Declarația făcută de Vladimir Putin în timpul discursului său la Adunarea Federală cu privire la prezența în Rusia a unei rachete de croazieră cu propulsie nucleară a făcut mare vâlvă în societate și în mass-media. În același timp, se știa puțin despre ce este un astfel de motor și despre posibilitățile de utilizare a acestuia, atât pentru publicul larg, cât și pentru specialiști.

Reedus a încercat să-și dea seama despre ce fel de dispozitiv tehnic ar putea vorbi președintele și ce îl face unic.

Având în vedere că prezentarea de la Manege a fost făcută nu pentru o audiență de specialiști tehnici, ci pentru publicul „general”, autorii acestuia ar putea permite o anumită substituire a conceptelor, Georgy Tikhomirov, director adjunct al Institutului de Fizică și Tehnologie Nucleară din Universitatea Națională de Cercetare Nucleară MEPhI, nu exclude.

„Ceea ce a spus și a arătat președintele, experții numesc centrale electrice compacte, experimente cu care au fost efectuate inițial în aviație, iar apoi în timpul explorării spațiului adânc. Acestea au fost încercări de a rezolva problema insolubilă a combustibilului suficient pentru zborurile pe distanțe nelimitate. În acest sens, prezentarea este absolut corectă: prezența unui astfel de motor asigură energie sistemelor unei rachete sau oricărui alt aparat, în mod arbitrar. pentru mult timp", i-a spus lui Reedus.

Lucrarea cu un astfel de motor în URSS a început cu exact 60 de ani în urmă sub îndrumarea academicienilor M. Keldysh, I. Kurchatov și S. Korolev. În aceiași ani, lucrări similare au fost efectuate în Statele Unite, dar au fost reduse în 1965. În URSS, munca a continuat timp de aproximativ un deceniu înainte de a fi recunoscute ca irelevante. Poate de aceea Washingtonul nu a tresărit prea mult, spunând că nu au fost surprinși de prezentarea rachetei rusești.

În Rusia, ideea unui motor nuclear nu a murit niciodată - în special, din 2009, dezvoltarea practică a unei astfel de instalații a fost în curs. Judecând după calendar, testele anunțate de președinte se încadrează exact în acest proiect comun al Roscosmos și Rosatom, deoarece dezvoltatorii plănuiau să efectueze teste pe teren ale motorului în 2018. Poate, din motive politice, s-au tras puțin și au mutat termenele „la stânga”.

„Tehnologic, este aranjat în așa fel încât centrala nucleară să încălzească lichidul de răcire cu gaz. Și acest gaz încălzit fie rotește turbina, fie creează direct împingerea jetului. O anumită viclenie în prezentarea rachetei, despre care am auzit-o, este că raza de zbor a acesteia nu este încă infinită: este limitată de volumul fluidului de lucru - gaz lichid, care poate fi pompat fizic în rezervoarele rachetei, ” spune specialistul.

În același timp, o rachetă spațială și o rachetă de croazieră au scheme de control al zborului fundamental diferite, deoarece au sarcini diferite. Primul zboară în spațiu fără aer, nu trebuie să manevreze - este suficient să-i dea un impuls inițial și apoi se deplasează de-a lungul traiectoriei balistice calculate.

O rachetă de croazieră, dimpotrivă, trebuie să-și schimbe continuu traiectoria, pentru care trebuie să aibă suficient combustibil pentru a crea impulsuri. Dacă acest combustibil va fi aprins de o centrală nucleară sau de una tradițională nu este important în acest caz. Doar furnizarea acestui combustibil este importantă, subliniază Tikhomirov.

„Semnificația unei instalații nucleare în timpul zborurilor în spațiul profund este prezența unei surse de energie la bord pentru a alimenta sistemele aparatului pentru un timp nelimitat. În același timp, poate fi nu numai reactor nuclear, dar și generatoare termoelectrice cu radioizotopi. Și semnificația unei astfel de instalări pe o rachetă, al cărei zbor nu va dura mai mult de câteva zeci de minute, nu este încă complet clar pentru mine ”, admite fizicianul.

Raportul de la Manege a întârziat doar câteva săptămâni în comparație cu anunțul NASA din 15 februarie că americanii reiau cercetările privind propulsia rachetelor nucleare pe care le-au abandonat în urmă cu o jumătate de secol.

Apropo, în noiembrie 2017, China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) a anunțat deja că înainte de 2045 va fi creată o navă spațială cu propulsie nucleară în China. Prin urmare, astăzi putem spune cu siguranță că cursa mondială de propulsie nucleară a început.

Rusia a fost și rămâne un lider în domeniul energiei spațiale nucleare. Organizații precum RSC Energia și Roskosmos au experiență în proiectarea, construirea, lansarea și operarea navelor spațiale echipate cu o sursă de energie nucleară. Un motor nuclear face posibilă operarea aeronavelor timp de mulți ani, sporind considerabil adecvarea lor practică.

cronica istorica

În același timp, livrarea unui aparat de cercetare pe orbitele planetelor îndepărtate ale sistemului solar necesită o creștere a resurselor unei astfel de instalații nucleare la 5-7 ani. S-a dovedit că un complex cu un sistem de propulsie nucleară cu o putere de aproximativ 1 MW ca parte a unei nave spațiale de cercetare va permite livrarea accelerată a sateliților artificiali ai celor mai îndepărtate planete, rover-uri planetare la suprafața sateliților naturali ai acestor planete. și livrarea solului de la comete, asteroizi, Mercur și sateliții lui Jupiter și Saturn.

Remorcher reutilizabil (MB)

Una dintre cele mai importante modalități de creștere a eficienței operațiunilor de transport în spațiu este utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport. Un motor nuclear pentru nave spațiale cu o putere de cel puțin 500 kW face posibilă crearea unui remorcher reutilizabil și, prin urmare, crește semnificativ eficiența unui sistem de transport spațial cu mai multe legături. Un astfel de sistem este deosebit de util într-un program de asigurare a fluxurilor anuale mari de marfă. Un exemplu ar fi programul de explorare a Lunii cu crearea și întreținerea unei baze locuibile în continuă creștere și a complexelor tehnologice și industriale experimentale.

Calculul cifrei de afaceri de marfă

Conform studiilor de proiectare ale RSC Energia, în timpul construcției bazei, modulele cu o greutate de aproximativ 10 tone ar trebui să fie livrate la suprafața Lunii, până la 30 de tone pe orbita Lunii. , iar fluxul anual de marfă pentru a asigura funcționarea și dezvoltarea. a bazei este de 400-500 de tone.

Cu toate acestea, principiul funcționării unui motor nuclear nu permite dispersarea transportorului suficient de rapid. Datorită timpului lung de transport și, în consecință, a timpului semnificativ petrecut de sarcina utilă în centurile de radiații ale Pământului, nu toată încărcătura poate fi livrată folosind remorchere cu motor nuclear. Prin urmare, fluxul de marfă care poate fi asigurat pe baza NEP este estimat la doar 100-300 tone/an.

Eficiență economică

Ca criteriu de eficiență economică a sistemului de transport interorbital, este recomandabil să se utilizeze valoarea costului unitar al transportului unei unități de masă de sarcină utilă (PG) de la suprafața Pământului pe orbita țintă. RSC Energia a dezvoltat un model economic și matematic care ia în considerare principalele componente de cost din sistemul de transport:

• pentru crearea și lansarea modulelor remorcher pe orbită;
• pentru achiziționarea unei instalații nucleare funcționale;
• costurile de operare, precum și costurile de cercetare și dezvoltare și eventualele costuri de capital.

Indicatorii de cost depind de parametrii optimi ai MB. Folosind acest model, un comparativ eficiență economică utilizarea unui remorcher reutilizabil bazat pe sisteme de propulsie nucleară cu o capacitate de circa 1 MW și a unui remorcher de unică folosință pe bază de propulsor lichid avansat în program pentru a asigura livrarea unei sarcini utile cu o masă totală de 100 t/an de pe Pământ spre orbita lunară cu o înălțime de 100 km. Atunci când se utilizează același vehicul de lansare cu o capacitate de transport egală cu capacitatea de transport a vehiculului de lansare Proton-M și o schemă de lansare cu două lansări pentru construirea unui sistem de transport, costul unitar al livrării unei unități de masă de sarcină utilă folosind un remorcher bazat pe un motorul nuclear va fi de trei ori mai mic decât atunci când se folosesc remorchere de unică folosință bazate pe rachete cu motoare lichide de tip DM-3.

Concluzie

Un motor nuclear eficient pentru spațiu contribuie la soluție probleme de mediu Pământ, zbor cu echipaj pe Marte, crearea unui sistem transmisie fără fir energie în spațiu, punerea în aplicare a îngropării de înaltă securitate în spațiu a deșeurilor radioactive deosebit de periculoase din energia nucleară terestră, crearea unei baze lunare locuibile și începutul explorării industriale a Lunii și protecția Pământului împotriva asteroizilor. - hazardul cometei.

Alexandru Losev

Dezvoltarea rapidă a rachetelor și a tehnologiei spațiale în secolul al XX-lea s-a datorat obiectivelor și intereselor militar-strategice, politice și, într-o anumită măsură, ideologice ale celor două superputeri - URSS și SUA, iar toate programele spațiale de stat erau o continuare a proiectelor lor militare, în care sarcina principală era necesitatea pentru a asigura capacitatea de apărare și paritatea strategică cu un potențial adversar. Costul de creare a echipamentelor și costul de funcționare nu aveau atunci o semnificație fundamentală. Au fost alocate resurse enorme pentru crearea vehiculelor de lansare și a navelor spațiale, iar cele 108 minute ale zborului lui Yuri Gagarin în 1961 și emisiunea de televiziune a lui Neil Armstrong și Buzz Aldrin de la suprafața Lunii în 1969 nu au fost doar triumfuri ale gândirii științifice și tehnice. , au fost considerate și victorii strategice în bătăliile din Războiul Rece.

