynowa nisko latająca rakieta o imponujących wymiarach i masie (27 ton, ponad 20 ton po zrzuceniu rakiet startowych). Strasznie kosztowny nisko latający naddźwiękowy pozwolił na maksymalne wykorzystanie obecności praktycznie nieograniczonego źródła energii na pokładzie, ponadto ważną cechą jądrowego silnika odrzutowego jest poprawa sprawności działania (obieg termodynamiczny) wraz ze wzrostem prędkości, tj. ten sam pomysł, ale przy prędkości 1000 km/h miałby znacznie cięższy i ogólnie silnik. Wreszcie 3M na wysokości stu metrów w 1965 roku oznaczało niewrażliwość na obronę przeciwlotniczą.
Silnik TORY-IIC. Pręty paliwowe w strefie aktywnej to sześciokątne puste rurki wykonane z UO2, pokryte ochronną powłoką ceramiczną, zmontowane w zespołach paliwowych incalo.
Okazuje się, że wcześniej koncepcja pocisku samosterującego z elektrownią atomową była „związana” z wysoka prędkość gdzie korzyści płynące z koncepcji były silne, a konkurenci napędzani węglowodorami słabli.
- Film o starej amerykańskiej rakiecie SLAM
- Rakieta pokazana na prezentacji Putina jest transsoniczna lub słabo naddźwiękowa (chyba, że oczywiście wierzysz, że to ona na wideo). Ale jednocześnie rozmiar reaktora znacznie się zmniejszył w porównaniu z TORY-II z rakiety SLAM, gdzie wynosił aż 2 metry, w tym promieniowy reflektor neutronowy wykonany z grafitu.
Schemat rakiety SLAM. Wszystkie napędy są pneumatyczne, osprzęt sterujący znajduje się w kapsule tłumiącej promieniowanie.
Czy można w ogóle położyć reaktor o średnicy 0,4-0,6 metra? Zacznijmy od zasadniczo minimalnego reaktora - ślepej próby Pu239. Dobry przykład realizacją takiej koncepcji jest reaktor kosmiczny Kilopower, w którym zastosowano jednak U235. Średnica rdzenia reaktora to tylko 11 centymetrów! Jeśli przejdziemy na pluton 239, wymiary rdzenia zmniejszą się o kolejne 1,5-2 razy.
Teraz, od minimalnego rozmiaru, zaczniemy krok w kierunku prawdziwego nuklearnego silnika odrzutowego, pamiętając o złożoności. Pierwszą rzeczą, którą należy dodać do rozmiaru reaktora, jest rozmiar reflektora - w szczególności w Kilopower BeO potraja rozmiar. Po drugie, nie możemy użyć półfabrykatu U lub Pu - po prostu spalą się w strumieniu powietrza w ciągu minuty. Potrzebna jest osłona, taka jak incaloy, która jest odporna na natychmiastowe utlenianie w temperaturze do 1000 C lub inne stopy niklu z możliwą powłoką ceramiczną. Wprowadzenie dużej ilości materiału powłoki do rdzenia natychmiast kilkakrotnie zwiększa wymaganą ilość paliwa jądrowego – w końcu „nieproduktywna” absorpcja neutronów w jądrze dramatycznie wzrosła!
Co więcej, metaliczna forma U lub Pu nie jest już odpowiednia - materiały te same w sobie nie są ogniotrwałe (pluton na ogół topi się w temperaturze 634°C), ale oddziałują również z materiałem metalowych powłok. Paliwo zamieniamy w klasyczną postać UO2 lub PuO2 - otrzymujemy jeszcze jedno rozcieńczenie materiału w rdzeniu, teraz tlenem.Na koniec przypominamy cel reaktora. Musimy przez nią przepompować dużo powietrza, któremu oddamy ciepło. około 2/3 przestrzeni zajmą „rury powietrzne”. W efekcie minimalna średnica rdzenia wzrasta do 40-50 cm (dla uranu), a średnica reaktora z 10-cm reflektorem berylowym do 60-70 cm.
