Skysto kuro raketų varikliai suteikė žmogui galimybę iškeliauti į kosmosą – į artimas Žemės orbitas. Tačiau tokios raketos per pirmąsias kelias skrydžio minutes sudegina 99% kuro. Likusio kuro gali neužtekti nukeliauti į kitas planetas, o greitis bus toks mažas, kad kelionė užtruks dešimtis ar šimtus metų. Branduoliniai varikliai gali išspręsti problemą. Kaip? Išsiaiškinsime kartu.

Reaktyvinio variklio veikimo principas yra labai paprastas: jis paverčia kurą reaktyvinio lėktuvo kinetine energija (energijos tvermės dėsnis), o dėl šios reaktyvinės srovės krypties raketa juda erdvėje (reaktyvumo dėsnis). impulsą). Svarbu suprasti, kad negalime pagreitinti raketos ar lėktuvo didesniu greičiu nei kuro – atgal išmetamų karštų dujų – nutekėjimo greitis.

Erdvėlaivis New Horizons

Kuo efektyvus variklis skiriasi nuo nesėkmingo ar pasenusio analogo? Visų pirma, kiek degalų reikės varikliui, kad raketa įsibėgėtų iki norimo greičio. Šis svarbiausias raketos variklio parametras vadinamas specifinis impulsas, kuris apibrėžiamas kaip bendro impulso ir degalų sąnaudų santykis: kuo šis rodiklis didesnis, tuo raketos variklis efektyvesnis. Jei raketa beveik vien susideda iš kuro (tai reiškia, kad nėra vietos naudingajam kroviniui, kraštutinis atvejis), specifinis impulsas gali būti laikomas lygiu kuro (darbinio skysčio) ištekėjimo iš raketos antgalio greičiui. Raketos paleidimas – itin brangus užsiėmimas, atsižvelgiama į kiekvieną gramą ne tik naudingosios apkrovos, bet ir kuro, kuris taip pat sveria ir užima vietą. Todėl inžinieriai renkasi vis aktyvesnius degalus, kurių vienetas suteiktų maksimalų efektyvumą, padidindamas specifinį impulsą.

Didžioji dauguma raketų istorijoje ir šiais laikais buvo aprūpinti varikliais, kuriuose naudojama cheminė kuro degimo reakcija (oksidacija).

Jie leido pasiekti Mėnulį, Venerą, Marsą ir net tolimas planetas – Jupiterį, Saturną ir Neptūną. Tiesa, kosminės ekspedicijos užtruko mėnesius ir metus (automatinės stotys Pioneer, Voyager, New Horizons ir kt.). Reikėtų pažymėti, kad visos tokios raketos sunaudoja nemažą dalį kuro, kad pakiltų nuo Žemės, o tada toliau skrenda pagal inerciją retomis variklio įjungimo akimirkomis.

Pioneer erdvėlaivis

Tokie varikliai tinkami paleisti raketas į artimą Žemės orbitą, tačiau norint jį pagreitinti bent iki ketvirtadalio šviesos greičio, prireiks neįtikėtinai daug kuro (paskaičiavimai rodo, kad degalų reikia 103 200 gramų, nepaisant to kad mūsų Galaktikos masė ne didesnė kaip 1056 gramai). Akivaizdu, kad norint pasiekti artimiausias planetas, o juo labiau – žvaigždes, reikia pakankamai didelių greičių, kurių nesugeba užtikrinti skystojo kuro raketos.

Dujų fazės branduolinis variklis

Gili erdvė yra visiškai kitas dalykas. Paimkime, pavyzdžiui, Marsą, kurį „gyvena“ mokslinės fantastikos rašytojai: jis gerai ištirtas ir moksliškai perspektyvus, o svarbiausia – arčiau nei bet kas kitas. Esmė yra „kosminis autobusas“, galintis per protingą laiką, tai yra, kuo greičiau pristatyti įgulą. Tačiau yra problemų su tarpplanetiniu transportu. Sunku jį pagreitinti iki reikiamo greičio išlaikant priimtinus matmenis ir išleidžiant protingą degalų kiekį.

RS-25 (Rocket System 25) yra skysto kuro raketinis variklis, pagamintas Rocketdyne, JAV. Jis buvo naudojamas kosminio transporto sistemos „Space Shuttle“ sklandytuvuose, kurių kiekviename buvo sumontuoti po tris tokius variklius. Geriau žinomas kaip SSME variklis (angl. Space Shuttle Main Engine – pagrindinis erdvėlaivio variklis). Pagrindiniai kuro komponentai yra skystas deguonis (oksidatorius) ir vandenilis (degalai). RS-25 naudoja uždaro ciklo schemą (su generatoriaus dujų papildymu).

Sprendimas gali būti „taikus atomas“, stumiantis erdvėlaivius. Praėjusio amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigoje inžinieriai pradėjo galvoti apie lengvo ir kompaktiško įrenginio, galinčio bent save iškelti į orbitą, kūrimą. Pagrindinis skirtumas tarp branduolinių variklių ir raketų su vidaus degimo varikliais yra tas kinetinė energija gaunama ne dėl kuro degimo, o dėl radioaktyviųjų elementų irimo šiluminės energijos. Palyginkime šiuos metodus.

Iš skysti varikliai atsiranda karštas išmetamųjų dujų „kokteilis“ ( impulso tvermės dėsnis), susidarantis kuro ir oksidatoriaus reakcijos metu (energijos tvermės dėsnis). Daugeliu atvejų tai yra deguonies ir vandenilio derinys (vandenilio degimo rezultatas yra paprastas vanduo). H2O turi daug didesnę molinę masę nei vandenilis ar helis, todėl įsibėgėti sunkiau, savitasis tokio variklio impulsas yra 4500 m/s.

NASA žemės bandymai nauja sistema paleisti kosminės raketos, 2016 m. (Juta, JAV). Šie varikliai bus montuojami į „Orion“ erdvėlaivį, kuris planuojamas misijai į Marsą.

IN branduoliniai varikliai Siūloma naudoti tik vandenilį ir jį pagreitinti (šildyti) naudojant branduolinio skilimo energiją. Taip sutaupoma oksidatoriaus (deguonies), o tai jau yra puiku, bet ne viskas. Kadangi vandenilis turi santykinai mažą savitąjį svorį, mums lengviau jį pagreitinti iki didesnio greičio. Žinoma, galima naudoti ir kitas šilumai jautrias dujas (helį, argoną, amoniaką ir metaną), tačiau visos jos yra bent du kartus prastesnės už vandenilį svarbiausiu dalyku – pasiekiamu specifiniu impulsu (daugiau nei 8 km/s) .

Taigi ar verta jį prarasti? Pelnas toks didelis, kad inžinierių nesustabdo nei reaktoriaus projektavimo ir valdymo sudėtingumas, nei jo sunkaus svorio, net ne radiacijos pavojaus. Be to, niekas nesiruošia paleisti nuo Žemės paviršiaus – tokių laivų surinkimas bus vykdomas orbitoje.

