A folyékony üzemanyagú rakétahajtóművek lehetőséget adtak az embernek, hogy kijusson az űrbe – a Föld-közeli pályára. Az ilyen rakéták azonban a repülés első perceiben az üzemanyaguk 99%-át elégetik. A fennmaradó üzemanyag nem biztos, hogy elegendő más bolygókra való utazáshoz, és a sebesség olyan alacsony lesz, hogy az utazás több tíz vagy száz évig is eltarthat. Az atommotorok megoldhatják a problémát. Hogyan? Majd közösen kitaláljuk.

A sugárhajtómű működési elve nagyon egyszerű: az üzemanyagot a sugár kinetikus energiájává alakítja (az energia megmaradás törvénye), és ennek a sugárnak az irányából adódóan a rakéta a térben mozog (a megmaradás törvénye). lendület). Fontos megérteni, hogy egy rakétát vagy repülőgépet nem gyorsíthatunk nagyobb sebességre, mint az üzemanyag - visszadobott forró gáz - kiáramlás sebessége.

New Horizons űrszonda

Mi különbözteti meg a hatékony motort a sikertelen vagy elavult analógtól? Először is, mennyi üzemanyagra lesz szüksége a motornak, hogy a rakétát a kívánt sebességre gyorsítsa. A rakétahajtóműnek ezt a legfontosabb paraméterét ún specifikus impulzus, amelyet a teljes impulzus és az üzemanyag-fogyasztás arányaként határoznak meg: minél magasabb ez a mutató, annál hatékonyabb a rakétahajtómű. Ha a rakéta szinte teljes egészében üzemanyagból áll (azaz nincs hely hasznos tehernek, extrém eset), akkor a fajlagos impulzus egyenlőnek tekinthető a rakétafúvókán kiáramló üzemanyag (munkafolyadék) sebességével. A rakéta kilövése rendkívül költséges vállalkozás, nem csak a rakomány, hanem az üzemanyag minden grammját is figyelembe veszik, amely súlya is van és helyet foglal. Ezért a mérnökök egyre több aktív üzemanyagot választanak ki, amelynek egy egysége a fajlagos impulzus növelésével a maximális hatékonyságot adná.

A történelemben és a modern időkben a rakéták túlnyomó többsége olyan motorokkal volt felszerelve, amelyek az üzemanyag kémiai égési reakcióját (oxidációját) alkalmazzák.

Lehetővé tették a Hold, a Vénusz, a Mars és még a távoli bolygók – a Jupiter, a Szaturnusz és a Neptunusz – elérését is. Igaz, az űrexpedíciók hónapokig és évekig tartottak (automata Pioneer, Voyager, New Horizons stb. állomások). Meg kell jegyezni, hogy minden ilyen rakéta az üzemanyag jelentős részét elfogyasztja, hogy felemelkedjen a Földről, majd tehetetlenségből repül tovább a motor bekapcsolásának ritka pillanataival.

Pioneer űrhajó

Az ilyen hajtóművek alkalmasak rakéták Föld-közeli pályára való indítására, de a fénysebesség legalább negyedére való felgyorsításához hihetetlen mennyiségű üzemanyagra lesz szükség (a számítások szerint 103 200 gramm üzemanyagra van szükség ennek ellenére hogy Galaxisunk tömege nem több 1056 grammnál). Nyilvánvaló, hogy ahhoz, hogy elérjük a legközelebbi bolygókat, de még inkább a csillagokat, kellően nagy sebességre van szükségünk, amit a folyékony üzemanyagú rakéták nem képesek biztosítani.

Gázfázisú nukleáris motor

A mélyűr teljesen más kérdés. Vegyük például a sci-fi írók által messze földön „lakott” Marsot: jól tanulmányozott és tudományosan ígéretes, és ami a legfontosabb, mindenkinél közelebb van. A lényeg egy „űrbusz”, amely ésszerű időn belül, azaz a lehető leggyorsabban oda tudja szállítani a legénységet. De vannak problémák a bolygóközi közlekedéssel. Nehéz felgyorsítani a kívánt sebességre, miközben az elfogadható méreteket megtartja és ésszerű mennyiségű üzemanyagot kell elkölteni.

Az RS-25 (Rocket System 25) egy folyékony hajtóanyagú rakétamotor, amelyet a Rocketdyne, USA gyárt. A Space Shuttle űrszállító rendszer vitorlázógépén használták, amelyek mindegyikébe három ilyen hajtómű volt telepítve. Ismertebb nevén SSME motor (angolul Space Shuttle Main Engine – az űrsikló fő motorja). Az üzemanyag fő összetevői a folyékony oxigén (oxidálószer) és a hidrogén (üzemanyag). Az RS-25 zárt ciklusú sémát használ (a generátor gáz utóégetésével).

A megoldás egy „békés atom” lehet, amely űrhajókat tol. A mérnökök a múlt század 50-es éveinek végén kezdtek gondolkodni egy könnyű és kompakt eszköz létrehozásán, amely képes legalább önmagát pályára állítani. A fő különbség a nukleáris hajtóművek és a belső égésű motorral rendelkező rakéták között az kinetikus energia nem az üzemanyag elégetésének, hanem a radioaktív elemek bomlásának hőenergiájának köszönhető. Hasonlítsuk össze ezeket a megközelítéseket.

Tól től folyékony motorok a kipufogógázok forró „koktélja” keletkezik (a lendület megmaradásának törvénye), amely az üzemanyag és az oxidálószer reakciója során keletkezik (az energia megmaradás törvénye). A legtöbb esetben oxigén és hidrogén kombinációja (a hidrogén elégetésének eredménye közönséges víz). A H2O sokkal nagyobb moláris tömegű, mint a hidrogén vagy a hélium, ezért nehezebb gyorsítani, egy ilyen motor fajlagos impulzusa 4500 m/s.

NASA földi tesztek új rendszer dob űrrakéták, 2016 (Utah, USA). Ezeket a hajtóműveket az Orion űrrepülőgépre szerelik fel, amelyet a tervek szerint Marsra küldenek.

BAN BEN atommotorok Javasoljuk, hogy csak hidrogént használjunk, és gyorsítsuk (melegítsük) a nukleáris bomlás energiájával. Ez megtakarítást eredményez az oxidálószeren (oxigénen), ami már most is nagyszerű, de nem minden. Mivel a hidrogén viszonylag alacsony fajsúlyú, könnyebben tudjuk nagyobb sebességre gyorsítani. Természetesen használhat más hőérzékeny gázokat (hélium, argon, ammónia és metán), de mindegyik legalább kétszer rosszabb a hidrogénnél a legfontosabb dologban - az elérhető fajlagos impulzusban (több mint 8 km/s) .

Szóval megéri elveszíteni? A nyereség akkora, hogy a mérnököket nem állítja meg sem a reaktor tervezésének és vezérlésének bonyolultsága, sem nehéz súly, még csak nem is sugárveszély. Sőt, senki sem fog elindulni a Föld felszínéről - az ilyen hajók összeszerelését pályán végzik majd.

"Repülő" reaktor

Hogyan működik egy atommotor? Reaktor be űrmotor jóval kisebbek és kompaktabbak, mint földi társaiké, de minden fő alkatrész és vezérlőmechanizmus alapvetően megegyezik. A reaktor fűtőberendezésként működik, amelybe folyékony hidrogént táplálnak. A mag hőmérséklete eléri (és meghaladhatja) a 3000 fokot. A felmelegített gáz ezután a fúvókán keresztül szabadul fel.

Az ilyen reaktorok azonban káros sugárzást bocsátanak ki. Hogy megvédje a legénységet és sokakat elektronikus felszerelés A sugárzás komoly intézkedéseket igényel. Ezért a nukleáris hajtóművel rendelkező bolygóközi űrhajók projektjei gyakran esernyőhöz hasonlítanak: a hajtómű egy árnyékolt különálló blokkban található, amelyet egy hosszú rácsos vagy cső köt össze a fő modullal.

"égéskamra" Az atommotor a reaktormag, amelyben a nagy nyomáson betáplált hidrogént 3000 fokra vagy annál magasabbra hevítik. Ezt a határt csak a reaktor anyagainak hőállósága és a tüzelőanyag tulajdonságai határozzák meg, bár a hőmérséklet növelése növeli a fajlagos impulzust.

Üzemanyag elemek- ezek hőálló bordázott (a hőátadási terület növelése érdekében) uránpellettel töltött hengerek-„üvegek”. Gázáram „mossa” őket, amely a munkaközeg és a reaktor hűtőközegének szerepét egyaránt betölti. Az egész szerkezet berillium fényvisszaverő ernyőkkel van szigetelve, amelyek nem bocsátanak ki veszélyes sugárzást kívülre. A hőleadás szabályozására speciális forgódobok találhatók a képernyők mellett

Számos ígéretes nukleáris rakétahajtómű-konstrukció létezik, amelyek megvalósítása a szárnyakon vár. Végül is főként bolygóközi utazásokhoz fogják használni, ami láthatóan a sarkon van.

Nukleáris meghajtási projektek

Ezeket a projekteket különféle okok miatt fagyasztották be – pénzhiány, a tervezés bonyolultsága, vagy akár a világűrben való összeszerelés és telepítés szükségessége.

"ORION" (USA, 1950-1960)

Egy emberes nukleáris impulzusú űrhajó („robbanósík”) projektje bolygóközi és csillagközi tér feltárására.

Működés elve. A hajó hajtóművéből a repüléssel ellentétes irányban kis ekvivalens nukleáris töltet kilökődik, és a hajótól viszonylag kis távolságban (100 m-ig) robbant. A becsapódási erő a hajó farkánál lévő masszív fényvisszaverő lemezről visszaverődik, „előre löki” azt.

"PROMETHEUS" (USA, 2002-2005)

A NASA űrügynökség projektje nukleáris motor fejlesztésére űrhajó.

Működés elve. Az űrhajó motorjának ionizált részecskékből kellett állnia, amelyek tolóerőt hoznak létre, és egy kompakt atomreaktorból, amely energiát biztosít a létesítmény számára. Az ionmotor körülbelül 60 gramm tolóerőt hoz létre, de folyamatosan működik. Végső soron a hajó fokozatosan hatalmas – 50 km/sec – sebességre lesz képes, minimális mennyiségű energia elköltésével.