Powietrzny silnik jądrowy można wepchnąć do rakiety o średnicy około metra, która, nawiasem mówiąc, wciąż nie jest kardynalnie większa niż dźwięczna 0,6-0,74 m, ale nadal jest alarmująca.
Tak czy inaczej, elektrownia jądrowa będzie miała moc ~kilka megawatów, zasilana przez ~10^16 rozpadów na sekundę. Oznacza to, że sam reaktor wytworzy pole promieniowania kilkudziesięciu tysięcy rentgenów blisko powierzchni i do tysiąca rentgenów wzdłuż całej rakiety. Nawet zainstalowanie kilkuset kg ochrony sektorowej nie zmniejszy znacznie tych poziomów, ponieważ. neutrony i kwanty gamma będą odbijane od powietrza i „omijają ochronę”. W ciągu kilku godzin taki reaktor wyprodukuje ~10^21-10^22 atomów produktów rozszczepienia o aktywności kilku (kilkudziesięciu) petabekereli, które nawet po wyłączeniu utworzą w pobliżu reaktora tło kilku tysięcy rentgenów . Projekt rakiety zostanie aktywowany do około 10^14 Bq, chociaż izotopy będą głównie emiterami beta i są niebezpieczne tylko przez bremsstrahlung. Tło z samej konstrukcji może sięgać dziesiątek promieni rentgenowskich w odległości 10 metrów od korpusu rakiety.
Wszystkie te trudności dają wyobrażenie, że opracowanie i przetestowanie takiej rakiety to zadanie na granicy możliwości. Konieczne jest stworzenie całego zestawu odpornego na promieniowanie sprzętu nawigacyjnego i kontrolnego, aby przetestować to wszystko w dość złożony sposób (promieniowanie, temperatura, wibracje - a to wszystko dla statystyki). Testy w locie z pracującym reaktorem w każdej chwili mogą przerodzić się w katastrofę radiacyjną z uwolnieniem setek terrabekereli do jednostek petabekereli. Nawet bez katastroficznych sytuacji bardzo prawdopodobne jest obniżenie ciśnienia w poszczególnych prętach paliwowych i uwolnienie radionuklidów.
Z powodu tych wszystkich trudności Amerykanie porzucili pocisk z silnik jądrowy SLAM w 1964 r.Oczywiście w Rosji nadal istnieje poligon Nowaja Ziemia, na którym takie testy mogą być przeprowadzane, ale będzie to sprzeczne z duchem traktatu zakazującego testów broni jądrowej w trzech środowiskach (zakaz został wprowadzony, aby zapobiec systematycznemu skażeniu atmosfery i oceanu z radionuklidami).
Wreszcie ciekawe, kto w Federacji Rosyjskiej mógłby opracować taki reaktor. Tradycyjnie Instytut Kurczatowa (ogólny projekt i obliczenia), Obninsk FEI (badania eksperymentalne i paliwo) oraz Instytut Badawczy Łucza w Podolsku (technologia paliw i materiałów) były początkowo zaangażowane w reaktory wysokotemperaturowe. Później zespół NIKIET zajmuje się projektowaniem takich maszyn (np. reaktory IGR i IVG - prototypy strefy aktywnej silnika rakietowego RD-0410). Obecnie NIKIET posiada zespół konstruktorów, którzy prowadzą prace nad projektowaniem reaktorów (wysokotemperaturowy RUGK chłodzony gazem, reaktory prędkie MBIR, ), a IPPE i Luch nadal zajmują się powiązanymi obliczeniami i technologiami. Instytut Kurchatowa w ostatnich dziesięcioleciach bardziej zbliżył się do teorii reaktorów jądrowych.