„Skraidantis“ reaktorius

Kaip veikia branduolinis variklis? Reaktorius viduje kosminis variklis daug mažesni ir kompaktiškesni nei antžeminiai analogai, tačiau visi pagrindiniai komponentai ir valdymo mechanizmai iš esmės yra vienodi. Reaktorius veikia kaip šildytuvas, į kurį tiekiamas skystas vandenilis. Temperatūra šerdyje siekia (ir gali viršyti) 3000 laipsnių. Tada įkaitusios dujos išleidžiamos per purkštuką.

Tačiau tokie reaktoriai skleidžia kenksmingą spinduliuotę. Norėdami apsaugoti įgulą ir daugybę Elektroninė įranga Radiacija reikalauja rimtų priemonių. Todėl tarpplanetinių erdvėlaivių su branduoliniu varikliu projektai dažnai primena skėtį: variklis yra ekranuotame atskirame bloke, sujungtame su pagrindiniu moduliu ilga santvara ar vamzdžiu.

"Degimo kamera" Branduolinis variklis yra reaktoriaus aktyvioji zona, kurioje aukštu slėgiu tiekiamas vandenilis įkaitinamas iki 3000 laipsnių ar daugiau. Šią ribą lemia tik reaktoriaus medžiagų atsparumas karščiui ir kuro savybės, nors didinant temperatūrą savitasis impulsas didėja.

Kuro elementai- tai karščiui atsparūs briaunoti (šilumos perdavimo plotui padidinti) cilindrai- „stiklai“, užpildyti urano granulėmis. Jie yra „plaunami“ dujų srautu, kuris atlieka ir darbinio skysčio, ir reaktoriaus aušinimo skysčio vaidmenį. Visa konstrukcija izoliuota berilį atspindinčiais ekranais, kurie neišskiria pavojingos spinduliuotės į išorę. Norint kontroliuoti šilumos išsiskyrimą, šalia ekranų yra specialūs sukamieji būgnai

Yra nemažai perspektyvių branduolinių raketų variklių konstrukcijų, kurių įgyvendinimas laukia sparnuose. Galų gale, jie daugiausia bus naudojami tarpplanetinėse kelionėse, kurios, matyt, yra visai šalia.

Branduolinio varymo projektai

Šie projektai buvo įšaldyti dėl įvairių priežasčių – pinigų trūkumo, projektavimo sudėtingumo ar net poreikio surinkti ir montuoti kosmose.

„ORION“ (JAV, 1950–1960)

Pilotuojamo branduolinio impulso erdvėlaivio („sprogimo plokštumos“) projektas, skirtas tarpplanetinei ir tarpžvaigždinei erdvei tyrinėti.

Veikimo principas. Iš laivo variklio, skrydžiui priešinga kryptimi, gana nedideliu atstumu nuo laivo (iki 100 m) išmetamas nedidelis ekvivalentinis branduolinis užtaisas ir susprogdinamas. Smūgio jėga atsispindi nuo masyvios atspindinčios plokštės ties laivo uodega, „stumia“ ją į priekį.

"PROMETĖJAS" (JAV, 2002–2005)

NASA kosmoso agentūros projektas, skirtas sukurti branduolinį variklį erdvėlaivis.

Veikimo principas. Erdvėlaivio variklis turėjo būti sudarytas iš jonizuotų dalelių, kurios sukuria trauką, ir kompaktiško branduolinio reaktoriaus, aprūpinančio įrenginį energija. Jonų variklis sukuria apie 60 gramų trauką, tačiau gali veikti nuolat. Galiausiai laivas pamažu galės įgauti milžinišką greitį – 50 km/sek, sunaudodamas minimalų energijos kiekį.

„PLUTO“ (JAV, 1957–1964)

Projektas sukurti branduolinį reaktyvinį variklį.

Veikimo principas. Oras į branduolinį reaktorių patenka per transporto priemonės priekį, kur yra šildomas. Karštas oras plečiasi, įgauna didesnį greitį ir išleidžiamas per purkštuką, suteikdamas reikiamą trauką.

NERVA (JAV, 1952–1972)

(angl. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) – bendra JAV atominės energijos komisijos ir NASA programa, kuria siekiama sukurti branduolinį raketų variklį.

Veikimo principas. Skystas hidrogelis tiekiamas į specialų skyrių, kuriame jis šildomas branduoliniu reaktoriumi. Karštos dujos plečiasi ir patenka į purkštuką, sukurdamos trauką.

Sergejus Aleksejus, 9 „A“ klasė, Savivaldybės švietimo įstaiga „84 vidurinė mokykla“

Mokslinis konsultantas: , Ne pelno bendrijos mokslinei ir inovacinei veiklai „Tomsko atominis centras“ direktoriaus pavaduotojas

Vadovas: , fizikos mokytojas, Savivaldybės švietimo įstaiga „84 vidurinė mokykla“ CATO Seversk

Įvadas

Erdvėlaivyje esančios varymo sistemos yra skirtos sukurti trauką arba impulsą. Pagal naudojamą traukos tipą varomoji sistema skirstoma į cheminę (CHRD) ir necheminę (NCRD). CRD skirstomi į skystojo kuro variklius (LPRE), kietojo kuro raketinius variklius (kietojo kuro variklius) ir kombinuotus raketų variklius (RCR). Savo ruožtu necheminės varomosios sistemos skirstomos į branduolines (NRE) ir elektrines (EP). Didysis mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis prieš šimtmetį sukūrė pirmąjį varomosios sistemos modelį, kuris veikė kietuoju ir skystuoju kuru. Vėliau, XX amžiaus antroje pusėje, tūkstančiai skrydžių buvo vykdomi naudojant daugiausia skystojo kuro variklius ir kietojo kuro raketinius variklius.

Tačiau šiuo metu skrydžiams į kitas planetas, jau nekalbant apie žvaigždes, skysto kuro raketų variklių ir kietojo kuro raketų variklių naudojimas tampa vis nuostolingesnis, nors buvo sukurta daug raketinių variklių. Greičiausiai skysto kuro raketų variklių ir kietojo kuro raketų variklių galimybės visiškai išnaudojo save. Priežastis yra ta, kad visų cheminių privairuolių savitasis impulsas yra mažas ir neviršija 5000 m/s, todėl reikia ilgalaikio privairavimo įrenginio veikimo ir atitinkamai didelių kuro atsargų pakankamai dideliems greičiams sukurti, arba kaip įprasta astronautikoje, reikalingos didelės Ciolkovskio skaičiaus reikšmės, t.y. kuru varomos raketos masės ir tuščios raketos masės santykis. Taigi nešančiosios raketos „Energija“, kuri į žemą orbitą iškelia 100 tonų naudingojo krovinio, paleidimo masė yra apie 3000 tonų, o tai suteikia Ciolkovskio skaičiui 30 ribose.