"PLUTO" (USA, 1957-1964)

Projekt egy nukleáris sugárhajtómű fejlesztésére.

Működés elve. A levegő a jármű elején keresztül jut be az atomreaktorba, ahol felmelegszik. A forró levegő kitágul, nagyobb sebességet vesz fel, és a fúvókán keresztül távozik, biztosítva a szükséges huzatot.

NERVA (USA, 1952–1972)

(eng. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) az US Atomic Energy Commission és a NASA közös programja egy nukleáris rakétahajtómű létrehozására.

Működés elve. A folyékony hidrogélt egy speciális rekeszbe táplálják, amelyben egy atomreaktor melegíti. A forró gáz kitágul és a fúvókába kerül, tolóerőt hozva létre.

Szergejev Alekszej, 9 „A” osztály, Városi Oktatási Intézmény „84. Sz. Középiskola”

Tudományos tanácsadó: , a "Tomsk Atomic Center" tudományos és innovációs tevékenységekkel foglalkozó non-profit partnerség igazgatóhelyettese

Vezető: , fizikatanár, Városi Oktatási Intézmény „84. sz. Középiskola” CATO Seversk

Bevezetés

Az űrhajó fedélzetén lévő meghajtórendszereket tolóerő vagy lendület létrehozására tervezték. Az alkalmazott tolóerő típusa szerint a meghajtórendszert kémiai (CHRD) és nem vegyi (NCRD) rendszerre osztják. A CRD-ket folyékony hajtóanyagú motorokra (LPRE), szilárd hajtóanyagú rakétamotorokra (szilárd hajtóanyagú motorokra) és kombinált rakétamotorokra (RCR) osztják. A nem vegyi meghajtórendszereket nukleáris (NRE) és elektromos (EP) rendszerekre osztják. A nagy tudós, Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij egy évszázaddal ezelőtt megalkotta a szilárd és folyékony tüzelőanyaggal működő meghajtórendszer első modelljét. Ezt követően, a 20. század második felében több ezer repülést hajtottak végre főleg folyékony hajtóanyagú hajtóművekkel és szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművekkel.

Jelenleg azonban más bolygókra, a csillagokról nem is beszélve, a folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművek és a szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek használata egyre veszteségessé válik, bár számos rakétahajtóművet fejlesztettek ki. Valószínűleg a folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművek és a szilárd hajtóanyagú rakétamotorok képességei teljesen kimerítették magukat. Ennek oka az, hogy minden vegyi tológép fajlagos impulzusa alacsony és nem haladja meg az 5000 m/s-ot, ami a tológép hosszú távú működését és ennek megfelelően nagy üzemanyagtartalékot igényel a kellően nagy sebességek fejlesztéséhez, ill. az asztronautikában megszokott módon a Ciolkovszkij-szám nagy értékei szükségesek, azaz a tüzelésű rakéta tömegének aránya az üres rakéta tömegéhez. Így a 100 tonna hasznos terhet alacsony pályára vivő Energia hordozórakéta kilövési tömege körülbelül 3000 tonna, ami 30-on belüli értéket ad a Ciolkovszkij-számnak.

Például egy Marsra való repülésnél a Ciolkovszkij-számnak még magasabbnak kell lennie, elérve a 30-50-es értékeket. Könnyű megbecsülni, hogy körülbelül 1000 tonna hasznos teher mellett, és ezeken a határokon belül van a minimális tömeg a Marsra induló legénységhez szükséges minden szükséges biztosítása változik Figyelembe véve a Földre visszatérő repülés üzemanyag-ellátását, az űreszköz kezdeti tömegének legalább 30 000 tonnának kell lennie, ami egyértelműen meghaladja a modern űrhajózás fejlettségi szintjét, folyékony hajtóanyagú motorok és szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek használatán alapul.

Ahhoz tehát, hogy a legénység a legközelebbi bolygókra is eljuthasson, a kémiai meghajtástól eltérő elven működő hajtóműveket kell kifejleszteni. A legígéretesebbek ebben a tekintetben az elektromos sugárhajtóművek (EPE), termokémiai rakétamotorokés nukleáris rakétahajtóművek (NRE).

1.Alapfogalmak

A rakétamotor olyan sugárhajtómű, amely nem használja fel a környezetet (levegőt, vizet) működéséhez. A vegyi rakétamotorok a legszélesebb körben használtak. Más típusú rakétahajtóműveket fejlesztenek és tesztelnek - elektromos, nukleáris és mások. A legegyszerűbb, sűrített gázzal működő rakétahajtóműveket széles körben használják űrállomásokon és járműveken is. Általában nitrogént használnak munkafolyadékként. /1/

Propulziós rendszerek osztályozása

2. A rakétahajtóművek célja

Céljuk szerint a rakétamotorokat több fő típusra osztják: gyorsító (indítás), fékezés, meghajtás, vezérlés és mások. A rakétahajtóműveket elsősorban rakétákon használják (innen ered a név). Ezenkívül a repülésben néha rakétahajtóműveket is használnak. A rakétamotorok a fő hajtóművek az űrhajózásban.

A katonai (harci) rakéták általában szilárd hajtóanyagú motorokkal rendelkeznek. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy egy ilyen motort a gyárban tankolnak, és nem igényel karbantartást a rakéta teljes tárolási és élettartama alatt. A szilárd hajtóanyagú motorokat gyakran használják űrrakéták erősítésére. Különösen széles körben használják ebben a minőségben az USA-ban, Franciaországban, Japánban és Kínában.

A folyékony rakétahajtóművek tolóerő-jellemzői nagyobbak, mint a szilárd rakétahajtóművek. Ezért használják őket űrrakéták Föld körüli pályára bocsátására és bolygóközi repülésekre. A rakéták fő folyékony hajtóanyagai a kerozin, a heptán (dimetil-hidrazin) és a folyékony hidrogén. Az ilyen típusú üzemanyagokhoz oxidálószerre (oxigénre) van szükség. Az ilyen motorokban salétromsavat és cseppfolyósított oxigént használnak oxidálószerként. A salétromsav oxidáló tulajdonságait tekintve gyengébb a cseppfolyósított oxigénnél, de nem igényel különleges hőmérsékleti rendszert a rakéták tárolása, tankolása és használata során

Az űrrepülésekhez használt motorok abban különböznek a földiektől, hogy a lehető legkisebb tömeggel és térfogattal a lehető legtöbb teljesítményt kell termelniük. Ezenkívül a következő követelmények vonatkoznak rájuk: magas hatásfokés megbízhatóság, jelentős üzemidő. A felhasznált energia típusa alapján az űrhajók meghajtórendszereit négy típusra osztják: termokémiai, nukleáris, elektromos, napvitorlás. A felsorolt típusok mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai, és bizonyos körülmények között használhatók.

Jelenleg űrhajókat, orbitális állomásokat és pilóta nélküli földi műholdakat indítanak az űrbe erőteljes termokémiai hajtóművekkel felszerelt rakéták. Vannak kis tolóerejű miniatűr motorok is. Ez az erős motorok kisebb példánya. Néhányuk elfér a tenyerében. Az ilyen motorok tolóereje nagyon kicsi, de elegendő a hajó helyzetének szabályozásához az űrben

3. Termokémiai rakétahajtóművek.

Ismeretes, hogy egy belső égésű motorban a gőzkazán kemencéje - ahol égés történik, ott a légköri oxigén veszi a legaktívabb részt. A világűrben nincs levegő, és ahhoz, hogy a rakétahajtóművek a világűrben működjenek, két komponensre van szükség - üzemanyagra és oxidálószerre.

A folyékony termokémiai rakétahajtóművek alkoholt, kerozint, benzint, anilint, hidrazint, dimetil-hidrazint és folyékony hidrogént használnak üzemanyagként. Folyékony oxigén, hidrogén peroxid, ill Salétromsav. Talán a jövőben a folyékony fluort oxidálószerként fogják használni, amikor egy ilyen aktív vegyszer tárolására és felhasználására szolgáló módszereket feltalálnak.

A folyékony sugárhajtóművek üzemanyagát és oxidálószerét külön tárolják speciális tartályokban, és szivattyúkkal az égéstérbe juttatják. Az égéstérben egyesítve a hőmérséklet eléri a 3000-4500 °C-ot.

A táguló égéstermékek 2500-4500 m/s sebességet érnek el. A motorházról lenyomva sugárhajtást hoznak létre. Ugyanakkor minél nagyobb a gázáramlás tömege és sebessége, annál nagyobb a motor tolóereje.

A motorok fajlagos tolóerejét általában az egy másodperc alatt elégetett üzemanyag tömegegységére jutó tolóerővel becsülik meg. Ezt a mennyiséget a rakétamotor fajlagos impulzusának nevezik, és másodpercben mérik (kg tolóerő / kg elégetett üzemanyag másodpercenként). A legjobb szilárd hajtóanyagú rakétamotorok fajlagos impulzusa akár 190 s, azaz 1 kg üzemanyag egy másodperc alatt elégetve 190 kg tolóerőt hoz létre. A hidrogén-oxigén rakétamotor fajlagos impulzusa 350 s. Elméletileg egy hidrogén-fluor motor több mint 400 másodperces fajlagos impulzust képes kifejleszteni.

Az általánosan használt folyékony rakétamotor áramkör a következőképpen működik. A sűrített gáz létrehozza a szükséges nyomást a kriogén tüzelőanyagot tartalmazó tartályokban, hogy megakadályozza a gázbuborékok előfordulását a csővezetékekben. A szivattyúk üzemanyaggal látják el a rakétahajtóműveket. Az üzemanyagot nagyszámú befecskendező szelepen keresztül fecskendezik be az égéstérbe. A fúvókákon keresztül oxidálószert is befecskendeznek az égéstérbe.

Bármely autóban, amikor az üzemanyag ég, nagy hőáramlások keletkeznek, amelyek felmelegítik a motor falait. Ha nem hűti le a kamra falait, az gyorsan kiég, függetlenül attól, hogy milyen anyagból készült. A folyékony sugárhajtású motort általában az egyik üzemanyag-komponens hűti. Erre a célra a kamra két falból áll. Az üzemanyag hideg komponense a falak közötti résben áramlik.