Podsumowując, możemy powiedzieć, że stworzenie pocisku manewrującego z silnikami odrzutowymi z elektrowniami jądrowymi jest generalnie zadaniem wykonalnym, ale jednocześnie niezwykle kosztownym i złożonym, wymagającym znacznej mobilizacji człowieka i zasoby finansowe, jak mi się wydaje, w większym stopniu niż wszystkie inne dźwięczne projekty ("Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard"). To bardzo dziwne, że ta mobilizacja nie pozostawiła najmniejszego śladu. A co najważniejsze, zupełnie niezrozumiałe jest, jakie korzyści płyną z pozyskania tego typu broni (na tle istniejących nośników) i jak mogą one przeważyć nad licznymi wadami – kwestiami bezpieczeństwa radiologicznego, wysokimi kosztami, niezgodnością z traktatami o redukcji zbrojeń strategicznych .
Mały reaktor jest budowany od 2010 r. – poinformował o tym Kirijenko w Dumie Państwowej. Miał być zainstalowany na statku kosmicznym z elektrycznym silnikiem napędowym do lotów na Księżyc i Marsa i przetestowany na orbicie w tym roku.
Oczywiście podobne urządzenie jest używane do pocisków samosterujących i okrętów podwodnych.Tak, możliwe jest zainstalowanie silnika atomowego, a udane 5-minutowe testy silnika o mocy 500 megawatów, wykonane w Stanach wiele lat temu, dla pocisku samosterującego z odrzutowcem taranowym dla Mach 3, ogólnie to potwierdziły (projekt Pluto ). Testy na stanowisku oczywiście (silnik był „przedmuchiwany” przygotowanym powietrzem o wymaganym ciśnieniu/temperaturze). Ale dlaczego? Istniejące (i projektowane) pociski balistyczne wystarczą dla parytetu nuklearnego. Po co tworzyć potencjalnie bardziej niebezpieczną (dla „własnej”) broń do użycia (i przetestowania)? Nawet w projekcie Pluton sugerowano, że taki pocisk przelatuje nad jego terytorium na znacznej wysokości, schodząc na wysokość subradarową tylko w pobliżu terytorium wroga. Nie jest dobrze przebywać w pobliżu niechronionego 500-megawatowego, chłodzonego powietrzem reaktora uranowego, w którym temperatura materiału przekracza 1300 stopni Celsjusza. To prawda, że wspomniane rakiety (jeśli rzeczywiście są opracowywane) będą słabsze niż Pluton (Slam).
Film animowany z 2007 roku wydany w prezentacji Putina, przedstawiający najnowszy pocisk manewrujący z elektrownią atomową.
Być może wszystko to jest przygotowaniem do północnokoreańskiej wersji szantażu. Przestaniemy rozwijać naszą niebezpieczną broń - a wy znosicie od nas sankcje.
Co za tydzień - chiński szef łamie zasadę życia, Rosjanin zagraża całemu światu.
Silnik rakietowy jądrowy - silnik rakietowy, którego zasada opiera się na reakcji jądrowej lub rozpadzie radioaktywnym, podczas gdy uwalniana jest energia podgrzewająca płyn roboczy, którym mogą być produkty reakcji lub inna substancja, np. wodór.
Przyjrzyjmy się opcjom i zasadom działania…
Istnieje kilka rodzajów silników rakietowych, które wykorzystują powyższą zasadę działania: jądrowy, radioizotopowy, termojądrowy. Stosując jądrowe silniki rakietowe, możliwe jest uzyskanie określonych wartości impulsów znacznie wyższych niż te, które mogą dawać chemiczne silniki rakietowe. Wysoką wartość impulsu właściwego tłumaczy się dużą prędkością wydechu płynu roboczego – ok. 8-50 km/s. Siła ciągu silnika jądrowego jest porównywalna z siłą napędową silników chemicznych, co pozwoli w przyszłości zastąpić wszystkie silniki chemiczne silnikami jądrowymi.
Główną przeszkodą w całkowitej wymianie jest skażenie radioaktywne. środowisko spowodowane przez silniki rakietowe.