Pavyzdžiui, skrydžiui į Marsą Ciolkovskio skaičius turėtų būti dar didesnis ir siekti nuo 30 iki 50. Nesunku apskaičiuoti, kad esant maždaug 1000 tonų naudingajai apkrovai, o šiose ribose yra minimali masė. reikalaujama aprūpinti viskuo, ko reikia įgulai, išvykstančiam į Marsą, skiriasi Atsižvelgiant į degalų atsargas grįžtant į Žemę, pradinė erdvėlaivio masė turi būti ne mažesnė kaip 30 000 tonų, o tai akivaizdžiai viršija šiuolaikinės astronautikos išsivystymo lygį, remiantis skystojo kuro variklių ir kietojo kuro raketų variklių naudojimu.

Taigi, norint, kad pilotuojamos įgulos pasiektų net artimiausias planetas, būtina kurti nešančias raketas su varikliais, veikiančiais kitais nei cheminio varymo principais. Perspektyviausi šiuo atžvilgiu yra elektriniai reaktyviniai varikliai (EPE), termocheminiai raketų varikliai ir branduolinių raketų varikliai (NRE).

1.Pagrindinės sąvokos

Raketinis variklis – tai reaktyvinis variklis, kuris veikimui nenaudoja aplinkos (oro, vandens). Plačiausiai naudojami cheminiai raketų varikliai. Kuriami ir bandomi kitų tipų raketiniai varikliai – elektriniai, branduoliniai ir kiti. Paprasčiausi raketiniai varikliai, veikiantys suslėgtomis dujomis, taip pat plačiai naudojami kosminėse stotyse ir transporto priemonėse. Paprastai jie naudoja azotą kaip darbinį skystį. /1/

Varomųjų sistemų klasifikacija

2. Raketų variklių paskirtis

Pagal paskirtį raketiniai varikliai skirstomi į keletą pagrindinių tipų: greitinančius (užvedančius), stabdančius, varomuosius, valdomus ir kitus. Raketų varikliai pirmiausia naudojami raketoms (iš čia ir kilo pavadinimas). Be to, aviacijoje kartais naudojami raketų varikliai. Raketų varikliai yra pagrindiniai astronautikos varikliai.

Karinės (kovinės) raketos dažniausiai turi kietojo kuro variklius. Taip yra dėl to, kad toks variklis degalų pildomas gamykloje ir nereikalauja priežiūros visą pačios raketos saugojimo ir eksploatavimo laiką. Kietojo kuro varikliai dažnai naudojami kaip kosminių raketų stiprintuvai. Jie ypač plačiai naudojami JAV, Prancūzijoje, Japonijoje ir Kinijoje.

Skystųjų raketų variklių traukos charakteristikos yra didesnės nei kietųjų raketų variklių. Todėl jie naudojami kosminėms raketoms paleisti į orbitą aplink Žemę ir tarpplanetiniams skrydžiams. Pagrindiniai raketų skystieji raketai yra žibalas, heptanas (dimetilhidrazinas) ir skystas vandenilis. Tokiems degalų tipams reikalingas oksidatorius (deguonis). Tokiuose varikliuose kaip oksidatoriai naudojami azoto rūgštis ir suskystintas deguonis. Oksidacinėmis savybėmis azoto rūgštis yra prastesnė už suskystintą deguonį, tačiau raketų laikymo, degalų papildymo ir naudojimo metu jai nereikia palaikyti specialaus temperatūros režimo.

Varikliai, skirti skrydžiams į kosmosą, skiriasi nuo Žemėje esančių varikliai tuo, kad jie turi pagaminti kuo daugiau galios su mažiausia įmanoma mase ir tūriu. Be to, jiems taikomi šie reikalavimai: didelis efektyvumas ir patikimumas, didelis eksploatavimo laikas. Pagal naudojamos energijos tipą erdvėlaivių varymo sistemos skirstomos į keturias rūšis: termochemines, branduolines, elektrines, saulės bures. Kiekvienas iš išvardytų tipų turi savo privalumų ir trūkumų ir gali būti naudojamas tam tikromis sąlygomis.

Šiuo metu erdvėlaiviai, orbitinės stotys ir nepilotuojami Žemės palydovai į kosmosą paleidžiami raketomis su galingais termocheminiais varikliais. Taip pat yra miniatiūrinių variklių su maža trauka. Tai mažesnė galingų variklių kopija. Kai kurie iš jų gali tilpti į delną. Tokių variklių traukos jėga yra labai maža, tačiau jos pakanka valdyti laivo padėtį erdvėje

3. Termocheminiai raketiniai varikliai.

Yra žinoma, kad vidaus degimo variklyje yra garo katilo krosnis - visur, kur vyksta degimas, atmosferos deguonis užima aktyviausią dalį. Kosmose nėra oro, o kad raketų varikliai veiktų kosmose, būtina turėti du komponentus – kurą ir oksidatorių.

Skystuose termocheminiuose raketiniuose varikliuose kaip kuras naudojamas alkoholis, žibalas, benzinas, anilinas, hidrazinas, dimetilhidrazinas ir skystas vandenilis. Skystas deguonis, vandenilio peroksidas ir Azoto rūgštis. Galbūt ateityje skystas fluoras bus naudojamas kaip oksidatorius, kai bus išrasti tokios aktyvios cheminės medžiagos laikymo ir naudojimo būdai

Skysčių reaktyvinių variklių degalai ir oksidatorius yra laikomi atskirai specialiose talpyklose ir siurbliais tiekiami į degimo kamerą. Jas sujungus degimo kameroje, temperatūra siekia 3000 – 4500 °C.

Degimo produktai, besiplečiantys, įgauna greitį nuo 2500 iki 4500 m/s. Atsistumdami nuo variklio korpuso, jie sukuria reaktyvinę trauką. Tuo pačiu metu, kuo didesnė dujų srauto masė ir greitis, tuo didesnė variklio trauka.

Konkreti variklių trauka paprastai apskaičiuojama pagal traukos jėgą, sukurtą per vieną sekundę sudegintų degalų masės vienetui. Šis dydis vadinamas specifiniu raketos variklio impulsu ir matuojamas sekundėmis (kg trauka / kg sudegusio kuro per sekundę). Geriausi kietojo kuro raketiniai varikliai turi specifinį impulsą iki 190 s, tai yra, 1 kg degalų, sudegusių per sekundę, sukuria 190 kg trauką. Vandenilio-deguonies raketos variklio specifinis impulsas yra 350 s. Teoriškai vandenilio-fluoro variklis gali sukurti didesnį nei 400 s specifinį impulsą.