Alumínium" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">alumínium stb. Különösen a hagyományos üzemanyagok, például a hidrogén-oxigén adalékaként. Az ilyen „háromkomponensű összetételek” a lehető legnagyobb sebességet biztosítják a vegyi anyagok számára üzemanyagok kipufogógáz - 5 km/s-ig. De ez gyakorlatilag a kémia erőforrásainak határa. Többet gyakorlatilag nem tud. Bár a javasolt leírásban továbbra is a folyékony rakétamotorok dominálnak, el kell mondani, hogy az első a történelemben Az emberiség szilárd tüzelőanyagot használó termokémiai rakétamotort hoztak létre - Szilárd hajtóanyagú rakétamotor. Az üzemanyag - például a speciális puskapor - közvetlenül az égéstérben található. Egy égéskamra szilárd tüzelőanyaggal töltött sugárfúvókával - ez az egész kialakítás. A szilárd tüzelőanyag égési módja a szilárd hajtóanyagú rakétamotor céljától függ (indító, fenntartó vagy kombinált) A katonai ügyekben használt szilárd tüzelőanyagú rakétákra jellemző az indító és meghajtó motorok jelenléte.Az indító szilárd hajtóanyagú rakétamotor fejleszt nagyon rövid ideig tartó nagy tolóerő, amely szükséges ahhoz, hogy a rakéta elhagyja a kilövőt és a kezdeti gyorsuláshoz. A fenntartó szilárd hajtóanyagú rakétamotort úgy tervezték, hogy a rakéta állandó repülési sebességét fenntartsa a repülési pálya fő (meghajtó) szakaszán. A köztük lévő különbségek elsősorban az égéstér kialakításában és az üzemanyagtöltet égési felületének profiljában rejlenek, amelyek meghatározzák az üzemanyag égési sebességét, amelytől az üzemidő és a motor tolóereje függ. Az ilyen rakétákkal ellentétben a földi műholdak kilövésére szolgáló űrhordozó hordozórakéták, orbitális állomások ill űrhajók, valamint a bolygóközi állomások csak induló üzemmódban működnek a rakéta kilövésétől az objektum Föld körüli pályára vagy egy bolygóközi pályára való felbocsátásáig. Általánosságban elmondható, hogy a szilárd rakétamotoroknak nincs sok előnyük a folyékony tüzelésű motorokhoz képest: könnyen gyárthatók, hosszú idő tárolható, mindig bevetésre kész, viszonylag robbanásbiztos. De a fajlagos tolóerő tekintetében a szilárd tüzelésű motorok 10-30%-kal gyengébbek, mint a folyékony motorok.

4. Elektromos rakétahajtóművek

A fent tárgyalt rakétamotorok szinte mindegyike hatalmas tolóerőt fejleszt ki, és arra tervezték, hogy űrhajókat indítson Föld körüli pályára, és kozmikus sebességre gyorsítsa fel azokat a bolygóközi repülésekhez. Egészen más kérdés a már pályára vagy bolygóközi pályán lévő űrhajók meghajtórendszerei. Itt általában kis teljesítményű (több kilowattos vagy akár wattos) motorra van szükség, amely több száz és több ezer órán keresztül képes működni, és többször is ki-be kapcsolható. Lehetővé teszik a repülés fenntartását a pályán vagy egy adott pálya mentén, kompenzálva a légkör felső rétegei és a napszél által keltett repülési ellenállást. Az elektromos rakétahajtóművekben a munkafolyadékot elektromos energiával felmelegítve egy bizonyos sebességre felgyorsítják. A villamos energia innen származik napelemek vagy atomerőmű. A munkafolyadék melegítésének módszerei különbözőek, de a valóságban elsősorban elektromos ívet használnak. Nagyon megbízhatónak bizonyult és sok indítást is kibír. A hidrogént munkafolyadékként használják az elektromos ívmotorokban. Használva elektromos ív A hidrogént nagyon magas hőmérsékletre hevítik, és plazmává alakul - pozitív ionok és elektronok elektromosan semleges keveréke. A plazma kiáramlási sebessége a motorból eléri a 20 km/s-t. Amikor a tudósok megoldják a plazma mágneses leválasztásának problémáját a motorkamra falaitól, akkor jelentősen meg lehet növelni a plazma hőmérsékletét és 100 km/s-ra növelni a kipufogó sebességét. Az első elektromos rakétamotort az években fejlesztették ki a Szovjetunióban. vezetésével (később szovjet űrrakéták hajtóműveinek megalkotója és akadémikus lett) a híres Gas Dynamics Laboratoryban (GDL)./10/

5.Más típusú motorok

A nukleáris rakétamotorokhoz léteznek egzotikusabb kivitelek is, amelyekben a hasadóanyag folyékony, gáz halmazállapotú vagy akár plazma halmazállapotú, de az ilyen tervek megvalósítása a technológia és a technika jelenlegi szintjén irreális. A következő rakétamotor-projektek léteznek, még elméleti vagy laboratóriumi stádiumban:

Impulzusos nukleáris rakétahajtóművek, amelyek kis nukleáris töltetek robbanásának energiáját használják fel;

Termonukleáris rakétamotorok, amelyek üzemanyagként hidrogénizotópot használhatnak. A hidrogén energiatermelékenysége egy ilyen reakcióban 6,8 * 1011 KJ/kg, azaz körülbelül két nagyságrenddel magasabb, mint a maghasadási reakciók termelékenysége;

Napelemes vitorlás motorok - amelyek nyomást használnak napfény(napszél), amelynek megléte empirikusan Egy orosz fizikus bizonyította be 1899-ben. Számítással a tudósok megállapították, hogy egy 1 tonnás, 500 m átmérőjű vitorlával felszerelt eszköz körülbelül 300 nap alatt képes repülni a Földről a Marsra. A napvitorla hatékonysága azonban gyorsan csökken a Naptól való távolság növekedésével.

6. Nukleáris rakétahajtóművek

A folyékony üzemanyaggal működő rakétahajtóművek egyik fő hátránya a gázok korlátozott áramlási sebessége. A nukleáris rakétahajtóművekben lehetségesnek tűnik a nukleáris „üzemanyag” bomlása során felszabaduló kolosszális energia felhasználása a munkaanyag melegítésére. A nukleáris rakétamotorok működési elve szinte semmiben sem különbözik a termokémiai hajtóművek működési elveitől. A különbség az, hogy a munkaközeg nem a saját kémiai energiája, hanem az intranukleáris reakció során felszabaduló „idegen” energia miatt melegszik fel. A munkafolyadékot egy atomreaktoron vezetik át, amelyben az atommagok (például urán) hasadási reakciója megy végbe, és felmelegítik. A nukleáris rakétahajtóműveknél nincs szükség oxidálószerre, ezért csak egy folyadék használható. Munkafolyadékként célszerű olyan anyagokat használni, amelyek lehetővé teszik a motor nagyobb vonóerő kifejlesztését. Ezt a feltételt leginkább a hidrogén, majd az ammónia, a hidrazin és a víz teljesíti. A nukleáris energia felszabadulásának folyamatai radioaktív átalakulásokra, nehéz atommagok hasadási reakcióira és könnyű atommagok fúziós reakcióira oszlanak. A radioizotópos átalakulások úgynevezett izotópos energiaforrásokban valósulnak meg. A mesterséges radioaktív izotópok fajlagos tömegenergiája (az az energia, amit egy 1 kg tömegű anyag képes felszabadítani) lényegesen nagyobb, mint a vegyi üzemanyagoké. Így 210Po esetében ez 5*10 8 KJ/kg-nak felel meg, míg a legenergiatakarékosabb vegyi üzemanyagnál (oxigénes berillium) ez az érték nem haladja meg a 3*10 4 KJ/kg-ot. Sajnos még nem ésszerű ilyen motorokat használni az űrhajóhordozókon. Ennek oka az izotópos anyag magas költsége és a működési nehézségek. Hiszen az izotóp folyamatosan energiát bocsát ki, még akkor is, ha speciális konténerben szállítják, és amikor a rakéta az indítóhelyen parkol. Az atomreaktorok energiahatékonyabb üzemanyagot használnak. Így a 235U (az urán hasadó izotópja) fajlagos tömegenergiája 6,75 * 10 9 KJ/kg, vagyis körülbelül egy nagyságrenddel nagyobb, mint a 210Po izotópé. Ezek a motorok „be- és kikapcsolhatók”, a nukleáris üzemanyag (233U, 235U, 238U, 239Pu) sokkal olcsóbb, mint az izotóp üzemanyag. Az ilyen motorokban nem csak víz használható munkafolyadékként, hanem hatékonyabb munkaanyagok is - alkohol, ammónia, folyékony hidrogén. A folyékony hidrogénnel működő motor fajlagos tolóereje 900 s. BAN BEN a legegyszerűbb séma szilárd nukleáris tüzelőanyaggal működő nukleáris rakétahajtómű esetében a munkafolyadékot egy tartályba helyezik. A szivattyú táplálja a motorkamrába. A fúvókákkal permetezve a munkaközeg érintkezésbe kerül a fűtőanyag-képző nukleáris üzemanyaggal, felmelegszik, kitágul és a fúvókán keresztül nagy sebességgel kilökődik. A nukleáris tüzelőanyag energiatartalékait tekintve felülmúlja bármely más típusú üzemanyagot. Ekkor felmerül egy logikus kérdés: miért van még mindig viszonylag alacsony fajlagos tolóerővel és nagy tömeggel az ilyen tüzelőanyagot használó berendezések? A helyzet az, hogy a szilárd fázisú nukleáris rakétamotor fajlagos tolóerejét a hasadóanyag hőmérséklete korlátozza, és az erőmű működése során erős ionizáló sugárzást bocsát ki, amely káros hatással van az élő szervezetekre. Az ilyen sugárzás elleni biológiai védelem nagyon fontos, és nem alkalmazható űrhajókon. Gyakorlati fejlesztések A szilárd nukleáris tüzelőanyagot használó nukleáris rakétamotorokat a 20. század 50-es évek közepén kezdték el a Szovjetunióban és az USA-ban, az első atomerőművek építésével szinte egy időben. A munkát a fokozott titoktartás légkörében végezték, de ismert, hogy az ilyen rakétahajtóműveket az űrhajózásban még nem alkalmazták. Eddig minden a viszonylag kis teljesítményű izotópos villamosenergia-források pilóta nélküli mesterséges földi műholdakon, bolygóközi űrhajókon és a világhírű szovjet holdjárókon való felhasználására korlátozódott.