Dar după ce Uniunea Sovietică s-a prăbușit și a renunțat la cursa pentru conducerea mondială, oponenții săi geopolitici, în primul rând Statele Unite, nu au mai avut nevoie să implementeze proiecte spațiale prestigioase, dar extrem de costisitoare, pentru a demonstra lumii întregi superioritatea Occidentului. sistem economicși concepte ideologice.
În anii '90, principalele sarcini politice ale trecutului și-au pierdut relevanța, confruntarea blocului a fost înlocuită de globalizare, pragmatismul a predominat în lume, astfel că majoritatea programelor spațiale au fost restrânse sau amânate, doar ISS a rămas din proiectele de anvergură ale trecut. În plus, democrația occidentală a livrat toate cele scumpe programe guvernamentale dependente de ciclurile electorale.
Sprijinul alegătorilor necesar pentru a câștiga sau a rămâne la putere îi face pe politicieni, parlamentele și guvernele să încline spre populism și să rezolve problemele imediate, astfel încât cheltuielile pentru explorarea spațiului sunt reduse de la an la an.
Majoritatea descoperirilor fundamentale au fost făcute în prima jumătate a secolului al XX-lea, iar astăzi știința și tehnologia au atins anumite limite, în plus, popularitatea cunoștințelor științifice a scăzut în întreaga lume, iar calitatea predării matematicii, fizicii și alte științe ale naturii s-au deteriorat. Acesta a fost motivul stagnării, inclusiv în sectorul spațial, din ultimele două decenii.
Dar acum devine evident că lumea se apropie de sfârșitul următorului ciclu tehnologic bazat pe descoperirile secolului trecut. Prin urmare, orice putere care va avea tehnologii fundamental noi promițătoare în momentul schimbării ordinii tehnologice globale va asigura automat conducerea mondială pentru cel puțin următorii cincizeci de ani.

Dispozitivul principal al unui motor de rachetă nucleară cu hidrogen ca fluid de lucru

Acest lucru se realizează în Statele Unite, unde s-a luat un curs de reînvie măreția americană în toate sferele de activitate, și în China, contestând hegemonia americană, și în Uniunea Europeană, care încearcă din toate puterile să-și mențină greutatea în economia globală.
Există o politică industrială și se angajează serios în dezvoltarea propriului potențial științific, tehnic și de producție, iar sectorul spațial poate deveni cel mai bun teren de testare pentru testarea noilor tehnologii și pentru demonstrarea sau infirmarea ipotezelor științifice care pot pune bazele pentru creând o tehnologie fundamental diferită, mai avansată a viitorului.
Și este destul de firesc să ne așteptăm ca Statele Unite să fie prima țară în care proiectele de explorare a spațiului adânc sunt reluate pentru a crea unice tehnologii inovatoare atât în ​​domeniul armelor, transporturilor și materialelor structurale, cât și în biomedicină și în domeniul telecomunicațiilor
Adevărat, nici măcar Statele Unite nu au succesul garantat pe calea creării de tehnologii revoluționare. Există un risc mare de a ajunge într-o fundătură, îmbunătățirea motoarelor de rachete cu propulsie chimică vechi de o jumătate de secol, așa cum face SpaceX a lui Elon Musk, sau construirea unor sisteme de susținere a vieții pe distanțe lungi similare celor deja implementate pe ISS.
Poate Rusia, a cărei stagnare în sectorul spațial devine din ce în ce mai vizibilă în fiecare an, să facă o descoperire în cursa pentru viitorul lider tehnologic pentru a rămâne în clubul superputerilor, și nu în lista țărilor în curs de dezvoltare?
Da, desigur, Rusia poate și, în plus, un pas semnificativ înainte a fost deja făcut în domeniul energiei nucleare și al tehnologiilor motoarelor nucleare, în ciuda subfinanțării cronice a industriei spațiale.
Viitorul astronauticii este utilizarea energiei nucleare. Pentru a înțelege modul în care tehnologia nucleară și spațiul sunt legate, este necesar să luăm în considerare principiile de bază ale propulsiei cu reacție.
Deci, principalele tipuri de motoare spațiale moderne sunt create pe principiile energiei chimice. Acestea sunt propulsoare cu propulsie solidă și motoare rachete cu propulsie lichidă, în camerele lor de ardere, componentele combustibilului (combustibil și oxidant), care intră într-o reacție de combustie fizico-chimică exotermă, formează un curent jet care ejectează tone de materie din duza motorului la fiecare al doilea. Energia cinetică a fluidului de lucru al jetului este transformată într-o forță reactivă suficientă pentru a propulsa racheta. Impulsul specific (raportul dintre forța produsă și masa combustibilului utilizat) al unor astfel de motoare chimice depinde de componentele combustibilului, de presiunea și temperatura din camera de ardere, precum și de greutatea moleculară a amestecului gazos evacuat prin duza motorului.
Și cu cât temperatura substanței și presiunea din interiorul camerei de ardere sunt mai mari, cu atât mai scăzute masa moleculara gaz, cu atât impulsul specific este mai mare și, prin urmare, eficiența motorului. Impulsul specific este cantitatea de mișcare și se obișnuiește să se măsoare în metri pe secundă, precum și viteza.
În motoarele chimice, amestecurile de combustibil oxigen-hidrogen și fluor-hidrogen (4500–4700 m/s) dau cel mai mare impuls specific, dar motoarele de rachetă alimentate cu kerosen și oxigen, cum ar fi Soyuz și rachete „Falcon” Mask, precum și motoarele pe dimetilhidrazină asimetrică (UDMH) cu un oxidant sub formă de amestec de tetroxid de azot și acid azotic („Proton” sovietic și rusesc, „Arian” francez, „Titan”) american. Eficiența lor este de 1,5 ori mai mică decât cea a motoarelor alimentate cu hidrogen, dar un impuls de 3000 m / s și puterea este destul de suficientă pentru a face profitabilă din punct de vedere economic lansarea de tone de sarcini utile pe orbitele apropiate de Pământ.
Dar zborurile către alte planete necesită o navă spațială mult mai mare decât orice a fost creat de omenire înainte, inclusiv ISS modulară. În aceste nave, este necesar să se asigure atât existența autonomă pe termen lung a echipajelor, cât și o anumită aprovizionare cu combustibil și durata de viață a principalelor motoare și motoare pentru manevre și corectarea orbitei, să asigure livrarea astronauților într-un modul special de aterizare la suprafața altei planete și întoarcerea lor pe nava principală de transport, apoi și întoarcerea expediției pe Pământ.
Cunoștințele acumulate de inginerie și tehnică și energia chimică a motoarelor fac posibilă întoarcerea pe Lună și ajungerea pe Marte, așa că este foarte probabil ca în următorul deceniu umanitatea să viziteze Planeta Roșie.
Dacă ne bazăm doar pe tehnologiile spațiale disponibile, atunci masa minimă a unui modul locuibil pentru un zbor cu echipaj uman către Marte sau către sateliții lui Jupiter și Saturn va fi de aproximativ 90 de tone, adică de 3 ori mai mult decât navele lunare de la începutul anilor 1970. , ceea ce înseamnă că vehiculele de lansare pentru inserarea lor în orbitele de referință pentru zborul în continuare către Marte vor fi mult superioare Saturn-5 (greutate de lansare 2965 tone) al proiectului lunar Apollo sau transportatorului sovietic Energia (greutate de lansare 2400 tone). Va fi necesar să se creeze un complex interplanetar cu o greutate de până la 500 de tone pe orbită. Un zbor pe o navă interplanetară cu motoare cu rachete chimice va necesita de la 8 luni la 1 an de timp doar într-o singură direcție, deoarece va trebui să faceți manevre gravitaționale, folosind forța gravitațională a planetelor pentru accelerarea suplimentară a navei și o aprovizionare uriașă de combustibil.
Dar folosind energia chimică a motoarelor rachete, omenirea nu va zbura dincolo de orbita lui Marte sau a lui Venus. Avem nevoie de alte viteze de zbor ale navelor spațiale și de altă energie de mișcare mai puternică.