Dažniausiai naudojama skystųjų raketų variklio grandinė veikia taip. Suslėgtos dujos sukuria reikiamą slėgį rezervuaruose su kriogeniniu kuru, kad būtų išvengta dujų burbuliukų susidarymo vamzdynuose. Siurbliai tiekia kurą raketų varikliams. Kuras į degimo kamerą įpurškiamas per daugybę purkštukų. Taip pat per purkštukus į degimo kamerą įpurškiamas oksidatorius.

Bet kuriame automobilyje degant kurui susidaro dideli šilumos srautai, kurie šildo variklio sieneles. Jei neatvėsinsite kameros sienų, ji greitai perdegs, nesvarbu, iš kokios medžiagos ji pagaminta. Skysčio reaktyvinis variklis paprastai aušinamas vienu iš degalų komponentų. Šiuo tikslu kamera pagaminta iš dviejų sienų. Šaltasis kuro komponentas teka per tarpą tarp sienų.

Aliuminis" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">aliuminis ir kt. Ypač kaip įprasto kuro, pvz., vandenilio-deguonies, priedas. Tokios „trinarės kompozicijos“ gali užtikrinti didžiausią įmanomą cheminių medžiagų greitį kuro išmetamosios - iki 5 km/s.Bet tai praktiškai chemijos resursų riba.Daugiau praktiškai negali.Nors siūlomame aprašyme vis dar dominuoja skystų raketų varikliai, bet reikia pasakyti, kad pirmasis istorijoje žmonijos buvo sukurtas termocheminis raketinis variklis naudojant kietąjį kurą – Kietojo kuro raketinis variklis Kuras – pavyzdžiui, specialus parakas – yra tiesiai degimo kameroje Degimo kamera su reaktyviniu antgaliu pripildyta kieto kuro – štai ir visa konstrukcija. Kietojo kuro degimo režimas priklauso nuo kietojo kuro raketinio variklio paskirties (paleidžiamasis, palaikomasis ar kombinuotas).Kieto kuro raketos, naudojamos kariniuose reikaluose, pasižymi paleidimo ir varomųjų variklių buvimu.Paleidžiamas kietojo kuro raketinis variklis didelė trauka labai trumpam laikui, reikalinga raketai palikti paleidimo įrenginį ir pradiniam jos pagreitėjimui. Sustainer kietojo kuro raketos variklis yra skirtas palaikyti pastovų raketos skrydžio greitį pagrindinėje (varomojoje) skrydžio trajektorijos dalyje. Skirtumai tarp jų daugiausia slypi degimo kameros konstrukcijoje ir kuro įkrovos degimo paviršiaus profilyje, kurie lemia kuro degimo greitį, nuo kurio priklauso darbo laikas ir variklio trauka. Priešingai nei tokios raketos, kosminės raketos, skirtos Žemės palydovams paleisti, orbitinės stotys ir erdvėlaivių, taip pat tarpplanetinės stotys veikia tik startiniu režimu nuo raketos paleidimo iki objekto paleidimo į orbitą aplink Žemę arba į tarpplanetinę trajektoriją. Apskritai kietojo kuro varikliai neturi daug pranašumų prieš skystojo kuro variklius: juos lengva gaminti, ilgas laikas galima laikyti, visada paruoštas darbui, palyginti atsparus sprogimui. Tačiau pagal specifinę trauką kietojo kuro varikliai yra 10-30% prastesni už skystus variklius.

4. Elektriniai raketų varikliai

Beveik visi aukščiau aptarti raketų varikliai sukuria didžiulę trauką ir yra skirti paleisti erdvėlaivius į orbitą aplink Žemę ir pagreitinti juos iki kosminio greičio tarpplanetiniams skrydžiams. Visai kas kita – į orbitą arba tarpplanetine trajektorija jau paleistų erdvėlaivių varomosios sistemos. Čia, kaip taisyklė, reikalingi mažos galios (kelių kilovatų ar net vatų) varikliai, galintys veikti šimtus ir tūkstančius valandų bei nuolat įjungiami ir išjungiami. Jie leidžia išlaikyti skrydį orbitoje arba tam tikra trajektorija, kompensuodami viršutinių atmosferos sluoksnių ir saulės vėjo sukuriamą pasipriešinimą skrydžiui. Elektriniuose raketiniuose varikliuose darbinis skystis pagreitinamas iki tam tikro greičio, kaitinant jį elektros energija. Elektra ateina iš saulės elementai arba atominė elektrinė. Darbinio skysčio šildymo būdai yra skirtingi, tačiau iš tikrųjų dažniausiai naudojamas elektros lankas. Jis pasirodė esąs labai patikimas ir gali atlaikyti daugybę paleidimų. Vandenilis naudojamas kaip darbinis skystis elektros lanko varikliuose. Naudojant elektros lankas Vandenilis kaitinamas iki labai aukštos temperatūros ir virsta plazma – elektriškai neutraliu teigiamų jonų ir elektronų mišiniu. Plazmos nutekėjimo iš variklio greitis siekia 20 km/s. Kai mokslininkai išspręs plazmos magnetinės izoliacijos nuo variklio kameros sienelių problemą, tuomet bus galima žymiai padidinti plazmos temperatūrą ir padidinti išmetimo greitį iki 100 km/s. Tais metais Sovietų Sąjungoje buvo sukurtas pirmasis elektrinis raketinis variklis. vadovaujamas (vėliau tapo sovietinių kosminių raketų variklių kūrėju ir akademiku) garsiojoje Dujų dinamikos laboratorijoje (LDL)./10/

5.Kitų tipų varikliai

Yra ir egzotiškesnių branduolinių raketų variklių konstrukcijų, kuriose skilioji medžiaga yra skystos, dujinės ar net plazminės būsenos, tačiau tokių konstrukcijų įgyvendinimas esant dabartiniam technologijų ir technologijų lygiui yra nerealus. Egzistuoja šie raketų variklių projektai, vis dar teoriniame arba laboratoriniame etape:

Impulsiniai branduolinių raketų varikliai, naudojantys mažų branduolinių užtaisų sprogimų energiją;

Termobranduoliniai raketiniai varikliai, kuriuose kaip kuras gali būti naudojamas vandenilio izotopas. Vandenilio energijos produktyvumas tokioje reakcijoje yra 6,8 * 1011 KJ/kg, tai yra maždaug dviem eilėmis didesnis už branduolio dalijimosi reakcijų produktyvumą;

Saulės buriavimo varikliai – kurie naudoja slėgį saulės šviesa(saulės vėjas), kurio egzistavimas empiriškai buvo įrodyta rusų fiziko dar 1899 m. Skaičiuodami mokslininkai nustatė, kad 1 toną sveriantis prietaisas su 500 m skersmens bure iš Žemės į Marsą gali nuskristi maždaug per 300 dienų. Tačiau saulės burės efektyvumas greitai mažėja tolstant nuo Saulės.