7. Nukleáris sugárhajtóművek, működési elvek, impulzusszerzési módszerek nukleáris hajtóműben.

A nukleáris rakétamotorok nevüket arról kapták, hogy nukleáris energia felhasználásával hoznak létre tolóerőt, vagyis azt az energiát, amely a nukleáris reakciók eredményeként szabadul fel. Általános értelemben ezek a reakciók az atommagok energiaállapotában bekövetkező bármilyen változást, valamint egyes atommagok átalakulását másokká jelentik, amelyek az atommagok szerkezetének átalakulásával vagy a bennük lévő elemi részecskék számának megváltozásával járnak együtt. nukleonok. Sőt, a magreakciók, mint ismeretes, vagy spontán módon (azaz spontán módon) vagy mesterségesen előidézhetők, például amikor egyes atommagokat mások (vagy elemi részecskék) bombáznak. Az atommaghasadási és fúziós reakciók energiájukban milliószor, illetve tízmilliószor haladják meg a kémiai reakciókat. Ez azzal magyarázható, hogy a molekulákban lévő atomok kémiai kötési energiája sokszorosa a magban lévő nukleonok nukleáris kötési energiájának. Az atomenergiát a rakétahajtóművekben kétféleképpen lehet felhasználni:

1. A felszabaduló energiát a munkafolyadék felmelegítésére használják fel, ami aztán a fúvókában kitágul, akárcsak egy hagyományos rakétahajtóműben.

2. Atomenergia elektromos energiává alakítják, majd a munkafolyadék részecskéinek ionizálására és gyorsítására használják.

3. Végül az impulzust maguk a hasadási termékek hozzák létre, amelyek a folyamat során keletkeznek DIV_ADBLOCK265">

A folyékony hajtóanyagú rakétamotorokhoz hasonlóan a nukleáris meghajtó motor kezdeti munkafolyadékát folyékony állapotban tárolják a meghajtórendszer tartályában, és turbószivattyús egység segítségével szállítják. A turbinából és egy szivattyúból álló egység forgatásához szükséges gázt magában a reaktorban lehet előállítani.

Az ábrán egy ilyen meghajtási rendszer diagramja látható.

Számos atommeghajtású motor létezik hasadóreaktorral:

Szilárd fázis

Gázfázis

NRE fúziós reaktorral

Impulzusos nukleáris meghajtó motorok és mások

Az összes lehetséges nukleáris hajtóműtípus közül a legfejlettebb a termikus radioizotópos motor és a szilárd fázisú hasadási reaktorral rendelkező motor. De ha a radioizotópos nukleáris meghajtó motorok jellemzői nem engedik, hogy reménykedjünk széles körű űrhajózási alkalmazásukban (legalábbis a közeljövőben), akkor a szilárdfázisú nukleáris meghajtómotorok létrehozása nagy távlatokat nyit az asztronautika számára. Egy tipikus ilyen típusú nukleáris meghajtó motor szilárdfázisú reaktort tartalmaz henger formájában, amelynek magassága és átmérője körülbelül 1-2 m (ha ezek a paraméterek közel vannak, a hasadási neutronok szivárgása a környező térbe minimális) .

A reaktor egy zónából áll; ezt a területet körülvevő reflektor; irányító szervek; erőtest és egyéb elemek. A mag nukleáris fűtőanyagot - a fűtőelemekben található hasadóanyagot (dúsított uránt) és moderátort vagy hígítót tartalmaz. Az ábrán látható reaktor homogén - benne a moderátor a fűtőelemek része, homogénen keveredik az üzemanyaggal. A moderátor a nukleáris üzemanyagtól külön is elhelyezhető. Ebben az esetben a reaktort heterogénnek nevezzük. Hígítószereket (ezek lehetnek például tűzálló fémek - wolfram, molibdén) használnak a hasadó anyagok különleges tulajdonságainak kölcsönzésére.

A szilárdfázisú reaktor fűtőelemei csatornákkal vannak átjárva, amelyeken keresztül az atomhajtómű munkaközege áramlik, fokozatosan felmelegedve. A csatornák átmérője körülbelül 1-3 mm, összterületük az aktív zóna keresztmetszetének 20-30%-a. A zónát egy speciális rács függeszti fel a reaktor belsejében, hogy a reaktor felmelegedésekor kitáguljon (különben a termikus igénybevételek miatt összeesne).

A mag nagy mechanikai terhelésnek van kitéve jelentős hidraulikus nyomáseséssel (akár több tíz atmoszféraig) az áramló munkaközegből, a termikus feszültségekből és rezgésekből. Az aktív zóna méretének növekedése a reaktor felmelegedésekor eléri a több centimétert. Az aktív zóna és a reflektor egy strapabíró teljesítményházba került, amely elnyeli a munkaközeg nyomását és a sugárfúvóka által keltett tolóerőt. A tok strapabíró fedéllel záródik. Pneumatikus, rugós vagy elektromos mechanizmusokat tartalmaz a szabályozó testek meghajtására, a nukleáris meghajtó hajtómű és az űrhajó rögzítési pontjait, valamint a nukleáris hajtóművet a munkaközeg tápvezetékeihez csatlakoztató karimákat. A burkolaton turbószivattyú egység is elhelyezhető.

8 - Fúvóka,

9 - Bővülő fúvóka fúvóka,

10 - A turbina munkaanyagának kiválasztása,

11 - Hadtest,

12 - Vezérlő dob,

13 - Turbina kipufogógáz (a helyzet szabályozására és a tolóerő növelésére szolgál),

14 - Meghajtó gyűrű a vezérlődobokhoz)

1957 elején meghatározták a Los Alamos Laboratóriumban a munka végső irányát, és döntés született egy grafitos atomreaktor megépítéséről, grafitban diszpergált urán üzemanyaggal. Az ebben az irányban megalkotott Kiwi-A reaktort 1959-ben, július 1-jén tesztelték.

Amerikai szilárd fázisú nukleáris sugárhajtómű XE Prime próbapadon (1968)

A reaktor építése mellett a Los Alamos Laboratóriumban javában zajlott egy speciális nevadai teszttelep építése, valamint számos különleges megrendelést hajtott végre az amerikai légierőtől a kapcsolódó területeken (egyedi légierő fejlesztése). TURE egységek). A Los Alamos Laboratory megbízásából az egyes alkatrészek gyártására vonatkozó összes külön megrendelést a következő cégek hajtották végre: Aerojet General, az észak-amerikai repülés Rocketdyne részlege. 1958 nyarán a Rover-program teljes irányítása az Egyesült Államok Légierejétől az újonnan szervezett Nemzeti Repülési és Űrhivatalhoz (NASA) került. Az AEC és a NASA között 1960 nyár közepén létrejött külön megállapodás eredményeként G. Finger vezetésével megalakult az Space Nuclear Propulsion Office, amely ezt követően a Rover program élére állt.

A nukleáris sugárhajtóművek hat "forrótesztjén" kapott eredmények nagyon biztatóak voltak, és 1961 elején jelentés készült a reaktor repülési teszteléséről (RJFT). Aztán 1961 közepén elindult a Nerva projekt (nukleáris hajtómű használata űrrakétákhoz). Fővállalkozónak az Aerojet Generalt, a reaktor megépítéséért felelős alvállalkozónak a Westinghouse-t választották.

10.2 A TURE-vel kapcsolatos munka Oroszországban

Az amerikai" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">amerikaiak, orosz tudósok az egyes fűtőelemek leggazdaságosabb és leghatékonyabb vizsgálatait alkalmazták kutatóreaktorok. A 70-80-as években végzett munka teljes komplexuma lehetővé tette a Salyut Tervező Iroda, a Kémiai Automatika Tervező Iroda, az IAE, a NIKIET és az NPO Luch (PNITI) számára, hogy különféle projekteket fejlesszenek ki űrben elhelyezett nukleáris hajtóművekről és hibrid nukleáris hajtóművekről. A kémiai automatizálás tervezőirodájában a NIITP tudományos vezetésével (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO Luch, MAI felelt a reaktorelemekért) YARD RD 0411és minimális méretű atommotor RD 0410 tolóerő 40, illetve 3,6 tonna.

Ennek eredményeként egy reaktort, egy „hideg” motort és egy próbapadi prototípust gyártottak hidrogéngázon történő tesztelésre. Az amerikaitól eltérően, amelynek fajlagos impulzusa nem haladja meg a 8250 m/s-t, a szovjet TNRE a hőállóbb és fejlettebb tervezésű fűtőelemek használata és a mag magas hőmérséklete miatt ez az érték 9100 m volt. /s és magasabb. A „Luch” nonprofit szervezet közös expedíciójának TURE tesztelésének próbapadja Szemipalatyinszk-21 városától 50 km-re délnyugatra volt. 1962-ben kezdett dolgozni. Ban ben A tesztterületen nukleáris meghajtású rakétamotorok prototípusainak teljes körű fűtőelemeit tesztelték. Ebben az esetben a kipufogógáz a zárt kipufogórendszerbe került. A teljes méretű nukleáris motorok tesztelésére szolgáló Bajkál-1 próbapad komplexum Szemipalatyinszk-21-től 65 km-re délre található. 1970-től 1988-ig mintegy 30 „melegindítást” hajtottak végre a reaktorokban. A teljesítmény ugyanakkor nem haladta meg a 230 MW-ot 16,5 kg/sec hidrogén-fogyasztás mellett, a reaktor kimeneti hőmérséklete pedig 3100 K. Minden indítás sikeres volt, problémamentesen és a terveknek megfelelően.

A szovjet TNRD RD-0410 az egyetlen működő és megbízható ipari nukleáris rakétahajtómű a világon

Jelenleg az ilyen jellegű munkákat a helyszínen leállították, bár a berendezéseket viszonylag működőképes állapotban tartják. Az NPO Luch próbapadi bázisa a világon az egyetlen olyan kísérleti komplexum, ahol jelentős anyagi és időköltségek nélkül lehet nukleáris meghajtó reaktorok elemeit tesztelni. Lehetséges, hogy az Egyesült Államokban az Űrkutatási Kezdeményezés program keretében a Holdra és Marsra történő repülésekhez szükséges nukleáris meghajtó motorokkal kapcsolatos munka újraindítása orosz és kazahsztáni szakemberek tervezett részvételével a tevékenység újraindítását eredményezi a szemipalatyinszki bázis és egy „marsi” expedíció megvalósítása a 2020-as években.