Proiectul modern de motor de rachetă nucleară Princeton Satellite Systems

Pentru a explora spațiul adânc, este necesar să creștem semnificativ raportul tracțiune-greutate și eficiența unui motor de rachetă, ceea ce înseamnă creșterea impulsului specific și a duratei de viață. Și pentru aceasta, este necesar să se încălzească gazul sau substanța fluidului de lucru cu o masă atomică scăzută în interiorul camerei motorului la temperaturi de câteva ori mai mari decât temperatura de ardere chimică a amestecurilor de combustibil tradiționale, iar acest lucru se poate face folosind o reacție nucleară. .
Dacă, în locul unei camere de ardere convenționale, un reactor nuclear este plasat în interiorul unui motor de rachetă, în zona activă a căreia este furnizată o substanță sub formă lichidă sau gazoasă, atunci acesta, încălzindu-se sub presiune ridicată până la câteva mii de grade, va începe să fie ejectat prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Impulsul specific al unui astfel de motor nuclear cu reacție va fi de câteva ori mai mare decât cel al unuia convențional bazat pe componente chimice, ceea ce înseamnă că eficiența atât a motorului în sine, cât și a vehiculului de lansare în ansamblu va crește de multe ori. În acest caz, nu este necesar un oxidant pentru arderea combustibilului, iar hidrogenul gazos ușor poate fi utilizat ca substanță care creează tracțiunea jetului, dar știm că cu cât greutatea moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul va fi mai mare, iar acest lucru va fi semnificativ. reduce masa rachetei la cea mai buna performanta puterea motorului.
Un motor nuclear ar fi mai bun decât unul convențional, deoarece în zona reactorului gazul ușor poate fi încălzit la temperaturi mai mari de 9 mii de grade Kelvin, iar un jet de astfel de gaz supraîncălzit va oferi un impuls specific mult mai mare decât poate motoarele chimice obișnuite. da. Dar asta e in teorie.
Pericolul nu este nici măcar că, în timpul lansării unui vehicul de lansare cu o astfel de instalație nucleară, poate apărea contaminarea radioactivă a atmosferei și a spațiului din jurul rampei de lansare, principala problemă este că la temperaturi ridicate motorul însuși se poate topi împreună cu nava spațială. . Designerii și inginerii înțeleg acest lucru și încearcă de câteva decenii să găsească soluții potrivite.
Motoarele de rachete nucleare (NRE) au deja propria lor istorie de creare și funcționare în spațiu. Prima dezvoltare a motoarelor nucleare a început la mijlocul anilor 1950, adică chiar înainte de zborul spațial cu echipaj și aproape simultan în URSS și SUA, și însăși ideea de a folosi reactoare nucleare pentru a încălzi substanța de lucru într-o rachetă. motorul sa născut împreună cu primele reactoare la mijlocul anilor 40, adică acum mai bine de 70 de ani.
În țara noastră, termofizicianul Vitali Mikhailovici Ievlev a devenit inițiatorul creării NRE. În 1947, a prezentat un proiect care a fost susținut de S. P. Korolev, I. V. Kurchatov și M. V. Keldysh. Inițial, s-a planificat utilizarea unor astfel de motoare pentru rachete de croazieră și apoi montarea lor pe rachete balistice. Birourile de conducere de proiectare a apărării din Uniunea Sovietică, precum și institutele de cercetare NIITP, CIAM, IAE, VNIINM au preluat dezvoltarea.
Motorul nuclear sovietic RD-0410 a fost asamblat la mijlocul anilor ’60 de către „Biroul de proiectare al automatizării chimice” Voronezh, unde au fost create majoritatea motoarelor de rachete lichide pentru tehnologia spațială.
Hidrogenul a fost folosit ca fluid de lucru în RD-0410, care în formă lichidă a trecut prin „manta de răcire”, eliminând excesul de căldură de pe pereții duzei și împiedicând-o să se topească, apoi a intrat în miezul reactorului, unde a fost încălzit. la 3000K și ejectat prin duzele canalului, transformând astfel energie termalăîn cinetică și creând un impuls specific de 9100 m/s.
În SUA, proiectul NRE a fost lansat în 1952, iar primul motor de funcționare a fost creat în 1966 și a fost numit NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). În anii 60 - 70, Uniunea Sovietică și Statele Unite au încercat să nu cedeze reciproc.
Adevărat, atât RD-0410-ul nostru, cât și NERVA american au fost NRE-uri în fază solidă (combustibilul nuclear pe bază de carburi de uraniu se afla în reactor în stare solidă), iar temperatura lor de funcționare era în intervalul 2300-3100K.
Pentru a crește temperatura miezului fără riscul unei explozii sau topiri a pereților reactorului, este necesar să se creeze condiții pentru o reacție nucleară în care combustibilul (uraniul) trece în stare gazoasă sau se transformă într-o plasmă și este păstrat în interiorul reactorului datorită unui câmp magnetic puternic, fără a atinge pereții. Și apoi hidrogenul care intră în miezul reactorului „curge în jurul” uraniului în fază gazoasă și, transformându-se în plasmă, este aruncat prin canalul duzei la o viteză foarte mare.
Acest tip de motor se numește YRD în fază gazoasă. Temperaturile combustibilului gazos uraniu din astfel de motoare nucleare pot varia de la 10.000 la 20.000 de grade Kelvin, iar impulsul specific poate ajunge la 50.000 m/s, care este de 11 ori mai mare decât cele mai eficiente motoare cu rachete chimice.
Crearea și utilizarea în tehnologia spațială a NRE-urilor în fază gazoasă de tipuri deschise și închise este cea mai promițătoare direcție în dezvoltarea motoarelor de rachete spațiale și exact ceea ce umanitatea are nevoie pentru a explora planetele sistemului solar și sateliții lor.
Primele studii asupra proiectului NRE în fază gazoasă au început în URSS în 1957 la Institutul de Cercetare a Proceselor Termice (Centrul de Cercetare M. V. Keldysh), iar însăși decizia de a dezvolta centrale nucleare spațiale bazate pe reactoare nucleare în fază gazoasă a fost luată în 1963 de către academicianul V. P. Glushko (NPO Energomash), apoi aprobat printr-o rezoluție a Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS.
Dezvoltarea NRE în fază gazoasă a fost realizată în Uniunea Sovietică timp de două decenii, dar, din păcate, nu a fost niciodată finalizată din cauza finanțării insuficiente și a necesității de suplimentare. cercetare fundamentalăîn domeniul termodinamicii combustibilului nuclear și al plasmei de hidrogen, fizicii neutronilor și magnetohidrodinamicii.
Oamenii de știință nucleari sovietici și inginerii de proiectare s-au confruntat cu o serie de probleme, cum ar fi atingerea criticității și asigurarea stabilității funcționării unui reactor nuclear în fază gazoasă, reducerea pierderii de uraniu topit în timpul eliberării hidrogenului încălzit la câteva mii de grade, protecție termică. a duzei și a generatorului de câmp magnetic, acumularea de produse de fisiune a uraniului, alegerea materialelor structurale rezistente chimic etc.
Și când vehiculul de lansare Energia a început să fie creat pentru programul sovietic Mars-94, primul zbor cu echipaj cu echipaj către Marte, proiectul motorului nuclear a fost amânat pe termen nelimitat. Uniunea Sovietică nu a fost suficient timp și, cel mai important, voința politică și eficiența economiei, pentru a realiza aterizarea astronauților noștri pe planeta Marte în 1994. Aceasta ar fi o realizare incontestabilă și o dovadă a conducerii noastre în tehnologii înalteîn următoarele câteva decenii. Dar spațiul, ca multe alte lucruri, a fost trădat de ultima conducere a URSS. Istoria nu poate fi schimbată, oamenii de știință și inginerii plecați nu pot fi returnați, iar cunoștințele pierdute nu pot fi restaurate. O mulțime de lucruri vor trebui să fie recreate.
Dar energia nucleară spațială nu se limitează la sfera NRE-urilor în fază solidă și gazoasă. Pentru a crea un flux încălzit de materie într-un motor cu reacție, puteți folosi energie electrică. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky în 1903 în lucrarea sa „Studiul spațiilor mondiale cu instrumente reactive”.
Iar primul motor de rachetă electrotermic din URSS a fost creat în anii 1930 de Valentin Petrovici Glushko, viitor academician al Academiei de Științe a URSS și șef al NPO Energia.
Principiile de funcționare a motoarelor electrice cu rachete pot fi diferite. Ele sunt de obicei împărțite în patru tipuri:

• electrotermic (încălzire sau arc electric). În ele, gazul este încălzit la temperaturi de 1000-5000K și este evacuat din duză în același mod ca în NRE.
• motoarele electrostatice (coloidale și ionice), în care substanța de lucru este ionizată mai întâi, iar apoi ionii pozitivi (atomi lipsiți de electroni) sunt accelerați într-un câmp electrostatic și sunt, de asemenea, ejectați prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Motoarele cu plasmă staționare aparțin și ele motoarelor electrostatice.
• magnetoplasmă și motoare rachete magnetodinamice. Acolo, plasma gazoasă este accelerată de forța Ampère în câmpuri magnetice și electrice care se intersectează perpendicular.
• motoarele cu rachete cu impulsuri, care folosesc energia gazelor rezultate din evaporarea fluidului de lucru într-o descărcare electrică.

Avantajul acestor motoare rachete electrice este consumul redus de fluid de lucru, randamentul de până la 60% și de mare viteză fluxul de particule, care poate reduce semnificativ masa navei spațiale, dar există și un minus - o densitate scăzută de tracțiune și, în consecință, o putere scăzută, precum și costul ridicat al fluidului de lucru (gaze inerte sau vapori de metale alcaline) pentru crearea plasmei.
Toate tipurile de motoare electrice enumerate au fost implementate în practică și au fost utilizate în mod repetat în spațiu atât pe vehiculele sovietice, cât și pe cele americane de la mijlocul anilor 1960, dar datorită puterii lor reduse, au fost folosite în principal ca motoare de corectare a orbitei.
Din 1968 până în 1988, URSS a lansat o serie întreagă de sateliți Kosmos cu instalații nucleare la bord. Tipurile de reactoare au fost denumite: „Buk”, „Topaz” și „Yenisei”.
Reactorul proiectului Yenisei avea o putere termică de până la 135 kW și o putere electrică de aproximativ 5 kW. Purtătorul de căldură a fost o topitură de sodiu-potasiu. Acest proiect a fost încheiat în 1996.
Pentru un motor de rachetă susținător adevărat, este necesară o sursă foarte puternică de energie. Și cea mai bună sursă de energie pentru astfel de motoare spațiale este un reactor nuclear.
Energia nucleară este una dintre industriile high-tech în care țara noastră își menține poziția de lider. Și un motor de rachetă fundamental nou este deja creat în Rusia, iar acest proiect este aproape de finalizare cu succes în 2018. Testele de zbor sunt programate pentru 2020.
Și dacă NRE în fază gazoasă este un subiect al deceniilor viitoare la care va trebui să ne întoarcem după cercetări fundamentale, atunci alternativa sa actuală este o centrală nucleară de clasă megawați (NPP) și a fost deja creată de Rosatom și Întreprinderile Roscosmos din 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, care este în prezent singurul dezvoltator și producător de centrale nucleare spațiale din lume, precum și Centrul de Cercetare numit după N.I. M. V. Keldysh, NIKIET ei. N. A. Dollezhala, Institutul de Cercetare NPO Luch, Institutul Kurchatov, IRM, IPPE, NIIAR și NPO Mashinostroeniya.
Centrala nucleară include un reactor nuclear cu neutroni rapidi răcit cu gaz la temperatură înaltă, cu o turbomașină de conversie a energiei termice în energie electrică, un sistem de emițătoare frigorifice pentru îndepărtarea excesului de căldură în spațiu, un compartiment pentru asamblarea instrumentelor, un bloc de motoare electrice de marș cu plasmă sau ion și un container pentru plasarea unei sarcini utile .
Într-o centrală electrică, un reactor nuclear servește ca sursă de energie electrică pentru funcționarea electrică motoare cu plasmă, în timp ce lichidul de răcire cu gaz al reactorului, care trece prin miez, intră în turbina generatorului electric și a compresorului și se întoarce înapoi în reactor într-o buclă închisă și nu este aruncat în spațiu ca în NRE, ceea ce face ca designul să fie mai mult. fiabil și sigur și, prin urmare, potrivit pentru astronautica cu echipaj.
Este planificat ca o centrală nucleară să fie utilizată pentru un remorcher spațial reutilizabil pentru a asigura livrarea mărfurilor în timpul explorării Lunii sau crearea de complexe orbitale multifuncționale. Avantajul va fi nu numai utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport (pe care Elon Musk încearcă să le realizeze în proiectele sale spațiale SpaceX), ci și capacitatea de a livra de trei ori mai multă masă de marfă decât pe rachetele cu motoare cu reacție chimice de putere comparabilă prin reducerea masei de lansare a sistemului de transport . Designul special al unității o face sigură pentru oameni și mediu inconjurator pe pământ.
În 2014, primul element de combustibil de proiectare standard (element de combustibil) pentru această centrală de propulsie electrică nucleară a fost asamblat la OJSC Mashinostroitelny Zavod din Elektrostal, iar în 2016 a fost testat un simulator de coș de miez de reactor.
Acum (în 2017), se lucrează la fabricarea elementelor structurale ale instalației și testarea componentelor și ansamblurilor pe machete, precum și testarea autonomă a sistemelor de conversie a energiei de turbomașini și a prototipurilor de unități de putere. Finalizarea lucrărilor este programată pentru sfârșitul anului următor 2018, însă, din 2015, restanța din grafic a început să se acumuleze.
Așadar, de îndată ce această instalație va fi creată, Rusia va deveni prima țară din lume care deține tehnologii spațiale nucleare, care vor sta la baza nu numai a proiectelor viitoare de dezvoltare a sistemului solar, ci și a energiei terestre și extraterestre. Centralele nucleare spațiale pot fi folosite pentru a crea sisteme pentru transmiterea de la distanță a energiei electrice către Pământ sau către modulele spațiale folosind radiații electromagnetice. Și aceasta va deveni și tehnologia avansată a viitorului, unde țara noastră va avea o poziție de lider.
Pe baza motoarelor cu plasmă dezvoltate, vor fi create sisteme de propulsie puternice pentru zborurile spațiale umane pe distanțe lungi și, în primul rând, pentru explorarea lui Marte, a cărui orbită poate fi atinsă în doar 1,5 luni și nu mai mult de o an, ca atunci când se utilizează motoare cu reacție chimice convenționale.
Iar viitorul începe întotdeauna cu o revoluție a energiei. Si nimic altceva. Energia este primară și este magnitudinea consumului de energie care afectează progresul tehnic, capacitatea de apărare și calitatea vieții oamenilor.