6.Branduoliniai raketiniai varikliai

Vienas pagrindinių skystuoju kuru varomų raketų variklių trūkumų yra susijęs su ribotu dujų srautu. Atrodo, kad branduoliniuose raketiniuose varikliuose galima panaudoti didžiulę energiją, išsiskiriančią skaidant branduolinį „kurą“, darbinei medžiagai šildyti. Branduolinių raketų variklių veikimo principas beveik nesiskiria nuo termocheminių variklių veikimo principo. Skirtumas tas, kad darbinis skystis įkaista ne dėl savo cheminės energijos, o dėl „pašalinės“ energijos, išsiskiriančios intrabranduolinės reakcijos metu. Darbinis skystis praleidžiamas per branduolinį reaktorių, kuriame vyksta atomų branduolių (pavyzdžiui, urano) dalijimosi reakcija, ir kaitinamas. Branduoliniai raketų varikliai pašalina oksidatoriaus poreikį, todėl galima naudoti tik vieną skystį. Kaip darbinį skystį patartina naudoti medžiagas, kurios leidžia varikliui išvystyti didesnę traukos jėgą. Šią sąlygą labiausiai tenkina vandenilis, po to amoniakas, hidrazinas ir vanduo. Procesai, kurių metu išsiskiria branduolinė energija, skirstomi į radioaktyviąsias transformacijas, sunkiųjų branduolių dalijimosi reakcijas ir lengvųjų branduolių sintezės reakcijas. Radioizotopų transformacijos realizuojamos vadinamuosiuose izotopų energijos šaltiniuose. Dirbtinių radioaktyviųjų izotopų savitoji masės energija (energija, kurią gali išskirti 1 kg sverianti medžiaga) yra žymiai didesnė nei cheminio kuro. Taigi 210Po jis lygus 5*10 8 KJ/kg, o energetiškai efektyviausio cheminio kuro (berilio su deguonimi) ši vertė neviršija 3*10 4 KJ/kg. Deja, kol kas nėra racionalu tokius variklius naudoti kosminėse nešančiose raketose. To priežastis – didelė izotopinės medžiagos kaina ir veikimo sunkumai. Juk izotopas nuolat išskiria energiją, net ir gabenamas specialioje talpykloje bei raketai stovint paleidimo aikštelėje. Branduoliniuose reaktoriuose naudojamas efektyvesnis kuras. Taigi, savitoji 235U (skilimo urano izotopas) masės energija yra lygi 6,75 * 10 9 KJ/kg, tai yra maždaug eilės tvarka didesnė nei 210Po izotopo. Šiuos variklius galima „įjungti“ ir „išjungti“, branduolinis kuras (233U, 235U, 238U, 239Pu) yra daug pigesnis nei izotopinis kuras. Tokiuose varikliuose kaip darbinis skystis gali būti naudojamas ne tik vanduo, bet ir efektyvesnės darbinės medžiagos – alkoholis, amoniakas, skystas vandenilis. Variklio su skystu vandeniliu savitoji trauka yra 900 s. IN paprasčiausia schema branduolinio raketinio variklio, kurio reaktorius veikia kietuoju branduoliniu kuru, darbinis skystis dedamas į baką. Siurblys tiekia jį į variklio kamerą. Purškiamas purkštukais, darbinis skystis kontaktuoja su kurą generuojančiu branduoliniu kuru, įkaista, plečiasi ir dideliu greičiu išmetamas per antgalį. Branduolinis kuras energijos atsargomis yra pranašesnis už bet kurią kitą kuro rūšį. Tada kyla logiškas klausimas: kodėl šį kurą naudojantys įrenginiai vis dar turi palyginti mažą specifinę trauką ir didelę masę? Faktas yra tas, kad kietosios fazės branduolinio raketinio variklio specifinę trauką riboja skiliosios medžiagos temperatūra, o elektrinė veikimo metu skleidžia stiprią jonizuojančiąją spinduliuotę, kuri daro žalingą poveikį gyviems organizmams. Biologinė apsauga nuo tokios spinduliuotės yra labai svarbi ir netaikoma erdvėlaiviuose. Praktiniai pokyčiai XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje Sovietų Sąjungoje ir JAV buvo pradėti gaminti branduoliniai raketiniai varikliai, naudojantys kietąjį branduolinį kurą, beveik tuo pačiu metu, kai buvo statomos pirmosios atominės elektrinės. Darbas buvo atliktas padidinto slaptumo atmosferoje, tačiau žinoma, kad tokie raketų varikliai dar nebuvo realiai panaudoti astronautikoje. Iki šiol viskas apsiribojo santykinai mažos galios izotopinių elektros energijos šaltinių naudojimu nepilotuojamuose dirbtiniuose Žemės palydovuose, tarpplanetiniuose erdvėlaiviuose ir visame pasaulyje garsiame sovietiniame „mėnulio roveris“.

7.Branduoliniai reaktyviniai varikliai, veikimo principai, impulso gavimo būdai branduoliniame varomajame variklyje.

Branduoliniai raketų varikliai gavo savo pavadinimą dėl to, kad jie sukuria trauką naudodami branduolinę energiją, tai yra energiją, kuri išsiskiria dėl branduolinių reakcijų. Bendrąja prasme šios reakcijos reiškia bet kokius atomų branduolių energetinės būsenos pokyčius, taip pat kai kurių branduolių transformacijas į kitus, susijusius su branduolių struktūros pertvarkymu arba juose esančių elementariųjų dalelių skaičiaus pasikeitimu. nukleonai. Be to, branduolinės reakcijos, kaip žinoma, gali vykti arba spontaniškai (t. y. spontaniškai) arba sukelti dirbtinai, pavyzdžiui, kai vienus branduolius bombarduoja kiti (arba elementariosios dalelės). Branduolio dalijimosi ir sintezės reakcijos energija atitinkamai milijonais ir dešimtimis milijonų kartų viršija chemines reakcijas. Tai paaiškinama tuo, kad molekulių atomų cheminio ryšio energija daug kartų mažesnė už nukleonų branduolio jungties energiją branduolyje. Branduolinė energija raketų varikliuose gali būti naudojama dviem būdais:

1. Išsiskyrusi energija naudojama darbiniam skysčiui šildyti, kuris vėliau plečiasi purkštuke, kaip ir įprastame raketiniame variklyje.

2. Atominė energija paverčiamas elektros energija, o vėliau naudojamas darbinio skysčio dalelėms jonizuoti ir pagreitinti.

3. Galiausiai impulsą sukuria patys dalijimosi produktai, susidarę proceso metu DIV_ADBLOCK265">

Analogiškai su skystojo kuro raketiniu varikliu, pradinis branduolinio varymo variklio darbinis skystis yra laikomas skystoje būsenoje varomosios sistemos bake ir tiekiamas naudojant turbosiurblį. Šiam blokui, susidedančiam iš turbinos ir siurblio, sukimo dujos gali būti gaminamos pačiame reaktoriuje.