Főbb jellemzők

A hidrogén fajlagos impulzusa: 910 - 980 mp(elméletileg 1000-ig mp).

· A munkaközeg (hidrogén) kiáramlási sebessége: 9100 - 9800 m/sec.

· Elérhető tolóerő: akár több száz és ezer tonna.

· Maximális üzemi hőmérséklet: 3000°С - 3700°С (rövid idejű bekapcsolás).

· Üzemidő: akár több ezer óra (időszakos aktiválás). /5/

11.Eszköz

Az RD-0410 szovjet szilárdfázisú nukleáris rakétamotor tervezése

1 - vezeték a munkafolyadék tartályból

2 - turbószivattyú egység

3 - vezérlődob meghajtás

4 - sugárvédelem

5 - szabályozó dob

6 - lassító

7 - üzemanyag kazetta

8 - reaktortartály

9 - tűz alja

10 - fúvóka hűtővezeték

11- fúvóka kamra

12 - fúvóka

12.Működési elv

Működési elve szerint a TJRD egy magas hőmérsékletű reaktor-hőcserélő, amelybe nyomás alatt, majd felmelegítve munkaközeget (folyékony hidrogént) vezetnek be. magas hőmérsékletek(3000°C felett) egy lehűtött fúvókán keresztül távozik. A hővisszanyerés a fúvókában nagyon előnyös, mivel így sokkal gyorsabban melegszik fel a hidrogén, és jelentős mennyiségű hőenergia felhasználásával a fajlagos impulzus 1000 mp-re növelhető (9100-9800 m/s).

Nukleáris rakétamotoros reaktor

MsoNormalTable">

Munkafolyadék

Sűrűség, g/cm3

fajlagos tolóerő (meghatározott hőmérsékleten a fűtőkamrában, °K), mp

0,071 (folyékony)

0,682 (folyékony)

1000 (folyékony)

Nem. Dann

(Megjegyzés: A nyomás a fűtőkamrában 45,7 atm, tágulás 1 atm nyomásra állandó mellett kémiai összetétel munkafolyadék) /6/

15. Előnyök

A TNRE-k fő előnye a vegyi rakétahajtóművekkel szemben a nagyobb fajlagos impulzus elérése, a jelentős energiatartalékok, a rendszer tömörsége és a nagyon nagy tolóerő elérésének képessége (vákuumban több tíz, száz és több ezer tonna. Általában a A vákuumban elért fajlagos impulzus 3-4-szer nagyobb, mint a kiégett kétkomponensű kémiai rakéta-üzemanyagé (kerozin-oxigén, hidrogén-oxigén), a legnagyobb hőintenzitáson üzemelve pedig 4-5-ször. Az Egyesült Államok és Oroszország jelentős tapasztalattal rendelkezik az ilyen hajtóművek fejlesztésében és gyártásában, és szükség esetén (speciális űrkutatási programok) rövid időn belül és ésszerű költségekkel állíthatók elő ilyen hajtóművek. Abban az esetben, ha a TURE-t űrjárművek gyorsítására használják az űrben, és a nagy bolygók (Jupiter, Uránusz, Szaturnusz, Neptunusz) gravitációs terét használó perturbációs manőverek további alkalmazásától függően a Naprendszer tanulmányozásának elérhető határai jelentősen bővülnek, és a távoli bolygók eléréséhez szükséges idő is jelentősen megnő. csökkent. Ezen túlmenően, a TNRE-k sikeresen használhatók óriásbolygók alacsony pályáján működő eszközökhöz, amelyek munkafolyadékként használják a ritka atmoszférájukat, vagy az atmoszférájukban működnek. /8/

16. Hátrányok

A TNRE fő hátránya a behatoló sugárzás (gamma-sugárzás, neutronok) erőteljes áramlása, valamint a nagy radioaktív uránvegyületek, az indukált sugárzással járó tűzálló vegyületek és a radioaktív gázok eltávolítása a munkaközeggel. Ebben a tekintetben a TURE elfogadhatatlan a földi kilövéseknél, hogy elkerülje a környezeti helyzet romlását a kilövési helyen és a légkörben. /14/

17.A TURD jellemzőinek javítása. Hibrid turbóprop motorok

Mint minden rakétának vagy általában minden motornak, a szilárdfázisú nukleáris sugárhajtóműnek is jelentős korlátai vannak abban, hogy mit lehet elérni. a legfontosabb jellemzőket. Ezek a korlátozások azt jelzik, hogy az eszköz (TJRE) nem képes a motor szerkezeti anyagainak maximális üzemi hőmérsékleti tartományát meghaladó hőmérsékleti tartományban működni. A képességek bővítése és a TNRE fő működési paramétereinek jelentős növelése érdekében különféle hibrid sémák használhatók, amelyekben a TNRE hő- és energiaforrás szerepét tölti be, és további fizikai módszereket alkalmaznak a munkaközegek gyorsítására. A legmegbízhatóbb, gyakorlatilag megvalósítható és nagy fajlagos impulzus- és tolóerő-karakterisztikával rendelkező hibrid séma egy további MHD áramkörrel (magnetohidrodinamikus áramkör) az ionizált munkafolyadék (hidrogén és speciális adalékok) gyorsítására. /13/

18. A nukleáris meghajtó motorok sugárzási veszélye.

A működő nukleáris motor erőteljes sugárzás - gamma- és neutronsugárzás - forrás. Különleges intézkedések megtétele nélkül a sugárzás az űrhajóban a munkaközeg és a szerkezet elfogadhatatlan felmelegedését, a fém szerkezeti anyagok ridegségét, a műanyag tönkremenetelét és a gumialkatrészek elöregedését, az elektromos kábelek szigetelésének károsodását, valamint az elektronikai berendezések meghibásodását okozhatja. A sugárzás az anyagok indukált (mesterséges) radioaktivitását - aktiválódását - okozhatja.

Jelenleg a nukleáris meghajtású űrhajók sugárvédelmi problémája elvileg megoldottnak tekinthető. Megoldásra kerültek a nukleáris propulziós hajtóművek próba- és indítóállomásokon történő karbantartásával kapcsolatos alapvető kérdések is. Bár egy működő atommotor veszélyt jelent a kiszolgáló személyzet" Már egy nappal az NRE működésének befejezése után az NRE-től 50 m-es távolságban több tíz percig egyéni védőfelszerelés nélkül tartózkodhat, és akár megközelítheti is. A legegyszerűbb védelmi eszközök lehetővé teszik a karbantartó személyzet belépését az NRE-be. Az NRE munkaterület röviddel a tesztelés után.

Indítókomplexumok szennyezettségi szintje és környezet, úgy tűnik, nem lesz akadálya a nukleáris meghajtó hajtóműveknek az űrrakéták alsó fokozatain való használatának. A környezet és a kezelőszemélyzet sugárzási veszélyének problémáját nagymértékben mérsékli, hogy a munkaközegként használt hidrogén gyakorlatilag nem aktiválódik, amikor áthalad a reaktoron. Ezért egy nukleáris meghajtású hajtómű sugársugára semmivel sem veszélyesebb, mint egy folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű sugára./4/

Következtetés

A nukleáris meghajtó hajtóművek fejlesztésének és űrhajózási alkalmazásának kilátásait mérlegelve az elért és elvárt jellemzőkből kell kiindulni. különféle típusok Az NRE, attól, hogy mit adhat nekik az űrhajózásnak, az alkalmazásnak, és végül az NRE problémája és az űrbeli energiaellátás problémája közötti szoros kapcsolat meglététől, valamint általában az energiafejlesztési kérdésektől.

Mint fentebb említettük, az összes lehetséges nukleáris hajtóműtípus közül a legfejlettebb a termikus radioizotópos motor és a szilárd fázisú hasadási reaktorral rendelkező motor. De ha a radioizotópos nukleáris meghajtó motorok jellemzői nem engedik, hogy reménykedjünk széles körű űrhajózási alkalmazásukban (legalábbis a közeljövőben), akkor a szilárdfázisú nukleáris meghajtómotorok létrehozása nagy távlatokat nyit az asztronautika számára.

Például egy olyan eszközt javasoltak, amelynek kezdeti tömege 40 000 tonna (azaz körülbelül 10-szer nagyobb, mint a legnagyobb modern hordozórakétáké), ennek a tömegnek 1/10-e a hasznos teher, 2/3-a pedig a nukleáris rakományé. díjak . Ha 3 másodpercenként robbant fel egy töltetet, akkor a készletük elegendő lesz a nukleáris meghajtó rendszer 10 napos folyamatos működéséhez. Ezalatt az eszköz 10 000 km/s sebességre gyorsul és a jövőben 130 év után elérheti az Alpha Centauri csillagot.

Az atomerőműveknek van egyedi jellemzők, amelyek magukban foglalják a gyakorlatilag korlátlan energiaintenzitást, a működés környezettől való függetlenségét, a külső hatásokkal szembeni immunitást (kozmikus sugárzás, meteoritkár, magas és alacsony hőmérséklet stb.). azonban maximális teljesítmény nukleáris radioizotóp-létesítmények esetében több száz watt nagyságrendű értékre korlátozódik. Ez a korlátozás nem vonatkozik az atomreaktoros erőművekre, ami meghatározza használatuk jövedelmezőségét nehéz űrhajók hosszú távú repülése során a Föld-közeli űrben, a Naprendszer távoli bolygóira történő repülések során és más esetekben.

A szilárdfázisú és más maghasadásos reaktorokkal ellátott nukleáris meghajtó motorok előnyei a legteljesebben az olyan összetett űrprogramok tanulmányozása során derülnek ki, mint a Naprendszer bolygóira való emberes repülések (például egy Mars-expedíció során). Ebben az esetben a tolóerő fajlagos impulzusának növekedése lehetővé teszi minőségileg új problémák megoldását. Mindezek a problémák nagymértékben enyhülnek, ha szilárdfázisú nukleáris hajtóanyagú rakétahajtóművet használnak, amelynek fajlagos impulzusa kétszer akkora, mint a modern folyékony hajtóanyagú rakétahajtóműveké. Ebben az esetben a repülési idők jelentős csökkentése is lehetővé válik.