Motor experimental de rachetă cu plasmă NASA

Astrofizicianul sovietic Nikolai Kardashev a propus o scară pentru dezvoltarea civilizațiilor încă din 1964. Conform acestei scale, nivelul de dezvoltare tehnologică a civilizațiilor depinde de cantitatea de energie pe care populația planetei o folosește pentru nevoile lor. Deci civilizația pe care o scriu folosește toate resursele disponibile disponibile pe planetă; civilizație de tip II - primește energia stelei sale, în sistemul căreia se află; iar o civilizație de tip III folosește energia disponibilă a galaxiei sale. Omenirea nu a ajuns încă la o civilizație de tip I la această scară. Folosim doar 0,16% din totalul aprovizionării cu energie potențială a planetei Pământ. Aceasta înseamnă că Rusia și întreaga lume au loc să crească, iar aceste tehnologii nucleare vor deschide calea țării noastre nu numai în spațiu, ci și pentru prosperitatea economică viitoare.
Și, poate, singura opțiune pentru Rusia în sfera științifică și tehnică este acum să facă o descoperire revoluționară în tehnologiile spațiale nucleare pentru a depăși mulți ani din spatele liderilor într-un singur „salt” și a fi imediat la originile unui nou revoluție tehnologică în următorul ciclu de dezvoltare a civilizației umane. O șansă atât de unică îi revine cutare sau cutare țară doar o dată la câteva secole.
Din păcate, Rusia, care nu a acordat atenția cuvenită științelor fundamentale și calității învățământului superior și secundar în ultimii 25 de ani, riscă să piardă pentru totdeauna această șansă dacă programul este restrâns și actualii oameni de știință și ingineri nu sunt înlocuiți. de o nouă generaţie de cercetători. Provocările geopolitice și tehnologice cu care se va confrunta Rusia în 10-12 ani vor fi foarte serioase, comparabile cu amenințările de la mijlocul secolului XX. Pentru a păstra suveranitatea și integritatea Rusiei în viitor, este urgent să începem pregătirea specialiștilor capabili să răspundă acestor provocări și să creeze ceva fundamental nou chiar acum.
Mai sunt aproximativ 10 ani pentru a transforma Rusia într-un centru intelectual și tehnologic mondial, iar acest lucru nu se poate face fără o schimbare serioasă a calității educației. Pentru o descoperire științifică și tehnologică, este necesar să se revină sistemului de învățământ (atât școlar, cât și universitar) o viziune sistematică asupra imaginii lumii, fundamentalității științifice și integrității ideologice.
În ceea ce privește stagnarea actuală din industria spațială, acest lucru nu este groaznic. Principiile fizice pe care se bazează tehnologiile spațiale moderne vor fi solicitate de sectorul serviciilor convenționale prin satelit pentru o lungă perioadă de timp. Amintiți-vă că omenirea folosește vele de 5,5 mii de ani, iar epoca aburului a durat aproape 200 de ani și abia în secolul al XX-lea lumea a început să se schimbe rapid, deoarece a avut loc o altă revoluție științifică și tehnologică, care a lansat un val de inovații. și o schimbare a tiparelor tehnologice, care în cele din urmă s-au schimbat și economie mondială si politica. Principalul lucru este să fii la originile acestor schimbări. [email protected] ,
site: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

Aboneaza-te la versiune electronica revista „Arsenalul Patriei” poate fi găsită la link.
Costul abonamentului anual -
12 000 de ruble.

Sergeev Alexey, 9 clasa "A" MOU "Școala secundară nr. 84"

Consultant științific: , Director adjunct al parteneriatului non-profit pentru activități științifice și inovatoare „Tomsk Atomic Center”

Conducător: , profesor de fizică, MOU „Școala Gimnazială Nr. 84” ZATO Seversk

Introducere

Sistemele de propulsie de la bordul unei nave spațiale sunt proiectate pentru a genera forță sau impuls. În funcție de tipul de tracțiune utilizat de sistemul de propulsie, acestea sunt împărțite în chimice (CRD) și nechimice (NCRD). HRD sunt împărțite în lichid (LRE), combustibil solid (RDTT) și combinat (KRD). La rândul lor, sistemele de propulsie nechimică sunt împărțite în nucleare (NRE) și electrice (EP). Marele om de știință Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, în urmă cu un secol, a creat primul model de sistem de propulsie care funcționa cu combustibili solizi și lichizi. După ce, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, au fost efectuate mii de zboruri folosind în principal motoare de rachete LRE și cu combustibil solid.

Cu toate acestea, în prezent, pentru zborurile către alte planete, ca să nu mai vorbim de stele, utilizarea motoarelor rachete cu combustibil lichid și a motoarelor rachete cu combustibil solid devine din ce în ce mai nerentabilă, deși au fost dezvoltate multe motoare rachete. Cel mai probabil, posibilitățile LRE și motoarele de rachetă cu combustibil solid s-au epuizat complet. Motivul este că impulsul specific al tuturor motoarelor cu rachete chimice este scăzut și nu depășește 5000 m/s, ceea ce necesită funcționarea pe termen lung a sistemului de propulsie și, în consecință, rezerve mari de combustibil pentru a dezvolta viteze suficient de mari sau, după cum este obișnuit în astronautică, valori mari ale numărului Tsiolkovsky, adică raportul dintre masa unei rachete alimentate și masa uneia goale. Astfel, RN Energia, care pune 100 de tone de sarcină utilă pe orbită joasă, are o masă de lansare de aproximativ 3.000 de tone, ceea ce conferă numărului Tsiolkovsky o valoare în intervalul 30.

Pentru un zbor spre Marte, de exemplu, numărul Tsiolkovsky ar trebui să fie și mai mare, atingând valori de la 30 la 50. Este ușor de estimat că, cu o sarcină utilă de aproximativ 1.000 de tone, și anume, masa minimă necesară pentru a oferi tot ceea ce este necesar. pentru echipajul care pleacă pe Marte, ținând cont de aprovizionarea cu combustibil pentru zborul de întoarcere pe Pământ, masa inițială a navei spațiale trebuie să fie de cel puțin 30.000 de tone, ceea ce depășește în mod clar nivelul de dezvoltare al astronauticii moderne bazate pe utilizarea lichidului. motoare rachete cu propulsor și motoare rachete cu combustibil solid.

Astfel, pentru ca echipajele echipate să ajungă chiar și pe cele mai apropiate planete, este necesară dezvoltarea vehiculelor de lansare pe motoare care funcționează pe principii diferite de propulsia chimică. Cele mai promițătoare în acest sens sunt motoarele electrice cu reacție (EP), motoarele cu rachete termochimice și motoarele cu reacție nucleare (NJ).

1.Concepte de bază

Un motor rachetă este un motor cu reacție care nu utilizează mediul (aer, apă) pentru funcționare. Cele mai utilizate motoare cu rachete chimice. Alte tipuri de motoare rachete sunt dezvoltate și testate - electrice, nucleare și altele. La stațiile și vehiculele spațiale, cele mai simple motoare de rachetă care funcționează cu gaze comprimate sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă. De obicei, folosesc azot ca fluid de lucru. /unu/

Clasificarea sistemelor de propulsie

2. Scopul motoarelor rachete

În funcție de scopul lor, motoarele de rachetă sunt împărțite în mai multe tipuri principale: accelerare (pornire), frânare, susținere, control și altele. Motoarele de rachete sunt folosite în principal pe rachete (de unde și numele). În plus, motoarele de rachete sunt uneori folosite în aviație. Motoarele rachete sunt principalele motoare în astronautică.

Rachetele militare (de luptă) au de obicei motoare cu propulsie solidă. Acest lucru se datorează faptului că un astfel de motor este alimentat în fabrică și nu necesită întreținere pentru întreaga perioadă de depozitare și service a rachetei în sine. Motoarele cu combustibil solid sunt adesea folosite ca propulsoare pentru rachetele spațiale. Mai ales pe scară largă, în această calitate, sunt utilizate în SUA, Franța, Japonia și China.

Motoarele rachete cu combustibil lichid au caracteristici de tracțiune mai mari decât cele cu combustibil solid. Prin urmare, ele sunt folosite pentru a lansa rachete spațiale pe orbită în jurul Pământului și în zboruri interplanetare. Principalii propulsori lichizi pentru rachete sunt kerosenul, heptanul (dimetilhidrazină) și hidrogenul lichid. Pentru astfel de combustibili, este necesar un agent oxidant (oxigen). Acidul azotic și oxigenul lichefiat sunt folosite ca agent oxidant în astfel de motoare. Acidul azotic este inferior oxigenului lichefiat în ceea ce privește proprietățile oxidante, dar nu necesită menținerea unui regim special de temperatură în timpul depozitării, realimentării și utilizării rachetelor.

Motoarele pentru zborurile spațiale diferă de cele terestre prin aceea că, cu cea mai mică masă și volum posibil, trebuie să producă cât mai multă putere. În plus, acestea sunt supuse unor cerințe precum eficiența și fiabilitatea excepțional de ridicate, un timp de funcționare semnificativ. În funcție de tipul de energie utilizată, sistemele de propulsie a navelor spațiale sunt împărțite în patru tipuri: termochimice, nucleare, electrice, solare. Fiecare dintre aceste tipuri are propriile avantaje și dezavantaje și poate fi utilizat în anumite condiții.

În prezent, navele spațiale, stațiile orbitale și sateliții Pământului fără pilot sunt lansate în spațiu de rachete echipate cu motoare termochimice puternice. Există și motoare miniaturale cu tracțiune joasă. Aceasta este o copie redusă a motoarelor puternice. Unele dintre ele pot încăpea în palma mâinii tale. Forța de împingere a unor astfel de motoare este foarte mică, dar este suficientă pentru a controla poziția navei în spațiu.

3. Motoare de rachete termochimice.

Se știe că motorul combustie interna, cuptorul unui cazan cu abur - oriunde are loc arderea, oxigenul atmosferic ocupă partea cea mai activă. Nu există aer în spațiul cosmic, iar pentru funcționarea motoarelor rachete în spațiul cosmic, este necesar să existe două componente - combustibil și un oxidant.