Tokios varomosios sistemos schema parodyta paveikslėlyje.

Yra daug branduolinių variklių su dalijimosi reaktoriumi:

Kieta fazė

Dujų fazė

NRE su sintezės reaktoriumi

Impulsiniai branduoliniai varikliai ir kt

Iš visų galimų branduolinių varomųjų variklių tipų labiausiai išvystytas terminis radioizotopinis variklis ir variklis su kietosios fazės dalijimosi reaktoriumi. Bet jei radioizotopinių branduolinių varomųjų variklių charakteristikos neleidžia tikėtis plataus jų panaudojimo astronautikoje (bent jau artimiausiu metu), tai kietosios fazės branduolinių varomųjų variklių sukūrimas atveria dideles perspektyvas astronautikai. Tipiškame tokio tipo branduoliniame variklyje yra kietosios fazės reaktorius cilindro pavidalu, kurio aukštis ir skersmuo yra apie 1–2 m (jei šie parametrai yra artimi, dalijimosi neutronų nutekėjimas į aplinkinę erdvę yra minimalus). .

Reaktorius susideda iš aktyviosios zonos; šią sritį supantis atšvaitas; valdymo organai; jėgos korpusas ir kiti elementai. Šerdyje yra branduolinio kuro – skiliosios medžiagos (sodrintojo urano), esančios kuro elementuose, ir moderatoriaus arba skiediklio. Paveiksle parodytas reaktorius yra vienalytis – jame moderatorius yra kuro elementų dalis, homogeniškai sumaišytas su kuru. Moderatorius taip pat gali būti įrengtas atskirai nuo branduolinio kuro. Šiuo atveju reaktorius vadinamas heterogeniniu. Skiedikliai (tai gali būti, pavyzdžiui, ugniai atsparūs metalai – volframas, molibdenas) naudojami ypatingų savybių suteikimui skiliosioms medžiagoms.

Kietosios fazės reaktoriaus kuro elementai yra persmelkti kanalais, kuriais teka branduolinio varomojo variklio darbinis skystis, palaipsniui įkaista. Kanalų skersmuo yra apie 1-3 mm, o bendras jų plotas sudaro 20-30% aktyviosios zonos skerspjūvio. Aktyvumas yra pakabintas specialiu tinkleliu elektrinio indo viduje, kad įšilus reaktoriui galėtų plėstis (kitaip sugriūtų dėl šiluminių įtempių).

Šerdis patiria dideles mechanines apkrovas, susijusias su dideliais hidraulinio slėgio kritimais (iki kelių dešimčių atmosferų) dėl tekančio darbinio skysčio, šiluminių įtempių ir vibracijų. Aktyvios zonos dydžio padidėjimas, kai reaktorius įkaista, siekia kelis centimetrus. Aktyvi zona ir atšvaitas yra patvariame korpuse, kuris sugeria darbinio skysčio slėgį ir purkštuko sukuriamą trauką. Dėklas uždaromas patvariu dangteliu. Jame yra pneumatiniai, spyruokliniai arba elektriniai mechanizmai, skirti valdyti reguliavimo įtaisus, branduolinio varymo variklio tvirtinimo taškai prie erdvėlaivio ir flanšai, skirti branduoliniam varikliui prijungti prie darbinio skysčio tiekimo vamzdynų. Turbo siurblio blokas taip pat gali būti ant dangčio.

8 - antgalis,

9 - išsiplečiantis purkštuko antgalis,

10 - Darbinės medžiagos turbinai parinkimas,

11 - Jėgos korpusas,

12 - Valdymo būgnas,

13 - Turbinos išmetimas (naudojamas padėčiai valdyti ir traukai padidinti),

14 - Valdymo būgnų pavaros žiedas)

1957 metų pradžioje buvo nustatyta galutinė Los Alamos laboratorijos darbo kryptis, priimtas sprendimas statyti grafito branduolinį reaktorių su grafite išsklaidytu urano kuru. Šia kryptimi sukurtas reaktorius Kiwi-A buvo išbandytas 1959 metais liepos 1 d.

Amerikietiškas kietosios fazės branduolinis reaktyvinis variklis XE Prime ant bandymų stendo (1968 m.)

Los Alamos laboratorija ne tik statė reaktorių, bet ir pradėjo statyti specialią bandymų aikštelę Nevadoje, taip pat vykdė keletą specialių užsakymų iš JAV oro pajėgų susijusiose srityse (individualių TURE vienetai). Los Alamos laboratorijos vardu visus specialius atskirų komponentų gamybos užsakymus vykdė šios įmonės: „Aerojet General“, Šiaurės Amerikos aviacijos padalinys „Rocketdyne“. 1958 m. vasarą visa „Rover“ programos kontrolė buvo perduota iš Jungtinių Valstijų oro pajėgų naujai organizuotai Nacionalinei aeronautikos ir kosmoso administracijai (NASA). 1960 m. vasaros viduryje sudarius specialų susitarimą tarp AEC ir NASA, G. Finger vadovaujamas buvo suformuotas Kosmoso branduolinio varymo biuras, kuris vėliau vadovavo Rover programai.

Šešių branduolinių reaktyvinių variklių „karštų bandymų“ rezultatai buvo labai džiuginantys, todėl 1961 m. pradžioje buvo parengta ataskaita apie reaktoriaus skrydžio bandymus (RJFT). Tada, 1961 m. viduryje, buvo pradėtas projektas „Nerva“ (branduolinio variklio panaudojimas kosminėms raketoms). Generaliniu rangovu pasirinktas „Aerojet General“, o už reaktoriaus statybą atsakingas subrangovas – „Westinghouse“.

10.2 Darbas su TURE Rusijoje

Amerikos" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Amerikiečiai, rusų mokslininkai naudojo ekonomiškiausius ir efektyviausius atskirų kuro elementų bandymus tyrimų reaktoriai. Visas 70–80-aisiais atliktų darbų kompleksas leido Salyut projektavimo biurui, Cheminės automatikos projektavimo biurui, IAE, NIKIET ir NPO Luch (PNITI) plėtoti įvairius kosminių branduolinių varomųjų variklių ir hibridinių branduolinės energijos varomųjų sistemų projektus. Cheminės automatikos projektavimo biure, kuriam moksliškai vadovauja NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO Luch, MAI buvo atsakingi už reaktoriaus elementus) KIEMAS RD 0411 ir minimalaus dydžio branduolinis variklis RD 0410 trauka atitinkamai 40 ir 3,6 tonos.