A legvalószínűbb, hogy a közeljövőben a szilárdfázisú nukleáris hajtóművek az egyik leggyakoribb rakétahajtóművé válnak. A szilárdfázisú nukleáris hajtóművek eszközként használhatók hosszú távú repülésekhez, például olyan bolygókra, mint a Neptunusz, a Plútó, és még a Naprendszeren túlra is. A csillagok felé tartó repülésekhez azonban a hasadási elveken alapuló nukleáris meghajtású motor nem alkalmas. Ebben az esetben ígéretesek a fúziós reakciók elvén működő nukleáris hajtóművek, pontosabban a termonukleáris sugárhajtóművek (TRE) és a fotonikus sugárhajtóművek (PRE), amelyek lendületének forrása az anyag és az antianyag megsemmisülési reakciója. . Valószínűleg azonban az emberiség más közlekedési módot fog használni a csillagközi térben való utazáshoz, amely különbözik a sugárhajtású repülőgépektől.

Befejezésül adok egy parafrázist Einstein híres mondatára: ahhoz, hogy a csillagokba utazhasson, az emberiségnek elő kell állnia valamivel, ami összetettségében és felfogásában összehasonlítható lenne egy neandervölgyi nukleáris reaktorával!

IRODALOM

Források:

1. "Rakéták és emberek. 4. könyv Holdverseny" - M: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Csata a csillagokért. Kozmikus konfrontáció" - M: tudás, 1998.
4. L. Gilberg „Az ég meghódítása” – M: Znanie, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. „Motor”, „Atommotorok űrhajókhoz”, 1999. évi 5. sz.

7. „Motor”, „Gázfázisú nukleáris hajtóművek űrhajókhoz”,

1999. 6. szám
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., A jövő Chekalin közlekedése.

M.: Tudás, 1983.

11. , Chekalin űrkutatás. - M.:

Tudás, 1988.

12. „Energia - Buran” - lépés a jövőbe // Tudomány és élet.-

13. Űrtechnika - M.: Mir, 1986.

14., Szergejuk és a kereskedelem. - M.: APN, 1989.

15.Szovjetunió az űrben. 2005 - M.: APN, 1989.

16. Úton a mélyűrbe // Energia. - 1985. - 6. sz.

ALKALMAZÁS

A szilárdfázisú nukleáris sugárhajtóművek főbb jellemzői

Gyártó ország	Motor	Tolóerő vákuumban, kN	fajlagos impulzus, mp	Projektmunka, évf
























	NERVA/Lox vegyes ciklus

Oroszország vezető szerepet töltött be és marad is az atomenergia-űrenergia területén. Az olyan szervezetek, mint az RSC Energia és a Roscosmos, rendelkeznek tapasztalattal nukleáris energiaforrással felszerelt űrhajók tervezésében, építésében, kilövésében és üzemeltetésében. Az atommotor lehetővé teszi a működést repülőgépek sok éven át, ismételten növelve gyakorlati alkalmasságukat.

Történelmi krónika

Ugyanakkor egy kutatójármű eljuttatása a Naprendszer távoli bolygóinak pályájára egy ilyen nukleáris létesítmény erőforrásának 5-7 évre való növelését igényli. Bebizonyosodott, hogy egy mintegy 1 MW teljesítményű nukleáris meghajtású komplexum egy kutatóűrhajó részeként lehetővé teszi a legtávolabbi bolygók mesterséges műholdjainak, bolygójárók felgyorsítását 5-7 éven belül a felszínre. ezeknek a bolygóknak a természetes műholdait, valamint üstökösöktől, aszteroidáktól, Merkúrtól, valamint a Jupiter és a Szaturnusz műholdjaitól származó talaj eljuttatását a Földre.

Újrafelhasználható vontató (MB)

A hatékonyság növelésének egyik legfontosabb módja szállítási műveletek térben a közlekedési rendszer elemeinek újrafelhasználható használata. Az űrhajók legalább 500 kW teljesítményű nukleáris motorja lehetővé teszi újrafelhasználható vontatók létrehozását, és ezáltal a többkapcsolatos űrszállítási rendszer hatékonyságának jelentős növelését. Egy ilyen rendszer különösen hasznos a nagy éves rakományáramlást biztosító programokban. Példa erre a Hold-kutatási program egy folyamatosan bővülő lakható bázis, valamint kísérleti technológiai és termelési komplexumok létrehozásával és fenntartásával.

Fuvarforgalom számítása

Az RSC Energia tervezési tanulmányai szerint a bázis építése során a Hold felszínére körülbelül 10 tonnás, a holdpályára legfeljebb 30 tonnás modulokat kell szállítani. egy lakható holdbázis a meglátogatott holdpálya állomást pedig 700-800 tonnára becsülik, a bázis működését és fejlesztését biztosító éves rakományáramlást pedig 400-500 tonnára becsülik.

Az atommotor működési elve azonban nem teszi lehetővé, hogy a transzporter elég gyorsan felgyorsuljon. A hosszú szállítási idő és ennek megfelelően a hasznos teher által a Föld sugárzónáiban töltött jelentős idő miatt nem minden rakomány szállítható nukleáris meghajtású vontatóhajóval. Ezért a nukleáris meghajtású rendszerek alapján biztosítható rakományáramlást mindössze 100-300 tonna/évre becsülik.

Gazdasági hatékonyság

Az interorbitális szállítórendszer gazdasági hatékonyságának kritériumaként célszerű az egységnyi hasznos teher tömegének (PG) a Föld felszínéről a célpályára szállításának fajlagos költségét használni. Az RSC Energia kifejlesztett egy gazdasági és matematikai modellt, amely figyelembe veszi a közlekedési rendszer költségeinek fő összetevőit:

vontatómodulok létrehozása és pályára bocsátása;
működő nukleáris létesítmény vásárlásához;
működési költségek, valamint a K+F költségek és az esetleges tőkeköltségek.

A költségmutatók az MB optimális paramétereitől függenek. Ezt a modellt használva, összehasonlító gazdasági hatékonyság 100 tonna/év össztömegű hasznos teher szállítását biztosító programban kb. 1 MW teljesítményű, nukleáris meghajtó rendszeren alapuló újrahasznosítható vontató, valamint fejlett folyékony hajtású rendszerekre épülő eldobható vontató alkalmazása. a Földet a 100 km magasságban lévő Hold körüli pályára. Ha ugyanazt a hordozórakétát használjuk, amelynek hasznos teherbírása megegyezik a Proton-M hordozórakéta hasznos teherbírásával, és két kilövéses sémával a szállítórendszer felépítéséhez, a hasznos tehertömeg-egység nukleáris meghajtású vontatóval történő szállításának fajlagos költsége háromszor alacsonyabb lesz, mint a DM-3 típusú folyékony hajtóművekkel ellátott rakétákon alapuló eldobható vontatók használatakor.

Következtetés

Az űrbe szánt hatékony atommotor hozzájárul a Föld környezeti problémáinak megoldásához, az emberi Marsra repüléshez, a vezeték nélküli energiaátviteli rendszer létrehozásához az űrben, valamint a különösen veszélyes radioaktív hulladékok földi elhelyezésének megvalósításához az űrben. fokozott biztonság. nukleáris energia, egy lakható holdbázis létrehozása és a Hold ipari fejlődésének kezdete, biztosítva a Föld védelmét az aszteroida-üstökös veszélytől.

BAN BEN az egyik szakasz A LiveJournalon egy elektronikai mérnök folyamatosan ír nukleáris és termonukleáris gépekről - reaktorokról, létesítményekről, kutatólaboratóriumokról, gyorsítókról, valamint kb. Az új orosz rakéta, az éves elnöki beszéd során tett tanúságtétel felkeltette a blogger érdeklődését. És ezt találta ebben a témában.

Igen, történelmileg történtek sugárhajtású nukleáris léghajtóműves cirkálórakéták fejlesztései: a SLAM rakéta az USA-ban TORY-II reaktorral, az Avro Z-59 koncepció az Egyesült Királyságban, fejlesztések a Szovjetunióban.

Az Avro Z-59 rakéta koncepció modern megjelenítése, körülbelül 20 tonna tömeggel.

Mindezt a munkát azonban a 60-as években, különböző mélységű K+F-ként végezték (az Egyesült Államok ment a legmesszebbre, amint azt alább tárgyaljuk), és nem folytatták a használatban lévő modellek formájában. Ugyanabból az okból nem kaptuk meg, mint sok más atomkorszaki fejlesztést – repülőgépek, vonatok, rakéták atomerőművekkel. Mindezek a lehetőségek Jármű Annak ellenére, hogy bizonyos előnyökkel jár a nukleáris üzemanyag őrült energiasűrűsége, nagyon komoly hátrányaik vannak - magas költségek, bonyolult működés, állandó védelem követelményei, és végül nem kielégítő fejlesztési eredmények, amelyekről általában keveset tudni (az eredmények közzétételével). A K+F területén minden fél számára jövedelmezőbb az eredmények feltárása és a kudarcok elrejtése).

Különösen a cirkáló rakéták esetében sokkal könnyebb olyan hordozót (tengeralattjárót vagy repülőgépet) létrehozni, amely sok rakétaindítót „rángat” az indítóhelyre, mint egy kis flottával bolondozni (és hihetetlenül nehéz nagy flottát fejleszteni ) saját területéről indított cirkáló rakéták. Egy univerzális, olcsó, sorozatgyártású termék végül győzött egy kisméretű, drága, kétértelmű előnyökkel rendelkező termékkel szemben. A nukleáris cirkáló rakéták nem lépték túl a földi teszteket.

A Kirgiz Köztársaság 60-as évek koncepcionális zsákutcája az atomerőművekkel szerintem ma is aktuális, így a bemutatott fő kérdése a „miért??”. De ami még hangsúlyosabbá teszi, az az ilyen fegyverek fejlesztése, tesztelése és üzemeltetése során felmerülő problémák, amelyekről a továbbiakban még szó lesz.