Dzielą się na dwa typy - fazę stałą i fazę gazową. W pierwszym typie silników materiał rozszczepialny umieszczany jest w zespołach prętowych o rozwiniętej powierzchni. Umożliwia to efektywne podgrzewanie gazowego płynu roboczego, zwykle jako płynu roboczego działa wodór. Prędkość spalin jest ograniczona przez maksymalną temperaturę płynu roboczego, która z kolei bezpośrednio zależy od maksymalnej dopuszczalnej temperatury elementów konstrukcyjnych i nie przekracza 3000 K. W jądrowych silnikach rakietowych z fazą gazową substancja rozszczepialna jest w stanie gazowym. Jego zatrzymanie w obszarze roboczym odbywa się poprzez ekspozycję na pole elektromagnetyczne. W przypadku tego typu jądrowych silników rakietowych elementy konstrukcyjne nie są środkiem odstraszającym, więc prędkość wydychania płynu roboczego może przekraczać 30 km/s. Mogą być stosowane jako silniki pierwszego stopnia, pomimo wycieku materiału rozszczepialnego.
W latach 70. XX wiek w Stanach Zjednoczonych i Związku Radzieckim aktywnie testowano jądrowe silniki rakietowe z materiałem rozszczepialnym w fazie stałej. W Stanach Zjednoczonych opracowywano program stworzenia eksperymentalnego silnika rakietowego jądrowego w ramach programu NERVA.
Amerykanie opracowali reaktor grafitowy chłodzony ciekłym wodorem, który był podgrzewany, odparowywany i wyrzucany przez dyszę rakietową. Wybór grafitu podyktowany był jego odpornością na temperaturę. Dla tego projektu specyficzny impuls wynikowy silnik powinien być dwukrotnie wyższy od odpowiadającego mu wskaźnika charakterystycznego dla silników chemicznych, o ciągu 1100 kN. Reaktor Nerva miał pracować w ramach trzeciego etapu rakiety Saturn V, ale ze względu na zamknięcie programu księżycowego i brak innych zadań dla silników rakietowych tej klasy, reaktor nigdy nie został przetestowany w praktyce.
Obecnie silnik rakietowy w fazie gazowej znajduje się w fazie teoretycznego rozwoju. W gazowym silniku jądrowym jest przeznaczony do wykorzystania plutonu, którego wolno poruszający się strumień gazu otoczony jest szybszym przepływem chłodzącego wodoru. Na orbicie stacje kosmiczne MIR i ISS przeprowadziły eksperymenty, które mogą dać impuls do dalszego rozwoju silników gazowych.
Dziś można powiedzieć, że Rosja nieco „zamroziła” swoje badania w dziedzinie napędów jądrowych. Praca rosyjskich naukowców jest bardziej skoncentrowana na rozwoju i doskonaleniu podstawowych komponentów i zespołów napędowych systemów jądrowych, a także ich unifikacji. Priorytetowym kierunkiem dalszych badań w tym obszarze jest tworzenie elektrowni jądrowych zdolnych do pracy w dwóch trybach. Pierwszy to tryb silnika rakietowego, a drugi to tryb instalacji wytwarzania energii elektrycznej do zasilania sprzętu zainstalowanego na pokładzie statku kosmicznego.
Można rozpocząć ten artykuł od tradycyjnego fragmentu o tym, jak pisarze science fiction przedstawiają śmiałe pomysły, a następnie naukowcy wprowadzają je w życie. Jest to możliwe, ale nie chcę pisać znaczkami. Lepiej pamiętać, że współczesne silniki rakietowe, zarówno na paliwo stałe, jak i płynne, mają więcej niż niezadowalające osiągi do lotów na stosunkowo duże odległości. Pozwalają wrzucić ładunek na orbitę Ziemi, dostarczyć coś na Księżyc – też, choć taki lot jest droższy. Ale latanie na Marsa z takimi silnikami nie jest już łatwe. Podaj im paliwo i utleniacz w odpowiednich ilościach. A te objętości są wprost proporcjonalne do odległości do pokonania.