În motoarele de rachete termochimice lichide, ca combustibil se folosesc alcoolul, kerosenul, benzina, anilina, hidrazina, dimetilhidrazina, hidrogenul lichid. Oxigenul lichid, peroxidul de hidrogen, acidul azotic sunt utilizate ca agent oxidant. Este posibil ca fluorul lichid să fie folosit ca agent oxidant în viitor, atunci când sunt inventate metode de depozitare și utilizare a unei astfel de substanțe chimice active.

Combustibilul și oxidantul pentru motoarele cu reacție cu propulsie lichidă sunt depozitate separat, în rezervoare speciale și pompate în camera de ardere. Când sunt combinate în camera de ardere, se dezvoltă o temperatură de până la 3000 - 4500 ° C.

Produsele de ardere, în expansiune, capătă o viteză de 2500 până la 4500 m/s. Pornind de la carcasa motorului, ele creează tracțiunea jetului. În același timp, cu cât masa și viteza de scurgere a gazelor sunt mai mari, cu atât forța de împingere a motorului este mai mare.

Se obișnuiește să se estimeze forța specifică a motoarelor în funcție de cantitatea de forță creată de o unitate de masă de combustibil ars într-o secundă. Această valoare se numește impuls specific al motorului rachetei și se măsoară în secunde (kg de forță / kg de combustibil ars pe secundă). Cele mai bune motoare de rachetă cu propulsie solidă au un impuls specific de până la 190 s, adică 1 kg de combustibil care arde într-o secundă creează o forță de 190 kg. Motorul rachetă cu hidrogen-oxigen are un impuls specific de 350 s. Teoretic, un motor cu hidrogen-fluor poate dezvolta un impuls specific de peste 400 s.

Schema utilizată în mod obișnuit a unui motor de rachetă cu combustibil lichid funcționează după cum urmează. Gazul comprimat creează presiunea necesară în rezervoarele cu combustibil criogenic pentru a preveni apariția bulelor de gaz în conducte. Pompele furnizează combustibil motoarelor rachete. Combustibilul este injectat în camera de ardere printr-un număr mare de injectoare. De asemenea, un agent oxidant este injectat în camera de ardere prin duze.

În orice mașină, în timpul arderii combustibilului, se formează fluxuri mari de căldură care încălzesc pereții motorului. Dacă nu răciți pereții camerei, atunci se va arde rapid, indiferent de materialul din care este făcută. Un motor cu reacție cu propulsor lichid este de obicei răcit cu una dintre componentele propulsorului. Pentru aceasta, camera este realizată cu doi pereți. Componenta de combustibil rece curge în golul dintre pereți.

Aluminiu" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">aluminiu, etc. În special ca aditiv la combustibilii convenționali, cum ar fi hidrogen-oxigen. Astfel de „compoziții triple” sunt capabile să ofere cea mai mare viteză posibilă pentru ieșirea combustibililor chimici - până la 5 km/s. Dar aceasta este practic limita resurselor chimiei.Practic nu poate face mai mult.Deși descrierea propusă este încă dominată de motoarele cu rachete lichide, trebuie spus că primul din istoria omenirii a fost creat un motor de rachetă termochimic pe combustibil solid - Motor de rachetă cu propulsor solid Combustibilul - de exemplu, praful de pușcă special - este situat direct în camera de ardere. Camera de ardere cu o duză cu jet umplută cu combustibil solid - acesta este întregul design.Modul de ardere al combustibilului solid depinde de scopul motorului rachetei cu combustibil solid (pornire, marș sau combinat).Pentru rachetele cu combustibil solid utilizate în afacerile militare se caracterizează prin prezența motoarelor de pornire și de susținere. ny un timp scurt, care este necesar pentru ca racheta să părăsească lansator și accelerația sa inițială. Un motor de rachetă cu combustibil solid în marș este proiectat pentru a menține o viteză constantă de zbor a rachetei în secțiunea principală (de croazieră) a traiectoriei de zbor. Diferențele dintre ele sunt în principal în proiectarea camerei de ardere și în profilul suprafeței de ardere a încărcăturii de combustibil, care determină rata de ardere a combustibilului, de care depind timpul de funcționare și forța motorului. Spre deosebire de astfel de rachete, vehiculele de lansare spațială pentru lansarea sateliților Pământului, stații orbitale iar navele spațiale, precum și stațiile interplanetare, funcționează numai în modul de lansare de la lansarea unei rachete până la lansarea unui obiect pe orbită în jurul Pământului sau pe o traiectorie interplanetară. În general, motoarele cu rachete solide nu au multe avantaje față de motoarele cu combustibil lichid: sunt ușor de fabricat, pot fi depozitate pentru o perioadă lungă de timp, sunt întotdeauna gata de acțiune și sunt relativ rezistente la explozie. Dar în ceea ce privește forța specifică, motoarele cu combustibil solid sunt cu 10-30% inferioare celor lichide.

4. Motoare electrice de rachete

Aproape toate motoarele de rachetă discutate mai sus dezvoltă o forță extraordinară și sunt concepute pentru a pune navele spațiale pe orbită în jurul Pământului și pentru a le accelera la viteze spațiale pentru zboruri interplanetare. Este o chestiune complet diferită - sistemele de propulsie pentru nave spațiale deja lansate pe orbită sau pe o traiectorie interplanetară. Aici, de regulă, sunt necesare motoare de putere redusă (mai mulți kilowați sau chiar wați) care pot funcționa sute și mii de ore și pot porni și opri în mod repetat. Acestea vă permit să mențineți zborul pe orbită sau de-a lungul unei traiectorii date, compensând rezistența la zbor creată de atmosfera superioară și vântul solar. La motoarele electrice cu rachete, fluidul de lucru este accelerat la o anumită viteză prin încălzirea acestuia cu energie electrică. Electricitatea provine de la panouri solare sau de la o centrală nucleară. Metodele de încălzire a fluidului de lucru sunt diferite, dar în realitate se folosește în principal arcul electric. S-a dovedit a fi foarte fiabil și rezistă la un număr mare de incluziuni. Hidrogenul este utilizat ca fluid de lucru în motoarele cu arc electric. Cu ajutorul unui arc electric, hidrogenul este încălzit la o temperatură foarte ridicată și se transformă în plasmă - un amestec neutru din punct de vedere electric de ioni pozitivi și electroni. Viteza de ieșire a plasmei din propulsor atinge 20 km/s. Când oamenii de știință rezolvă problema izolării magnetice a plasmei de pereții camerei motorului, atunci va fi posibilă creșterea semnificativă a temperaturii plasmei și aducerea vitezei de curgere la 100 km/s. Primul motor electric de rachetă a fost dezvoltat în Uniunea Sovietică de-a lungul anilor. sub conducere (mai târziu a devenit creatorul de motoare pentru rachete spațiale sovietice și un academician) în celebrul laborator de dinamică a gazelor (GDL). / 10 /

5.Alte tipuri de motoare

Există, de asemenea, proiecte mai exotice de motoare de rachete nucleare, în care materialul fisionabil este în stare lichidă, gazoasă sau chiar plasmă, dar implementarea unor astfel de proiecte la nivelul actual de tehnologie și tehnologie este nerealistă. Există, în stadiul teoretic sau de laborator, următoarele proiecte de motoare rachete

Motoare de rachete nucleare cu impulsuri care folosesc energia exploziilor de mici sarcini nucleare;

Motoare de rachete termonucleare care pot folosi un izotop de hidrogen drept combustibil. Eficiența energetică a hidrogenului într-o astfel de reacție este de 6,8*1011 kJ/kg, adică cu aproximativ două ordine de mărime mai mare decât productivitatea reacțiilor de fisiune nucleară;

Motoare solare cu vele - care folosesc presiunea luminii solare (vânt solar), a căror existență a fost dovedită experimental de un fizician rus încă din 1899. Prin calcule, oamenii de știință au stabilit că un dispozitiv cu o greutate de 1 tonă, echipat cu o velă cu diametrul de 500 m, poate zbura de pe Pământ pe Marte în aproximativ 300 de zile. Cu toate acestea, eficiența unei vele solare scade rapid odată cu distanța de la Soare.

6. Motoare de rachete nucleare

Unul dintre principalele dezavantaje ale motoarelor rachete cu combustibil lichid este asociat cu viteza limitată a curgerii gazelor. În motoarele de rachete nucleare, se pare că este posibil să se folosească energia colosală eliberată în timpul descompunerii „combustibilului” nuclear pentru a încălzi substanța de lucru. Principiul de funcționare al motoarelor de rachete nucleare este aproape același cu principiul de funcționare al motoarelor termochimice. Diferența constă în faptul că fluidul de lucru este încălzit nu datorită energiei chimice proprii, ci datorită energiei „străine” eliberate în timpul reacției intranucleare. Fluidul de lucru este trecut printr-un reactor nuclear, în care are loc reacția de fisiune a nucleelor ​​atomice (de exemplu, uraniu) și, în același timp, se încălzește. Motoarele de rachete nucleare elimină necesitatea unui oxidant și, prin urmare, poate fi folosit un singur lichid. Ca fluid de lucru, este recomandabil să folosiți substanțe care permit motorului să dezvolte o forță mare de tracțiune. Hidrogenul satisface această condiție cel mai pe deplin, urmat de amoniac, hidrazină și apă. Procesele în care se eliberează energia nucleară sunt împărțite în transformări radioactive, reacții de fisiune ale nucleelor ​​grele și reacții de fuziune ale nucleelor ​​ușoare. Transformările radioizotopilor sunt realizate în așa-numitele surse de energie izotopică. Energia de masă specifică (energia pe care o poate elibera o substanță cu greutatea de 1 kg) a izotopilor radioactivi artificiali este mult mai mare decât cea a combustibililor chimici. Astfel, pentru 210Ро este egal cu 5*10 8 KJ/kg, în timp ce pentru cel mai eficient combustibil chimic energetic (beriliu cu oxigen) această valoare nu depășește 3*10 4 KJ/kg. Din păcate, nu este încă rațional să folosiți astfel de motoare pe vehiculele de lansare spațială. Motivul pentru aceasta este costul ridicat al substanței izotopice și dificultatea de funcționare. La urma urmei, izotopul eliberează energie în mod constant, chiar și atunci când este transportat într-un container special și când racheta este parcată la pornire. Reactoarele nucleare folosesc combustibil mai eficient din punct de vedere energetic. Astfel, energia de masă specifică a 235U (izotopul fisionabil al uraniului) este de 6,75 * 10 9 kJ / kg, adică aproximativ cu un ordin de mărime mai mare decât cea a izotopului 210Ро. Aceste motoare pot fi „pornite” și „oprite”, combustibilul nuclear (233U, 235U, 238U, 239Pu) este mult mai ieftin decât izotopul. În astfel de motoare, nu numai apa poate fi folosită ca fluid de lucru, ci și substanțe de lucru mai eficiente - alcool, amoniac, hidrogen lichid. Forța specifică a unui motor cu hidrogen lichid este de 900 s. În cea mai simplă schemă a unui motor de rachetă nucleară cu un reactor care funcționează cu combustibil nuclear solid, fluidul de lucru este plasat într-un rezervor. Pompa îl livrează în camera motorului. Pulverizat cu ajutorul duzelor, fluidul de lucru intră în contact cu combustibilul nuclear generator de căldură, se încălzește, se extinde și este aruncat în exterior prin duză cu viteză mare. Combustibilul nuclear din punct de vedere al rezervelor de energie depășește orice alt tip de combustibil. Atunci apare o întrebare firească - de ce instalațiile pe acest combustibil au încă o forță specifică relativ mică și o masă mare? Faptul este că forța specifică a unui motor de rachetă nucleară în fază solidă este limitată de temperatura materialului fisionabil, iar centrala emite radiații ionizante puternice în timpul funcționării, care are un efect dăunător asupra organismelor vii. Protecția biologică împotriva unor astfel de radiații este de mare importanță; nu este aplicabilă spațiului aeronave. Dezvoltarea practică a motoarelor de rachete nucleare cu combustibil nuclear solid a început la mijlocul anilor 1950 în Uniunea Sovietică și Statele Unite, aproape simultan cu construcția primelor centrale nucleare. Lucrarea s-a desfășurat într-o atmosferă de mare secret, dar se știe că astfel de motoare de rachete nu au primit încă o utilizare reală în astronautică. Până acum, totul s-a limitat la utilizarea surselor izotopice de electricitate de putere relativ scăzută pe sateliții artificiali fără pilot ai Pământului, nave spațiale interplanetare și celebrul „rover lunar” sovietic.