Tehát kezdjük a reaktorral. A SLAM és a Z-59 koncepciók lenyűgöző méretű és tömegű (20+ tonnás kilövés-erősítők kidobása után) három machás alacsonyan repülő rakéták voltak. A borzasztóan drága, alacsonyan repülő szuperszonikus lehetővé tette a gyakorlatilag korlátlan energiaforrás fedélzeti jelenlétének maximális kihasználását, ráadásul fontos jellemzője nukleáris légsugárhajtómű az jobb működési hatékonyság (termodinamikai ciklus) növekvő sebességgel, azaz. ugyanaz az ötlet, de 1000 km/h-s sebességnél sokkal nehezebb és nagyobb motor lenne. Végül, 1965-ben a száz méteres magasságban lévő 3M a légvédelem sebezhetetlenségét jelentette, kiderült, hogy korábban az atomenergiával működő rakétavető fogalmát nagy sebességnél „lekötötték”, ahol a koncepció előnyei erősek voltak, ill. A vetélytársak szénhidrogén üzemanyaggal gyengültek. A bemutatott rakéta véleményem szerint transzonikus vagy szubszonikus (ha persze azt hiszi, hogy ő a videóban). De ugyanakkor a reaktor mérete jelentősen csökkent ahhoz képest TORY-II a SLAM rakétától, ahol a grafitból készült radiális neutron reflektorral együtt 2 méter volt

Lehet egyáltalán 0,4-0,6 méter átmérőjű reaktort beépíteni?

Kezdjük egy alapvetően minimális reaktorral – egy Pu239 malaccal. Jó példa Egy ilyen koncepció megvalósítása a Kilopower űrreaktor, amely azonban U235-öt használ. A reaktormag átmérője mindössze 11 centiméter! Ha áttérünk a plutónium 239-re, akkor a mag mérete további 1,5-2-szeresére csökken. minimális méret elkezdünk egy igazi nukleáris légi sugárhajtómű felé haladni, emlékezve a nehézségekre.

A legelső dolog, amit a reaktor méretéhez hozzá kell adni, az a reflektor mérete – különösen a Kilopower BeO esetében háromszoros a méret. Másodszor, nem használhatunk U vagy Pu blankokat – ezek egyszerűen kiégnek a levegőben egy perc alatt. Olyan héjra van szükség, például kalóriából, amely 1000 C-ig ellenáll az azonnali oxidációnak, vagy egyéb nikkelötvözetekből, lehetséges kerámia bevonattal. Alkalmazás nagy mennyiség a magban lévő héjanyag azonnal többszörösére növeli a szükséges nukleáris üzemanyag mennyiséget - elvégre a magban lévő neutronok „nem produktív” abszorpciója most meredeken megnőtt!

Ráadásul az U vagy a Pu fémformája már nem megfelelő - ezek az anyagok önmagukban nem tűzállóak (a plutónium általában 634 C-on olvad), és kölcsönhatásba lépnek a fémhéjak anyagával is. Az üzemanyagot a klasszikus UO2 vagy PuO2 formájúvá alakítjuk - a magban lévő anyag újabb hígítását kapjuk, ezúttal oxigénnel.

Végül emlékezzünk a reaktor céljára. Sok levegőt kell átpumpálnunk rajta, amihez hőt adunk le. A tér körülbelül 2/3-át „levegőcsövek” fogják elfoglalni.

Ennek eredményeként a zóna minimális átmérője 40-50 cm-re nő (uránnál), a reaktor átmérője pedig 10-70 cm-re 10-70 cm-re. nukleáris sugárhajtómű tervezése is megerősítette MITEE , amelyet a Jupiter légkörében való repülésekhez terveztek. Ez abszolút papír projekt(pl. a maghőmérsékletet 3000 K-nek feltételezzük, a falak pedig berilliumból készülnek, ami legfeljebb 1200 K-t képes elviselni) a mag átmérője neutronikából számolva 55,4 cm, annak ellenére, hogy hidrogénnel hűtve kissé csökkenthető azoknak a csatornáknak a mérete, amelyeken keresztül a hűtőfolyadékot szivattyúzzák.

Véleményem szerint egy kb méter átmérőjű rakétába bele lehet lökni egy fedélzeti nukleáris sugárhajtóművet, ami azonban még mindig nem radikálisan nagyobb a megadott 0,6-0,74 m-nél, de mégis riasztó. Így vagy úgy, az atomerőmű ~több megawatt teljesítményű lesz, ~10^16 lecsengéssel másodpercenként. Ez azt jelenti, hogy maga a reaktor több tízezer röntgenből álló sugárzási mezőt hoz létre a felszínen, és akár ezer röntgent is a teljes rakéta mentén. Még több száz kg szektorvédelem felszerelése sem csökkenti jelentősen ezeket a szinteket, mert A neutron- és gamma-sugarak visszaverődnek a levegőből, és „megkerülik a védelmet”.

Egy ilyen reaktor néhány óra alatt ~10^21-10^22 atom c hasadási terméket állít elő több (több tíz) petabecquerel aktivitással, ami még leállás után is több ezer röntgenes hátteret hoz létre a reaktor közelében.

A rakétatervet körülbelül 10^14 Bq-re aktiválják, bár az izotópok elsősorban béta-sugárzók lesznek, és csak a bremsstrahlung röntgensugárzás veszélyesek. Magából a szerkezetből származó háttér több tíz röntgensugárra is eljuthat a rakétatesttől 10 méter távolságra.

Mindez a „móka” azt a gondolatot adja, hogy egy ilyen rakéta fejlesztése és tesztelése a lehetőség határán álló feladat. A sugárzásálló navigációs és vezérlőberendezések teljes készletét kell létrehozni, mindezt meglehetősen átfogó módon tesztelni (sugárzás, hőmérséklet, rezgés - és mindez a statisztikákhoz). A működő reaktorral végzett repülési tesztek bármelyik pillanatban sugárzási katasztrófává válhatnak, több száz terrabecquerel felszabadulásával több petabecquerelre. Katasztrófahelyzetek nélkül is nagyon valószínű az egyes fűtőelemek nyomáscsökkenése és radionuklidok kibocsátása.

Természetesen Oroszországban még mindig vannak Novozemelsky teszthelyszín amelyeken ilyen vizsgálatokat lehet végezni, de ez ellentétes lenne a megállapodás szellemével a nukleáris fegyverek tesztelésének három környezetben történő betiltása (a tilalmat a légkör és az óceán radionuklidokkal történő szisztematikus szennyezésének megakadályozása érdekében vezették be).

Ma a NIKIET-nek van egy tervezői csapata, akik a reaktortervezésen dolgoznak ( magas hőmérsékletű gázhűtéses RUGK , gyors reaktorok MBIR, ), az IPPE és a Luch pedig továbbra is foglalkozik a kapcsolódó számításokkal és technológiákkal. Az elmúlt évtizedekben a Kurchatov Intézet egyre inkább az atomreaktorok elmélete felé mozdult el.

Összefoglalva azt szeretném elmondani, hogy egy légsugárhajtóműves cirkálórakéta és atomerőmű létrehozása általában kivitelezhető feladat, ugyanakkor rendkívül költséges és összetett, jelentős emberi és emberi erőforrások mozgósítását igénylő feladat. pénzügyi források, úgy tűnik számomra, hogy nagyobb mértékben, mint az összes többi bejelentett projekt (Sarmat, Dagger, Status-6, Avangard). Nagyon furcsa, hogy ez a mozgósítás a legcsekélyebb nyomot sem hagyta maga után. És ami a legfontosabb, teljesen tisztázatlan, hogy milyen előnyökkel jár az ilyen típusú fegyverek megszerzése (a meglévő hordozók hátterében), és hogyan tudják felülmúlni a számos hátrányt - a sugárbiztonság kérdéseit, a magas költségeket, a stratégiai fegyverzetcsökkentési szerződésekkel való összeegyeztethetetlenséget. .

P.S. A „források” azonban már kezdik enyhíteni a helyzetet: „A hadiipari komplexumhoz közel álló forrás azt mondta, Vedomosti „A rakétakísérletek során biztosították a sugárbiztonságot. Nukleáris telepítés egy elektromos makett volt a fedélzeten, mondja a forrás.

A Tomahawk cirkálórakéták (0,53 m átmérőjű és 1400 kg tömegű) vagy X-101 (0,74 m átmérőjű és 2300 kg tömegű) cirkálórakétáról, „a szupererős atomerőmű miatt korlátlan hatótávolsággal” .

Szovjet prototípus RD-0410(GRAU index - 11B91, más néven "Irgit" és "IR-100") - az első és egyetlen szovjet nukleáris rakétahajtómű

Kezdjük a GDP videós bemutatásával

Összegezve a bemutatott projekt érzéseit, azt mondhatjuk, hogy ez rendkívüli meglepetés a bemutatottak megbízhatatlanságának határán. Megpróbálom elmagyarázni, miért.

Igen, történelmileg történtek sugárhajtóműves nukleáris léghajtóműves cirkálórakéták fejlesztései: a SLAM rakéta az USA-ban a TORY-II reaktorral, az Avro Z-59 koncepció az Egyesült Királyságban, és fejlesztések a Szovjetunióban.

Az Avro Z-59 rakéta koncepció modern megjelenítése, körülbelül 20 tonna tömeggel.

Mindezt a munkát azonban a 60-as években, különböző mélységű K+F-ként végezték (az Egyesült Államok ment a legmesszebbre, amint azt alább tárgyaljuk), és nem folytatták a használatban lévő modellek formájában. Ugyanabból az okból nem kaptuk meg, mint sok más atomkorszaki fejlesztést – repülőgépek, vonatok, rakéták atomerőművekkel. Mindezek a járműlehetőségek, bár a nukleáris üzemanyag őrült energiasűrűsége által nyújtott előnyökkel járnak, igen komoly hátrányokkal is járnak - magas költséggel, bonyolult működéssel, állandó biztonsági követelményekkel, és végül nem kielégítő fejlesztési eredményekkel, amelyekről általában keveset tudunk ( a K+F eredményeinek publikálásával minden fél számára jövedelmezőbb az eredmények megjelenítése és a kudarcok elrejtése).