Alternatywą dla tradycyjnych chemicznych silników rakietowych są silniki elektryczne, plazmowe i jądrowe. Spośród wszystkich silników alternatywnych tylko jeden system osiągnął etap rozwoju silnika - jądrowy (NRE). W Związku Radzieckim i Stanach Zjednoczonych już w latach 50. rozpoczęto prace nad stworzeniem silników rakietowych. Amerykanie pracowali nad obiema opcjami takiej elektrowni: odrzutową i impulsową. Pierwsza koncepcja polega na podgrzaniu płynu roboczego za pomocą reaktora jądrowego, a następnie wyrzuceniu przez dysze. Z kolei impuls NRE napędza statek kosmiczny poprzez kolejne eksplozje niewielkiej ilości paliwa jądrowego.
Również w USA wynaleziono projekt Orion, łączący obie wersje YARD. Zrobiono to w następujący sposób: z ogona statku wyrzucono małe ładunki jądrowe o pojemności około 100 ton TNT. Za nimi strzelały metalowe dyski. W pewnej odległości od statku ładunek został zdetonowany, dysk odparował, a substancja rozproszyła się w różnych kierunkach. Część uderzyła we wzmocnioną część ogonową statku i przesunęła go do przodu. Niewielki wzrost ciągu powinien dać efekt wyparowania płyty, która przyjmuje ciosy. Koszt jednostkowy takiego lotu miał wynosić wtedy tylko 150 dolarów za kilogram ładunku.
Doszło nawet do testów: doświadczenie pokazało, że ruch za pomocą kolejnych impulsów jest możliwy, a także stworzenie płyty rufowej o wystarczającej wytrzymałości. Ale projekt Oriona został zamknięty w 1965 roku jako mało obiecujący. Jest to jednak jak dotąd jedyna istniejąca koncepcja, która pozwala na wyprawy przynajmniej do Układu Słonecznego.
Przed budową prototypu można było dotrzeć tylko do jet Yard. Były to radzieckie RD-0410 i amerykańskie NERVA. Pracowali na tej samej zasadzie: w „zwykłym” reaktor jądrowy płyn roboczy jest podgrzewany, co po wyrzuceniu z dysz wytwarza ciąg. Płynem roboczym obu silników był ciekły wodór, ale w radzieckim heptan był używany jako substancja pomocnicza.
Ciąg RD-0410 wynosił 3,5 tony, NERVA dawał prawie 34, ale miał też duże wymiary: 43,7 metra długości i 10,5 metra w porównaniu z odpowiednio 3,5 i 1,6 metra dla radzieckiego silnika. W tym samym czasie amerykański silnik trzykrotnie przegrywał z radzieckim pod względem zasobów - RD-0410 mógł pracować przez godzinę.
Jednak oba silniki, mimo obietnicy, również pozostały na Ziemi i nigdzie nie poleciały. Głównym powodem zamknięcia obu projektów (NERVA w połowie lat 70-tych, RD-0410 w 1985) są pieniądze. Charakterystyki silników chemicznych są gorsze niż silników jądrowych, ale cena jednego wystrzelenia statku z silnikiem rakietowym o takim samym ładunku może być 8-12 razy wyższa niż wystrzelenie tego samego Sojuza z silnikiem rakietowym. I to bez uwzględnienia wszystkich kosztów niezbędnych do dostosowania silników jądrowych do praktycznego zastosowania.
Likwidacja „tanich” wahadłowców i niedawny brak rewolucyjnych przełomów w technologii kosmicznej wymagają nowych rozwiązań. W kwietniu br. ówczesny szef Roskosmosu A. Perminow ogłosił zamiar opracowania i uruchomienia zupełnie nowego NRE. To właśnie, zdaniem Roskosmosu, powinno radykalnie poprawić „sytuację” w światowej astronautyce. Teraz stało się jasne, kto powinien zostać kolejnymi rewolucjonistami kosmonautyki: „Centrum Keldysh” FSUE będzie zaangażowane w rozwój NRE. CEO przedsiębiorstwo A. Koroteev już ucieszyło opinię publiczną, że projekt wstępny statek kosmiczny dla nowego YARD będzie gotowy w przyszłym roku. Projekt silnika powinien być gotowy do 2019 r., a testy zaplanowano na 2025 r.