Dėl to buvo pagamintas reaktorius, „šaltas“ variklis ir stendo prototipas, skirtas bandymams su vandenilio dujomis. Skirtingai nuo amerikietiškojo, kurio specifinis impulsas ne didesnis kaip 8250 m/s, sovietinio TNRE dėl karščiui atsparesnių ir pažangesnių dizaino kuro elementų bei aukštos temperatūros šerdyje šis rodiklis buvo lygus 9100 m. /s ir aukštesnė. Suolo bazė NPO „Luch“ jungtinės ekspedicijos TURE bandymams buvo įrengta 50 km į pietvakarius nuo Semipalatinsko-21 miesto. Ji pradėjo dirbti 1962 m. Į Bandymų aikštelėje buvo išbandyti pilno masto branduolinių raketų variklių prototipų kuro elementai. Šiuo atveju išmetamosios dujos pateko į uždarą išmetimo sistemą. „Baikal-1“ bandymų stendo kompleksas, skirtas viso dydžio branduolinių variklių bandymams, yra 65 km į pietus nuo Semipalatinsko-21. Nuo 1970 iki 1988 metų buvo atlikta apie 30 „karštų“ reaktorių paleidimų. Tuo pačiu metu galia neviršijo 230 MW, kai vandenilio sąnaudos buvo iki 16,5 kg/sek, o jo temperatūra reaktoriaus išėjimo angoje – 3100 K. Visi paleidimai buvo sėkmingi, be problemų ir pagal planą.

Sovietinis TNRD RD-0410 yra vienintelis veikiantis ir patikimas pramoninis branduolinis raketinis variklis pasaulyje

Šiuo metu tokie darbai aikštelėje yra sustabdyti, nors technika palaikoma sąlyginai veikiančios būklės. „NPO Luch“ bandymų stendo bazė yra vienintelis pasaulyje eksperimentinis kompleksas, kuriame galima išbandyti branduolinių varomųjų reaktorių elementus be didelių finansinių ir laiko sąnaudų. Gali būti, kad Jungtinėse Valstijose atnaujinus darbą su branduoliniais varikliais skrydžiams į Mėnulį ir Marsą pagal Kosmoso tyrimų iniciatyvos programą, planuojamą Rusijos ir Kazachstano specialistų dalyvavimą, veikla bus atnaujinta š. Semipalatinsko bazė ir „Marso“ ekspedicijos įgyvendinimas 2020 m.

Pagrindinės charakteristikos

Specifinis vandenilio impulsas: 910–980 sek(teoriškai iki 1000 sek).

· Darbinio skysčio (vandenilio) ištekėjimo greitis: 9100 - 9800 m/sek.

· Pasiekiama trauka: iki šimtų ir tūkstančių tonų.

· Maksimalios darbinės temperatūros: 3000°С - 3700°С (trumpalaikis įjungimas).

· Veikimo laikas: iki kelių tūkstančių valandų (periodinis aktyvinimas). /5/

11.Įrenginys

Sovietinio kietosios fazės branduolinio raketinio variklio RD-0410 konstrukcija

1 - linija iš darbinio skysčio bako

2 - turbo siurblio blokas

3 - valdyti būgno pavarą

4 - radiacinė apsauga

5 - reguliavimo būgnas

6 - lėtintuvas

7 - kuro rinkinys

8 - reaktoriaus indas

9 - ugnies dugnas

10 - purkštukų aušinimo linija

11- purkštukų kamera

12 - antgalis

12.Veikimo principas

Pagal savo veikimo principą TJRD yra aukštos temperatūros reaktorius-šilumokaitis, į kurį veikiant slėgiui įleidžiamas darbinis skystis (skystas vandenilis) ir kaitinamas iki aukšta temperatūra(virš 3000°C) išstumiamas per atvėsusį antgalį. Šilumos regeneracija purkštuke yra labai naudinga, nes leidžia daug greičiau įkaitinti vandenilį, o panaudojus nemažą šiluminės energijos kiekį, specifinį impulsą galima padidinti iki 1000 sek (9100-9800 m/s).

Branduolinio raketinio variklio reaktorius

MsoNormalTable">

Darbinis skystis

Tankis, g/cm3

Specifinė trauka (esant nurodytai temperatūrai šildymo kameroje, °K), sek

0,071 (skystas)

0,682 (skystas)

1 000 (skystas)

Nr. Dann

(Pastaba: slėgis šildymo kameroje yra 45,7 atm, plėtimasis iki 1 atm slėgio esant pastoviai cheminė sudėtis darbinis skystis) /6/

15.Privalumai

Pagrindinis TNRE pranašumas prieš cheminius raketų variklius yra didesnio specifinio impulso pasiekimas, didelės energijos atsargos, sistemos kompaktiškumas ir galimybė išgauti labai didelę trauką (dešimtis, šimtus ir tūkstančius tonų vakuume. Vakuume pasiekiamas savitasis impulsas yra didesnis nei panaudoto dvikomponenčio cheminio raketinio kuro (žibalo-deguonies, vandenilio-deguonies) 3-4 kartus, o dirbant didžiausiu šiluminiu intensyvumu 4-5 kartus. JAV ir Rusija turi didelę tokių variklių kūrimo ir konstravimo patirtį, o prireikus (specialios kosmoso tyrinėjimo programos) tokius variklius galima pagaminti per trumpą laiką ir kainuos pagrįstą kainą. TURE panaudojus erdvėlaivių pagreitinimui erdvėje ir papildomai naudojant perturbacijos manevrus, naudojant didelių planetų (Jupiterio, Urano, Saturno, Neptūno) gravitacinį lauką, pasiekiamos Saulės sistemos tyrimo ribos žymiai plečiasi, o laikas, reikalingas tolimas planetas pasiekti, žymiai padidėja. sumažintas. Be to, TNRE gali būti sėkmingai naudojami įrenginiams, veikiantiems žemose milžiniškų planetų orbitose, naudojant jų retą atmosferą kaip darbinį skystį, arba veikti jų atmosferoje. /8/

16.Trūkumai

Pagrindinis TNRE trūkumas yra galingas prasiskverbiančios spinduliuotės (gama spinduliuotės, neutronų) srautas, taip pat didelio radioaktyvumo urano junginių, ugniai atsparių junginių su indukuota spinduliuote ir radioaktyviųjų dujų pašalinimas su darbiniu skysčiu. Šiuo atžvilgiu TURE yra nepriimtinas paleidimui ant žemės, kad būtų išvengta aplinkos būklės pablogėjimo paleidimo vietoje ir atmosferoje. /14/

17. TURD charakteristikų tobulinimas. Hibridiniai turbopropeleriniai varikliai

Kaip ir bet kuri raketa ar bet kuris variklis apskritai, kietosios fazės branduolinis reaktyvinis variklis turi didelių apribojimų, ką galima pasiekti. svarbiausias savybes. Šie apribojimai rodo įrenginio (TJRE) nesugebėjimą veikti temperatūros diapazone, viršijančiame variklio konstrukcinių medžiagų maksimalių darbinių temperatūrų diapazoną. Norint išplėsti galimybes ir žymiai padidinti pagrindinius TNRE veikimo parametrus, gali būti naudojamos įvairios hibridinės schemos, kuriose TNRE atlieka šilumos ir energijos šaltinio vaidmenį ir naudojami papildomi fiziniai darbo skysčių pagreitinimo metodai. Patikimiausia, praktiškai įgyvendinama ir pasižyminti aukštomis specifinėmis impulsų bei traukos charakteristikomis yra hibridinė schema su papildoma MHD grandine (magnetohidrodinamine grandine), skirta jonizuoto darbinio skysčio (vandenilio ir specialių priedų) pagreitinimui. /13/