7. Motoare cu reacție nucleare, principiu de funcționare, metode de obținere a impulsului într-un motor de rachetă nucleară.

NRE și-a primit numele datorită faptului că creează impuls prin utilizarea energiei nucleare, adică a energiei care este eliberată ca urmare a reacțiilor nucleare. În sens general, aceste reacții înseamnă orice modificări ale stării energetice a nucleelor ​​atomice, precum și transformarea unor nuclee în altele, asociate cu rearanjarea structurii nucleelor ​​sau o modificare a numărului de particule elementare conținute în acestea. - nucleoni. Mai mult, reacțiile nucleare, după cum se știe, pot avea loc fie spontan (adică spontan), fie induse artificial, de exemplu, atunci când unele nuclee sunt bombardate de altele (sau de particule elementare). Reacțiile nucleare de fisiune și fuziune în termeni de energie depășesc reacțiile chimice de milioane și, respectiv, de zeci de milioane de ori. Acest lucru se explică prin faptul că energia legăturii chimice a atomilor din molecule este de multe ori mai mică decât energia legăturii nucleare a nucleonilor din nucleu. Energia nucleară din motoarele de rachetă poate fi utilizată în două moduri:

1. Energia eliberată este folosită pentru a încălzi fluidul de lucru, care apoi se extinde în duză, la fel ca într-un motor de rachetă convențional.

2. Energia nucleară este convertită în energie electrică și apoi utilizată pentru a ioniza și accelera particulele fluidului de lucru.

3. În cele din urmă, impulsul este creat de produsele de fisiune înșiși, formate în procesul DIV_ADBLOCK265">

Prin analogie cu LRE, fluidul de lucru original al NRE este stocat în stare lichidă în rezervorul sistemului de propulsie și este alimentat folosind o unitate de turbopompă. Gazul pentru rotația acestei unități, constând dintr-o turbină și o pompă, poate fi produs chiar în reactor.

O diagramă a unui astfel de sistem de propulsie este prezentată în figură.

Există multe NRE cu un reactor de fisiune:

fază solidă

fază gazoasă

NRE cu reactor de fuziune

Pulse YARD și altele

Dintre toate tipurile posibile de NRE, cele mai dezvoltate sunt motorul radioizotop termic și motorul cu reactor de fisiune în fază solidă. Dar dacă caracteristicile NRE-urilor radioizotopice nu ne permit să sperăm la aplicarea lor largă în astronautică (cel puțin în viitorul apropiat), atunci crearea NRE-urilor în fază solidă deschide perspective mari pentru astronautică. Un NRE tipic de acest tip conține un reactor în fază solidă sub forma unui cilindru cu o înălțime și un diametru de aproximativ 1-2 m (dacă acești parametri sunt apropiați, scurgerea neutronilor de fisiune în spațiul înconjurător este minimă).

Reactorul este format dintr-o zonă activă; un reflector care înconjoară această zonă; organele de conducere; carcasa de alimentare și alte elemente. Miezul conține combustibil nuclear - material fisionabil (uraniu îmbogățit), închis în elemente de combustibil și un moderator sau diluant. Reactorul prezentat în figură este omogen - în el moderatorul face parte din elementele de combustibil, fiind amestecat omogen cu combustibilul. Moderatorul poate fi amplasat și separat de combustibilul nuclear. În acest caz, reactorul este numit heterogen. Diluanți (aceștia pot fi, „de exemplu, metale refractare- wolfram, molibden) sunt folosite pentru a conferi proprietăți speciale substanțelor fisionabile.

Elementele combustibile ale reactorului în fază solidă sunt străpunse de canale prin care curge fluidul de lucru al NRE, încălzindu-se treptat. Canalele au un diametru de aproximativ 1-3 mm, iar aria lor totală este de 20-30% din secțiunea transversală a miezului. Miezul este suspendat de o grilă specială în interiorul carcasei de putere, astfel încât să se poată extinde atunci când reactorul este încălzit (altfel s-ar prăbuși din cauza solicitărilor termice).

Miezul suferă sarcini mecanice mari asociate cu acțiunea căderilor de presiune hidraulice semnificative (până la câteva zeci de atmosfere) de la curgerea fluidului de lucru, tensiuni termice și vibrații. Creșterea dimensiunii miezului în timpul încălzirii reactorului ajunge la câțiva centimetri. Zona activă și reflectorul sunt plasate într-o carcasă puternică de putere, care percepe presiunea fluidului de lucru și împingerea creată de duza cu jet. Carcasa este închisă cu un capac rezistent. Acesta găzduiește mecanisme pneumatice, arc sau electrice pentru antrenarea organelor de reglementare, puncte de atașare pentru NRE la navă spațială, flanșe pentru conectarea NRE la conductele de alimentare cu fluidul de lucru. Pe capac poate fi amplasată și o unitate turbopompă.

8 - Duza,

9 - duza de expansiune,

10 - Selectarea substanței de lucru la turbină,

11 - Corpul de putere,

12 - Tambur de control

13 - evacuare turbina (folosită pentru a controla atitudinea și a crește tracțiunea),

14 - Tamburi de control al acţionărilor inelare)

La începutul anului 1957 s-a stabilit direcția finală a lucrării Laboratorului Los Alamos și s-a luat decizia de a construi un reactor nuclear de grafit cu combustibil uraniu dispersat în grafit. Reactorul Kiwi-A creat în această direcție a fost testat în 1959 la 1 iulie.

Motor american cu reacție nuclear în fază solidă XE Prime pe un banc de testare (1968)

Pe lângă construcția reactorului, Laboratorul Los Alamos era în plină desfășurare la construcția unui locul de testareîn Nevada și, de asemenea, a efectuat o serie de comenzi speciale pentru forțele aeriene americane în domenii conexe (dezvoltarea unităților individuale TNRD). În numele Laboratorului Los Alamos, toate comenzile speciale pentru fabricarea componentelor individuale au fost efectuate de firmele: Aerojet General, divizia Rocketdyne a Aviației Nord-Americane. În vara anului 1958, întregul control al programului Rover a trecut de la Forțele Aeriene ale SUA la nou organizată Administrație Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA). Ca urmare a unui acord special între AEC și NASA la mijlocul verii anului 1960, Biroul Motoarelor Nucleare Spațiale a fost format sub conducerea lui G. Finger, care a condus programul Rover în viitor.

Rezultatele a șase „teste fierbinți” ale motoarelor cu reacție nucleare au fost foarte încurajatoare, iar la începutul anului 1961 a fost pregătit un raport privind testele de zbor ale reactoarelor (RJFT). Apoi, la mijlocul anului 1961, a fost lansat proiectul Nerva (folosirea unui motor nuclear pentru rachete spațiale). Aerojet General a fost ales ca antreprenor general, iar Westinghouse ca subcontractant responsabil pentru construcția reactorului.

10.2 Lucrări TNRD în Rusia

American" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Americanii Oamenii de știință ruși au folosit cele mai economice și eficiente teste ale elementelor individuale de combustibil în reactoare de cercetare. Salyut", Design Bureau of Chemical Automation, IAE, NIKIET și NPO „Luch” (PNITI) pentru a dezvolta diverse proiecte de motoare de rachete nucleare spațiale și centrale nucleare hibride. Luch”, MAI) au fost create CORTE RD 0411și un motor nuclear de dimensiune minimă RD 0410 tracțiune de 40 și, respectiv, 3,6 tone.

Ca rezultat, au fost fabricate un reactor, un motor „rece” și un prototip de banc pentru testarea hidrogenului gazos. Spre deosebire de cel american, cu un impuls specific de cel mult 8250 m/s, TNRE sovietic, datorită utilizării unor elemente de combustibil mai rezistente la căldură și mai avansate și a temperaturii ridicate în miez, avea acest indicator egal cu 9100 m/ s și mai sus. Baza de bancă pentru testarea TNRD a expediției comune a NPO Luch a fost situată la 50 km sud-vest de orașul Semipalatinsk-21. A început să lucreze în 1962. În anii elementele de combustibil la scară largă ale prototipurilor NRE au fost testate la locul de testare. În același timp, gazele de eșapament au intrat în sistemul de emisii închis. Complexul de banc pentru testarea la scară largă a motoarelor nucleare „Baikal-1” este situat la 65 km sud de orașul Semipalatinsk-21. Din 1970 până în 1988, au fost efectuate aproximativ 30 de „porniri la cald” ale reactoarelor. În același timp, puterea nu a depășit 230 MW la un debit de hidrogen de până la 16,5 kg / s și temperatura sa la ieșirea reactorului de 3100 K. Toate lansările au avut succes, fără accidente și conform planului.