Különösen a cirkáló rakéták esetében sokkal könnyebb olyan hordozót (tengeralattjárót vagy repülőgépet) létrehozni, amely sok rakétát „rángat” az indítóhelyre, mint egy kis flottával bolondozni (és hihetetlenül nehéz nagy flottát fejleszteni) a saját területéről indított cirkáló rakétákból. Egy univerzális, olcsó, sorozatgyártású termék végül győzött egy kisméretű, drága, kétértelmű előnyökkel rendelkező termékkel szemben. A nukleáris cirkáló rakéták nem lépték túl a földi teszteket.

A Kirgiz Köztársaság 60-as éveinek atomerőművekkel kapcsolatos fogalmi zsákutcája véleményem szerint ma is aktuális, így a bemutatott fő kérdése a „miért?”. De ami még hangsúlyosabbá teszi, az az ilyen fegyverek fejlesztése, tesztelése és üzemeltetése során felmerülő problémák, amelyekről a továbbiakban még szó lesz.

Kiderült, hogy korábban a nukleáris meghajtású rakétavető koncepciója nagy sebességgel volt „lekötve”, ahol a koncepció előnyei erősek voltak, és a szénhidrogén üzemanyaggal rendelkező versenytársak gyengültek.

A bemutatott rakéta véleményem szerint transzonikus vagy szubszonikus (ha természetesen úgy gondolja, hogy ez a videón látható). Ugyanakkor a reaktor mérete jelentősen csökkent a SLAM rakétából származó TORY-II-hez képest, ahol a grafitból készült radiális neutronreflektorral együtt akár 2 méter is volt.

Az első TORY-II-A tesztreaktor magja az összeszerelés során.

Lehet egyáltalán 0,4-0,6 méter átmérőjű reaktort beépíteni? Kezdjük egy alapvetően minimális reaktorral – egy Pu239 malaccal. Jó példa egy ilyen koncepció megvalósítására a Kilopower űrreaktor, amely azonban U235-öt használ. A reaktormag átmérője mindössze 11 centiméter! Ha áttérünk a plutónium 239-re, akkor a mag mérete további 1,5-2-szeresére csökken.

Most a minimális méretről elkezdünk egy igazi nukleáris légi sugárhajtómű felé haladni, emlékezve a nehézségekre. A legelső dolog, amit a reaktor méretéhez hozzá kell adni, az a reflektor mérete – különösen a Kilopower BeO esetében háromszoros a méret. Másodszor, nem használhatunk U vagy Pu blankokat – ezek egyszerűen kiégnek a levegőben egy perc alatt. Olyan héjra van szükség, például kalóriából, amely 1000 C-ig ellenáll az azonnali oxidációnak, vagy egyéb nikkelötvözetekből, esetleges kerámia bevonattal. Nagy mennyiségű héjanyag bejuttatása a magba egyszerre többszörösére növeli a nukleáris üzemanyag szükséges mennyiségét - elvégre a magban lévő neutronok „nem produktív” abszorpciója most meredeken nőtt!

Végül emlékezzünk a reaktor céljára. Sok levegőt kell átpumpálnunk rajta, amihez hőt adunk le. a tér körülbelül 2/3-át „levegőcsövek” fogják elfoglalni.

TORY-IIC. Az aktív zónában lévő fűtőelemek hatszögletű üreges, UO2-ből készült csövek, kerámia védőburkolattal borítva, incalo tüzelőanyag-kazettákba szerelve.

Ennek eredményeként a zóna minimális átmérője 40-50 cm-re nő (uránnál), a reaktor átmérője pedig 10-70 cm-re 10-70 cm-es berillium reflektorral. megerősítette a MITEE nukleáris sugárhajtómű-konstrukciója, amelyet a Jupiter légkörben történő repülésekhez terveztek. Ennek a teljesen papírprojektnek (a maghőmérsékletet például 3000 K-nek feltételezzük, a falak pedig berilliumból készülnek, ami legfeljebb 1200 K-t képes elviselni) neutronikából számolt magátmérője 55,4 cm, annak ellenére, hogy a hűtés hidrogénnel lehetővé teszi azoknak a csatornáknak a méretének kismértékű csökkentését, amelyeken keresztül a hűtőfolyadékot szivattyúzzák.

A MITEE atmoszférikus sugárhajtású nukleáris motor magjának keresztmetszete és az elérhető minimális tömegek a maggeometria különböző változataihoz - a hossz és az üzemanyagrúd osztásköz aránya (első számjegy), az üzemanyagrudak száma (második számjegy), a különböző összetételű reflektorelemek (harmadik számjegy) zárójelben vannak feltüntetve. Az Americium 242m formájú üzemanyaggal és a folyékony hidrogénből készült reflektorral nem érdektelen az opció :)

Véleményem szerint egy körülbelül egy méter átmérőjű rakétába bele lehet tolni egy légideszant nukleáris sugárhajtóművet, ami azonban még mindig nem radikálisan nagyobb a megadott 0,6-0,74 m-nél, de mégis riasztó.

Így vagy úgy, az atomerőmű ~ több megawatt teljesítményű lesz, ~10^16 bomlás/másodpercsel. Ez azt jelenti, hogy maga a reaktor több tízezer röntgenből álló sugárzási mezőt hoz létre a felszínen, és akár ezer röntgent is a teljes rakéta mentén. Még több száz kg szektorvédelem felszerelése sem csökkenti jelentősen ezeket a szinteket, mert A neutron- és gamma-sugarak visszaverődnek a levegőből, és „megkerülik a védelmet”. Egy ilyen reaktor néhány óra alatt ~10^21-10^22 atom c hasadási terméket állít elő több (több tíz) petabecquerel aktivitással, ami még leállás után is több ezer röntgenes hátteret hoz létre a reaktor közelében. A rakétatervet körülbelül 10^14 Bq-re aktiválják, bár az izotópok elsősorban béta-sugárzók lesznek, és csak a bremsstrahlung röntgensugárzás veszélyesek. Magából a szerkezetből származó háttér több tíz röntgensugárra is eljuthat a rakétatesttől 10 méter távolságra.

Röntgenfelvétel a SLAM rakétáról. Minden hajtás pneumatikus, a vezérlőberendezés sugárzáscsillapító kapszulában található.

Természetesen Oroszországban még mindig létezik a Novaja Zemlja kísérleti telep, ahol ilyen kísérleteket lehet végezni, de ez ellentmond a három környezetben végrehajtott atomfegyver-kísérleteket tiltó szerződés szellemének (a tilalmat a légkör szisztematikus szennyezésének megakadályozása, ill. óceán radionuklidokkal).

Végül arra vagyok kíváncsi, hogy az Orosz Föderációban ki tudna ilyen reaktort kifejleszteni. Hagyományosan a Kurchatov Intézet (általános tervezés és számítások), az Obninsk IPPE (kísérleti tesztelés és üzemanyag) és a podolszki Luch Kutatóintézet (üzemanyag- és anyagtechnológia) kezdetben részt vett a magas hőmérsékletű reaktorokban. Később a NIKIET csapata bekapcsolódott az ilyen gépek tervezésébe (például az IGR és IVG reaktorok az RD-0410 nukleáris rakétamotor magjának prototípusai). Ma a NIKIET tervezői csapattal rendelkezik, akik a reaktorok (magas hőmérsékletű gázhűtéses RUGK, MBIR gyorsreaktorok) tervezésén dolgoznak, az IPPE és a Luch pedig továbbra is foglalkozik a kapcsolódó számításokkal és technológiákkal. Az elmúlt évtizedekben a Kurchatov Intézet egyre inkább az atomreaktorok elmélete felé mozdult el.

A levegőben szálló NRE-k legközelebbi rokonai a hidrogénnel átöblített űr-NRE-k.

Összefoglalva azt szeretném elmondani, hogy egy légsugárhajtóműves cirkálórakéta atomerőművel történő létrehozása általában kivitelezhető feladat, ugyanakkor rendkívül költséges és összetett, jelentős emberi és pénzügyi erőforrások mozgósítását igénylő feladat. , úgy tűnik számomra, hogy nagyobb mértékben, mint az összes többi bejelentett projekt ("Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard"). Nagyon furcsa, hogy ez a mozgósítás a legcsekélyebb nyomot sem hagyta maga után. És ami a legfontosabb, teljesen tisztázatlan, hogy milyen előnyökkel jár az ilyen típusú fegyverek megszerzése (a meglévő hordozók hátterében), és hogyan tudják felülmúlni a számos hátrányt - a sugárbiztonság kérdéseit, a magas költségeket, a stratégiai fegyverzetcsökkentési szerződésekkel való összeegyeztethetetlenséget. .

P.S. A „források” azonban már kezdik enyhíteni a helyzetet: „A hadiipari komplexumhoz közel álló forrás a Vedomosztinak azt mondta, hogy a rakétakísérletek során biztosították a sugárbiztonságot. A fedélzeten lévő nukleáris létesítményt egy elektromos makett ábrázolta, a forrást mondja.”

RD-0410

Az RD-0410 heterogén termikus neutronreaktort használt, a moderátor cirkónium-hidrid volt, a neutronreflektorok berilliumból készültek, a nukleáris üzemanyag urán- és volfrámkarbid alapú anyag volt, körülbelül 80%-os dúsítással a 235-ös izotópban. A terv 37 tüzelőanyag-kazettát tartalmazott, hőszigeteléssel borítva, amely elválasztotta őket a moderátortól. A konstrukció úgy rendelkezett, hogy a hidrogénáram először áthaladt a reflektoron és a moderátoron, szobahőmérsékleten tartva a hőmérsékletüket, majd bejutott a zónába, ahol lehűti az üzemanyag-kazettákat, 3100 K-ig melegedve. Az állványon a reflektor és a moderátor volt külön hidrogénárammal hűtjük.

A reaktor jelentős tesztsorozaton ment keresztül, de soha nem tesztelték teljes működési idejére. A reaktoron kívüli komponensek teljesen kimerültek.

Rendkívül érdekes videó:

Nagyon sok érdekes dolog látható. Úgy tűnik, a videót a 80-as évek végén belső használatra készítette a Közepes Gépgyártási Minisztérium/Általános Gépgyártási Minisztérium, és a 90-es évek elején angol feliratokat szúrtak oda, hogy felkeltsék az amerikaiak érdeklődését a technológia iránt.