Kompleks otrzymał nazwę TEM - moduł transportowo-energetyczny. Będzie zawierał chłodzony gazem reaktor jądrowy. Nie zdecydowano jeszcze o napędzie bezpośrednim: albo będzie to silnik odrzutowy, taki jak RD-0410, albo elektryczny silnik rakietowy (EP). Jednak ten ostatni typ nie był jeszcze masowo używany nigdzie na świecie: wyposażono w nie tylko trzy statki kosmiczne. Ale fakt, że reaktor może zasilać nie tylko silnik, ale także wiele innych jednostek, a nawet wykorzystywać cały TEM jako elektrownię kosmiczną, przemawia na korzyść EJE.
Silnik rakietowy, w którym płynem roboczym jest albo substancja (np. wodór), ogrzewana energią uwalnianą podczas reakcji jądrowej lub rozpadu radioaktywnego, albo bezpośrednio przez produkty tych reakcji. Wyróżnić… … Wielki słownik encyklopedyczny
Silnik rakietowy, w którym płynem roboczym jest albo substancja (na przykład wodór) ogrzewana energią uwalnianą podczas reakcji jądrowej lub rozpadu radioaktywnego, albo bezpośrednio przez produkty tych reakcji. Jest w… … słownik encyklopedyczny
jądrowy silnik rakietowy- branduolinis raketinis variklis statuss T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriamy reaktyvinė trauk sudarom vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artykuły terminów życzeń
- (NRE) silnik rakietowy, w którym ciąg wytwarzany jest z powodu energii uwalnianej podczas rozpadu radioaktywnego lub reakcji jądrowej. Zgodnie z rodzajem reakcji jądrowej zachodzącej w NRE, izoluje się radioizotopowy silnik rakietowy, ... ...
- (YARD) silnik rakietowy, w którym źródłem energii jest paliwo jądrowe. Na DZIEDZINIE z reaktorem jądrowym. Ciepło uwolnione w wyniku łańcuchowej reakcji jądrowej jest przenoszone do płynu roboczego (na przykład wodoru). Rdzeń reaktora jądrowego ... ...
Ten artykuł powinien być wiki. Proszę sformatować go zgodnie z zasadami formatowania artykułów. Silnik rakietowy jądrowy na jednorodnym roztworze soli paliwa jądrowego (angielski ... Wikipedia
Silnik rakietowy jądrowy (NRE) to rodzaj silnika rakietowego, który wykorzystuje energię rozszczepienia jądrowego lub syntezy jądrowej do wytworzenia ciągu odrzutowego. W rzeczywistości są reaktywne (podgrzewanie płynu roboczego w reaktorze jądrowym i usuwanie gazu przez ... ... Wikipedia
Silnik odrzutowy, którego źródło energii i płyn roboczy znajduje się w samym pojeździe. Silnik rakietowy jest jedynym praktycznie opanowanym do wystrzelenia ładunku na orbitę sztucznego satelity Ziemi i wykorzystania go w ... ... Wikipedii
- (RD) Silnik odrzutowy, który wykorzystuje do swojej pracy tylko substancje i źródła energii dostępne w magazynie w poruszającym się pojeździe (samolot, ziemia, woda). Tak więc, w przeciwieństwie do silników odrzutowych (patrz ... ... Wielka radziecka encyklopedia
Silnik rakietowy izotopowy, jądrowy silnik rakietowy, który wykorzystuje energię rozpadu radioaktywnych izotopów chemicznych. elementy. Energia ta służy do podgrzewania płynu roboczego lub same produkty rozpadu są płynem roboczym, tworząc ... ... Duży encyklopedyczny słownik politechniczny