Sovietic TYARD RD-0410 - singurul motor de rachetă nuclear industrial de încredere și funcțional din lume

În prezent, astfel de lucrări la groapa de gunoi au fost oprite, deși echipamentul este menținut într-o stare relativ funcțională. Baza de bancă a NPO Luch este singurul complex experimental din lume în care este posibilă testarea elementelor reactoarelor NRE fără costuri financiare și de timp semnificative. Este posibil ca reluarea în Statele Unite ale Americii a lucrărilor la TNRE pentru zborurile către Lună și Marte, ca parte a programului Space Research Initiative, cu participarea planificată a specialiștilor din Rusia și Kazahstan, să conducă la reluarea activităților Semipalatinsk. baza și implementarea expediției „marțiane” în anii 2020 .

Principalele caracteristici

Impulsul specific asupra hidrogenului: 910 - 980 sec(teoretic până la 1000 sec).

· Viteza de expirare a unui corp de lucru (hidrogen): 9100 - 9800 m/sec.

· Impingerea realizabilă: până la sute și mii de tone.

· Temperaturi maxime de lucru: 3000°С - 3700°С (includere pe termen scurt).

· Durată de viață: până la câteva mii de ore (activare periodică). /5/

11.Dispozitiv

Dispozitivul motorului sovietic de rachetă nucleară în fază solidă RD-0410

1 - conducta din rezervorul fluidului de lucru

2 - unitate turbopompa

3 - controlul antrenării tamburului

4 - protectie impotriva radiatiilor

5 - tambur de control

6 - retarder

7 - ansamblu combustibil

8 - vasul reactorului

9 - fund de foc

10 - Linie de răcire a duzei

11- camera duzei

12 - duza

12. Principiul de funcționare

TNRD, prin principiul său de funcționare, este un reactor-schimbător de căldură la temperatură înaltă, în care se introduce sub presiune un fluid de lucru (hidrogen lichid) și, pe măsură ce este încălzit la temperaturi ridicate (peste 3000 ° C), este ejectat printr-o duză răcită. Recuperarea căldurii în duză este foarte benefică, deoarece permite încălzirea mult mai rapidă a hidrogenului și, prin utilizarea unei cantități semnificative de energie termică, creșterea impulsului specific la 1000 sec (9100-9800 m/s).

Reactor cu motor de rachetă nucleară

MsoNormalTable">

corp de lucru

Densitate, g/cm3

Impingerea specifică (la temperaturile indicate în camera de încălzire, °K), sec

0,071 (lichid)

0,682 (lichid)

1.000 (lichid)

Nu. date

Nu. date

Nu. date

(Notă: presiunea în camera de încălzire este de 45,7 atm, expansiune la o presiune de 1 atm cu compoziția chimică a fluidului de lucru neschimbată) /6/

15.Avantaje

Principalul avantaj al TNRD față de motoarele cu rachete chimice este obținerea unei mai mari impuls specific, rezerva de energie semnificativa, compactitatea sistemului si posibilitatea de a obtine o tractiune foarte mare (zeci, sute si mii de tone in vid. In general, impulsul specific realizat in vid este mai mare decat cel al combustibilului chimic uzat pentru rachete bicomponente ( kerosen-oxigen, hidrogen-oxigen) de 3-4 ori, iar atunci când funcționează la cel mai mare stres termic de 4-5 ori. În prezent, în SUA și Rusia există o experiență considerabilă în dezvoltarea și construcția unor astfel de motoare și dacă este necesar (programe speciale de explorare a spațiului), astfel de motoare pot fi produse într-un timp scurt și vor avea un cost rezonabil. În cazul utilizării TNRD pentru accelerarea navelor spațiale în spațiu, și sub rezerva utilizării suplimentare a manevrelor de perturbare folosind gravitația. câmp al planetelor mari (Jupiter, Uranus, Saturn, Neptun), limitele realizabile ale studierii sistemului solar sunt extinse semnificativ, iar timpul necesar pentru a ajunge la planete îndepărtate este semnificativ redus. poate fi aplicat cu succes vehiculelor care operează pe orbitele joase ale planetelor gigantice folosind atmosfera lor rarefiată ca fluid de lucru sau pentru a lucra în atmosfera lor. /opt/

16. Dezavantaje

Principalul dezavantaj al TNRD este prezența unui flux puternic de radiații penetrante (radiații gamma, neutroni), precum și îndepărtarea compușilor de uraniu foarte radioactivi, a compușilor refractari cu radiații induse și a gazelor radioactive cu fluidul de lucru. În acest sens, TNRD este inacceptabilă pentru lansările la sol pentru a evita deteriorarea situației mediului la locul de lansare și în atmosferă. /paisprezece/

17. Îmbunătățirea caracteristicilor TJARD. TNRD hibrid

Ca orice rachetă sau orice motor în general, un motor cu reacție nuclear în fază solidă are limitări semnificative în ceea ce privește caracteristicile critice realizabile. Aceste restricții reprezintă imposibilitatea dispozitivului (TNRD) de a funcționa în intervalul de temperatură care depășește intervalul de temperaturi maxime de funcționare a materialelor structurale ale motorului. Pentru a extinde capacitățile și a crește semnificativ principalii parametri de funcționare ai TNRD, pot fi aplicate diverse scheme hibride în care TNRD joacă rolul de sursă de căldură și energie și sunt utilizate metode fizice suplimentare de accelerare a corpurilor de lucru. Cea mai fiabilă, practic fezabilă și având caracteristici ridicate în ceea ce privește impulsul și forța specifică este o schemă hibridă cu un circuit MHD suplimentar (circuit magnetohidrodinamic) pentru accelerarea fluidului de lucru ionizat (hidrogen și aditivi speciali). /13/

18. Pericol de radiații de la YARD.

Un NRE funcțional este o sursă puternică de radiații - radiații gamma și neutroni. Fără a lua măsuri speciale, radiația poate provoca încălzirea inacceptabilă a fluidului de lucru și a structurii din navele spațiale, fragilizarea materialelor structurale metalice, distrugerea plasticului și îmbătrânirea pieselor din cauciuc, încălcarea izolației cablurilor electrice și defectarea echipamentelor electronice. Radiațiile pot provoca radioactivitate indusă (artificială) a materialelor - activarea lor.

În prezent, problema protecției împotriva radiațiilor a navelor spațiale cu NRE este considerată a fi rezolvată în principiu. Au fost de asemenea rezolvate problemele fundamentale legate de întreținerea motoarelor de rachete nucleare pe bancurile de încercare și locurile de lansare. Deși o CANTIE funcțională reprezintă un pericol pentru personal de serviciu„Deja la o zi după încheierea lucrărilor NRE, este posibil, fără echipament individual de protecție, să stai câteva zeci de minute la o distanță de 50 m de NRE și chiar să te apropii de acesta. Cel mai simplu mijloc de protecție. permite personalului de întreținere să intre în zona de lucru a NRE imediat după testare.

Nivelul de contaminare al complexelor de lansare și al mediului, aparent, nu va fi un obstacol în calea utilizării motoarelor de rachete nucleare pe etapele inferioare ale rachetelor spațiale. Problema pericolului de radiații pentru mediu și personalul de exploatare este în mare măsură atenuată de faptul că hidrogenul, folosit ca fluid de lucru, practic nu este activat la trecerea prin reactor. Prin urmare, avionul NRE nu este mai periculos decât avionul LRE. / 4 /

Concluzie

Când se analizează perspectivele de dezvoltare și utilizare a NRE în astronautică, ar trebui să se pornească de la caracteristicile atinse și așteptate ale diferitelor tipuri de NRE, de la ceea ce acestea pot oferi astronauticii, aplicarea lor și, în final, de la prezența unei legătura dintre problema NRE și problema alimentării cu energie în spațiu și cu dezvoltarea energiei în general.

După cum sa menționat mai sus, dintre toate tipurile posibile de NRE, cele mai dezvoltate sunt motorul radioizotop termic și motorul cu un reactor de fisiune în fază solidă. Dar dacă caracteristicile NRE-urilor radioizotopice nu ne permit să sperăm la aplicarea lor largă în astronautică (cel puțin în viitorul apropiat), atunci crearea NRE-urilor în fază solidă deschide perspective mari pentru astronautică.

De exemplu, a fost propus un dispozitiv cu o masă inițială de 40.000 de tone (adică de aproximativ 10 ori mai mare decât cea a celor mai mari vehicule de lansare moderne), cu 1/10 din această masă căzând pe sarcina utilă și 2/3 pe nuclear taxe . Dacă la fiecare 3 secunde o încărcare este aruncată în aer, atunci alimentarea lor va fi suficientă pentru 10 zile de funcționare continuă a motorului rachetei nucleare. În acest timp, dispozitivul va accelera până la o viteză de 10.000 km/s iar în viitor, după 130 de ani, poate ajunge la steaua Alpha Centauri.

Centralele nucleare au caracteristici unice, care includ intensitate energetică practic nelimitată, independență de funcționare față de mediu, nesusceptibilitatea la influențe externe (radiații cosmice, deteriorarea meteoriților, temperaturi ridicate și scăzute etc.). in orice caz putere maxima instalațiile de radioizotopi nucleari se limitează la o valoare de ordinul a câteva sute de wați. Această restricție nu există pentru centralele cu reactoare nucleare, ceea ce predetermina rentabilitatea utilizării lor în timpul zborurilor pe termen lung ale navelor spațiale grele în spațiul apropiat Pământului, în timpul zborurilor către planete îndepărtate ale sistemului solar și în alte cazuri.

Avantajele NRE-urilor în fază solidă și ale altor NRE cu reactoare de fisiune sunt dezvăluite cel mai pe deplin în studiul unor programe spațiale complexe precum zborurile cu echipaj cu echipaj către planetele sistemului solar (de exemplu, în timpul unei expediții pe Marte). În acest caz, o creștere a impulsului specific al RD face posibilă rezolvarea unor probleme calitativ noi. Toate aceste probleme sunt mult facilitate de utilizarea unui NRE în fază solidă cu un impuls specific de două ori mai mare decât al LRE-urilor moderne. În acest caz, devine posibilă și reducerea semnificativă a timpilor de zbor.

Cel mai probabil, în viitorul apropiat, NRE-urile în fază solidă vor deveni unul dintre cele mai comune RD. NRE în fază solidă poate fi folosit ca vehicule pentru zboruri pe distanțe lungi, de exemplu, către planete precum Neptun, Pluto și chiar zboară din Sistemul Solar. Cu toate acestea, pentru zborurile către stele, NRE, bazată pe principiile fisiunii, nu este potrivită. În acest caz, NRE-urile sau, mai precis, motoarele cu reacție termonucleare (TRD) care funcționează pe principiul reacțiilor de fuziune și motoarele cu reacție fotonice (PRD), în care reacția de anihilare a materiei și antimateriei este sursa impulsului, sunt promițătoare. Cu toate acestea, cel mai probabil ca umanitatea să călătorească în spațiul interstelar va folosi o metodă de mișcare diferită, diferită de cea a avionului.

În concluzie, voi reformula celebra frază a lui Einstein - pentru a călători spre stele, omenirea trebuie să vină cu ceva care să fie comparabil ca complexitate și percepție cu un reactor nuclear pentru un Neanderthal!

LITERATURĂ

Surse:

1. "Rachete și oameni. Cartea a 4-a cursă lunară" - M: Knowledge, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Bătălia pentru stele. Confruntare spațială" - M: cunoaștere, 1998.
4. L. Gilberg „Cucerirea cerului” - M: Knowledge, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. „Motor”, „Motoare nucleare pentru vehicule spațiale”, nr. 5, 1999

7. „Motor”, „Motoare nucleare în fază gazoasă pentru vehicule spațiale”,

Nr. 6, 1999
7.http://www. *****/content/numbers/263/03.shtml
8.http://www. lpre. de/energomash/index. htm
9. http://www. *****/content/numbers/219/37.shtml
10., Transportul Chekalin al viitorului.

Moscova: Knowledge, 1983.

11., Explorarea spațiului Chekalin.- M.:

Cunoașterea, 1988.

12. „Energie – Buran” – un pas în viitor // Știință și viață.-

13. Tehnologia spațială.- M.: Mir, 1986.

14., Sergheiuk și comerțul. - M .: APN, 1989.

15 .URSS în spațiu. 2005.-M.: APN, 1989.

16. În drum spre spațiul adânc // Energie. - 1985. - Nr. 6.

APENDICE

Principalele caracteristici ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă

Țara producătorului	Motor	Împingere în vid, kN	impuls specific, sec		Lucru de proiect, an
	Ciclu mixt NERVA/Lox

Deja la sfârșitul acestui deceniu, o navă spațială cu propulsie nucleară pentru călătorii interplanetare poate fi creată în Rusia. Și acest lucru va schimba dramatic situația atât în ​​spațiul apropiat Pământului, cât și pe Pământ însuși.

Centrala nucleară (NPP) va fi gata de zbor încă din 2018. Acest lucru a fost anunțat de directorul Centrului Keldysh, academician Anatoly Koroteev. „Trebuie să pregătim primul eșantion (de o centrală nucleară de clasă megawați. - Aprox. „Expert Online”) pentru testele de proiectare a zborului în 2018. Dacă va zbura sau nu, este o altă problemă, poate fi o coadă, dar trebuie să fie pregătită să zboare”, a declarat RIA Novosti. Aceasta înseamnă că unul dintre cele mai ambițioase proiecte sovieto-ruse în domeniul explorării spațiului intră în faza de implementare practică imediată.

Esența acestui proiect, ale cărui rădăcini datează de la mijlocul secolului trecut, este aceasta. Acum zborurile către spațiul apropiat de Pământ sunt efectuate pe rachete care se mișcă din cauza arderii combustibilului lichid sau solid în motoarele lor. De fapt, acesta este același motor ca în mașină. Doar într-o mașină, benzina, care arde, împinge pistoanele în cilindri, transferându-și energia roților prin ele. Și într-un motor de rachetă, arderea kerosenului sau a heptilului împinge direct racheta înainte.

În ultima jumătate de secol, această tehnologie de rachetă a fost elaborată în întreaga lume până la cel mai mic detaliu. Dar oamenii de știință în rachete înșiși recunosc asta. Îmbunătățire - da, este necesară. Încercarea de a crește capacitatea de transport a rachetelor de la actualele 23 de tone la 100 și chiar 150 de tone pe baza motoarelor cu ardere „îmbunătățite” - da, trebuie să încercați. Dar acesta este o fundătură în ceea ce privește evoluția. " Indiferent cât de mult lucrează specialiștii în motoare de rachete din întreaga lume, efectul maxim pe care îl obținem va fi calculat în fracțiuni de procent. Aproximativ vorbind, totul a fost stors din motoarele de rachete existente, fie ele combustibil lichid sau solid, iar încercările de a crește forța și impulsul specific sunt pur și simplu zadarnice. Centralele nucleare, în schimb, dau o creștere de câteva ori. Pe exemplul unui zbor spre Marte - acum trebuie să zburați de la un an și jumătate până la doi ani dus-întors, dar va fi posibil să zburați în două până la patru luni ", - fostul șef al Agenției Spațiale Federale a Rusiei a evaluat odată situația Anatoly Perminov.

Prin urmare, în 2010, președintele de atunci al Rusiei, iar acum prim-ministru Dmitri Medvedev s-a dat ordin până la sfârşitul acestui deceniu să se creeze în ţara noastră un modul de transport spaţial şi energie bazat pe o centrală nucleară de clasă megawaţi. Este planificată alocarea a 17 miliarde de ruble din bugetul federal, Roskosmos și Rosatom pentru dezvoltarea acestui proiect până în 2018. 7,2 miliarde din această sumă au fost alocate Corporației de Stat pentru Energie Atomică Rosatom pentru crearea unei centrale reactoare (acest lucru este realizat de Institutul de Cercetare și Proiectare Dollezhal de Inginerie Energetică), 4 miliarde - Centrului Keldysh pentru crearea unui centrală nucleară. 5,8 miliarde de ruble sunt alocate RSC Energia pentru crearea unui modul de transport și energie, adică, cu alte cuvinte, o navă-rachetă.

Desigur, toată această muncă nu se face în vid. Din 1970 până în 1988, doar URSS a lansat peste trei duzini de sateliți spion în spațiu, echipați cu centrale nucleare de putere mică de tip Buk și Topaz. Ele au fost folosite pentru a crea un sistem pentru toate vremea pentru monitorizarea țintelor de suprafață de-a lungul oceanelor și emiterea desemnării țintei cu transmitere către purtătorii de arme sau posturile de comandă - sistemul de recunoaștere și desemnare a țintelor Legenda (1978).

NASA și companiile americane care produc nave spațiale și vehiculele lor de livrare nu au reușit în acest timp, deși au încercat de trei ori, să creeze un reactor nuclear care să funcționeze stabil în spațiu. Prin urmare, în 1988, prin intermediul ONU a fost interzisă utilizarea navelor spațiale cu sisteme de propulsie nucleară, iar producția de sateliți de tip US-A cu centrale nucleare la bord a fost întreruptă în Uniunea Sovietică.

În paralel, în anii 60-70 ai secolului trecut, Centrul Keldysh a desfășurat lucrări active la crearea unui motor ionic (motor cu electroplasmă), care este cel mai potrivit pentru crearea unui sistem de propulsie de mare putere care funcționează pe combustibil nuclear. Reactorul generează căldură, care este transformată în energie electrică de către generator. Cu ajutorul electricității, gazul inert xenon dintr-un astfel de motor este mai întâi ionizat, iar apoi particulele încărcate pozitiv (ioni pozitivi de xenon) sunt accelerate într-un câmp electrostatic la o viteză predeterminată și creează forță, părăsind motorul. Acesta este principiul de funcționare al motorului ionic, al cărui prototip a fost deja creat la Centrul Keldysh.

« În anii 1990, noi, cei de la Centrul Keldysh, am reluat munca la motoarele ionice. Acum ar trebui creată o nouă cooperare pentru un proiect atât de puternic. Există deja un prototip de motor ionic, pe care este posibil să se elaboreze principalele soluții tehnologice și de proiectare. Și încă mai trebuie create produse obișnuite. Avem un termen limită - până în 2018 produsul ar trebui să fie gata pentru testele de zbor, iar până în 2015 dezvoltarea principală a motorului ar trebui să fie finalizată. Următorul - teste de viață și teste ale întregii unități în ansamblu”, - a remarcat anul trecut șeful catedrei de electrofizică a Centrului de Cercetare care poartă numele M.V. Keldysha, profesor, Facultatea de Aerofizică și Cercetare Spațială, Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova Oleg Gorșkov.

Care este beneficiul practic al Rusiei din aceste evoluții? Acest beneficiu depășește cu mult cele 17 miliarde de ruble pe care statul intenționează să le cheltuiască până în 2018 pentru crearea unui vehicul de lansare cu un nuclear. centrală electrică la bord cu o capacitate de 1 MW. În primul rând, este o extindere bruscă a posibilităților țării noastre și ale umanității în general. O navă spațială cu motor nuclear oferă oamenilor oportunități reale de a se angaja pe alte planete. Acum multe țări au astfel de nave. Au reluat în Statele Unite în 2003, după ce americanii au obținut două mostre de sateliți ruși cu centrale nucleare.

Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, un membru al comisiei speciale NASA pentru zborurile cu echipaj Edward Crowley, de exemplu, el crede că o navă pentru un zbor internațional spre Marte ar trebui să aibă motoare nucleare rusești. " la cerere experiență rusăîn dezvoltarea motoarelor nucleare. Cred că Rusia are un foarte experiență grozavă atât în ​​dezvoltarea motoarelor de rachetă cât şi în tehnologia nucleară. De asemenea, are o vastă experiență în adaptarea umană la condițiile spațiale, deoarece cosmonauții ruși au efectuat zboruri foarte lungi. „, a declarat Crowley reporterilor în primăvara anului trecut, după o prelegere la Universitatea de Stat din Moscova despre planurile americane de explorare spațială cu echipaj.

În al doilea rând, astfel de nave fac posibilă intensificarea bruscă a activității în spațiul apropiat Pământului și oferă o oportunitate reală de a începe colonizarea Lunii (există deja proiecte de construcție pe satelitul Pământului centrale nucleare). « Utilizarea sistemelor de propulsie nucleară este luată în considerare pentru sistemele mari cu echipaj și nu pentru nave spațiale mici care pot zbura pe alte tipuri de instalații folosind propulsie ionică sau energie eoliană solară. Este posibilă utilizarea centralelor nucleare cu motoare ionice pe un remorcher interorbital reutilizabil. De exemplu, pentru a transporta marfă între orbite joase și înalte, pentru a zbura către asteroizi. Puteți crea un remorcher lunar reutilizabil sau puteți trimite o expediție pe Marte", - spune profesorul Oleg Gorshkov. Astfel de nave schimbă dramatic economia explorării spațiului. Conform calculelor specialiștilor RSC Energia, un vehicul de lansare cu propulsie nucleară reduce costul lansării unei sarcini utile pe o orbită circumlunară de peste două ori în comparație cu motoarele de rachete cu propulsie lichidă.

În al treilea rând, acestea sunt materiale și tehnologii noi care vor fi create pe parcursul implementării acestui proiect și apoi introduse în alte industrii – metalurgie, inginerie mecanică etc. Adică, acesta este unul dintre astfel de proiecte inovatoare care pot duce cu adevărat atât economia rusă, cât și cea mondială.