18. Branduolinių varomųjų variklių radiacijos pavojus.

Veikiantis branduolinis variklis yra galingas spinduliuotės šaltinis – gama ir neutroninė spinduliuotė. Nesiimant specialių priemonių, spinduliuotė gali sukelti nepriimtiną darbinio skysčio ir konstrukcijos šildymą erdvėlaivyje, metalinių konstrukcinių medžiagų trapumą, plastiko irimą bei guminių dalių senėjimą, elektros kabelių izoliacijos pažeidimus, elektroninės įrangos gedimus. Radiacija gali sukelti indukuotą (dirbtinį) medžiagų radioaktyvumą – jų aktyvavimą.

Šiuo metu erdvėlaivių su branduoliniais varikliais radiacinės saugos problema laikoma išspręsta iš esmės. Taip pat išspręsti esminiai klausimai, susiję su branduolinių varomųjų variklių priežiūra bandymų stenduose ir paleidimo aikštelėse. Nors veikiantis branduolinis variklis kelia pavojų aptarnaujantis personalas Jau parą po NRE operacijos pabaigos 50 m atstumu nuo NRE galima keliasdešimt minučių būti be jokių asmeninių apsaugos priemonių ir net prie jos prieiti. Paprasčiausios apsaugos priemonės leidžia techninės priežiūros personalui patekti į NRE darbo sritis netrukus po bandymo.

Paleidimo kompleksų užterštumo lygis ir aplinką, matyt, nebus kliūtis naudoti branduolinius variklius žemesnėse kosminių raketų pakopose. Radiacinio pavojaus aplinkai ir eksploatuojančiam personalui problemą iš esmės sušvelnina tai, kad vandenilis, naudojamas kaip darbinis skystis, praeinant per reaktorių praktiškai neįsijungia. Todėl branduolinio variklio reaktyvinis srautas nėra pavojingesnis už skystojo kuro raketinio variklio srovę./4/

Išvada

Svarstant branduolinių varomųjų variklių kūrimo ir panaudojimo astronautikoje perspektyvas, reikėtų vadovautis pasiektomis ir laukiamomis charakteristikomis. įvairių tipų NRE, nuo to, ką jie gali duoti astronautikai, taikymui ir, galiausiai, nuo glaudaus ryšio tarp NRE problemos ir energijos tiekimo kosmose problemos ir su energijos plėtros klausimais apskritai.

Kaip minėta pirmiau, iš visų galimų branduolinių varomųjų variklių tipų labiausiai išvystytas terminis radioizotopinis variklis ir variklis su kietosios fazės dalijimosi reaktoriumi. Bet jei radioizotopinių branduolinių varomųjų variklių charakteristikos neleidžia tikėtis plataus jų panaudojimo astronautikoje (bent jau artimiausiu metu), tai kietosios fazės branduolinių varomųjų variklių sukūrimas atveria dideles perspektyvas astronautikai.

Pavyzdžiui, buvo pasiūlytas prietaisas, kurio pradinė masė yra 40 000 tonų (t. y. maždaug 10 kartų didesnė už didžiausių šiuolaikinių raketų), 1/10 šios masės sudaro naudingoji apkrova, o 2/3 – branduolinė. mokesčiai . Jei vieną užtaisą susprogdinsite kas 3 sekundes, tada jų tiekimo užteks 10 dienų nepertraukiamam branduolinės varomosios sistemos darbui. Per šį laiką įrenginys įsibėgės iki 10 000 km/s greičio ir ateityje po 130 metų gali pasiekti žvaigždę Alpha Centauri.

Atominės elektrinės turi unikalių savybių, kurie apima praktiškai neribotą energijos intensyvumą, veikimo nepriklausomumą nuo aplinkos, atsparumą išoriniams poveikiams (kosminei spinduliuotei, meteoritų pažeidimams, aukštai ir žemai temperatūrai ir kt.). Tačiau maksimali galia branduolinių radioizotopų įrenginių vertė yra apribota iki kelių šimtų vatų. Šis apribojimas neegzistuoja atominių reaktorių elektrinėms, o tai lemia jų naudojimo pelningumą ilgalaikių sunkiųjų erdvėlaivių skrydžiams artimoje Žemės erdvėje, skrydžiuose į tolimas Saulės sistemos planetas ir kitais atvejais.

Kietosios fazės ir kitų branduolinių varomųjų variklių su dalijimosi reaktoriais privalumai labiausiai atsiskleidžia tiriant tokias sudėtingas kosmoso programas kaip pilotuojami skrydžiai į Saulės sistemos planetas (pavyzdžiui, ekspedicijos į Marsą metu). Tokiu atveju padidėjus specifiniam variklio impulsui, galima kokybiškai išspręsti naujas problemas. Visos šios problemos labai palengvėja, kai naudojamas kietosios fazės branduolinio kuro raketinis variklis, kurio specifinis impulsas dvigubai didesnis nei šiuolaikinių skystojo kuro raketų variklių. Tokiu atveju taip pat tampa įmanoma žymiai sutrumpinti skrydžio laiką.

Labiausiai tikėtina, kad artimiausiu metu kietosios fazės branduoliniai varikliai taps vienu iš labiausiai paplitusių raketų variklių. Kietosios fazės branduoliniai varikliai gali būti naudojami kaip įrenginiai tolimiems skrydžiams, pavyzdžiui, į tokias planetas kaip Neptūnas, Plutonas ir netgi skristi už Saulės sistemos ribų. Tačiau skrydžiams į žvaigždes branduolinis variklis, pagrįstas dalijimosi principais, netinka. Šiuo atveju perspektyvūs yra branduoliniai varikliai arba, tiksliau, termobranduoliniai reaktyviniai varikliai (TRE), veikiantys sintezės reakcijų principu, ir fotoniniai reaktyviniai varikliai (PRE), kurių impulso šaltinis yra medžiagos ir antimedžiagos anihiliacijos reakcija. . Tačiau greičiausiai žmonija naudos kitokį transportavimo būdą tarpžvaigždinėje erdvėje, kitaip nei reaktyvinis.

Baigdamas perfrazuosiu garsiąją Einšteino frazę – kad keliautų į žvaigždes, žmonija turi sugalvoti kažką, kas savo sudėtingumu ir suvokimu prilygtų neandertaliečiui branduoliniam reaktoriui!

LITERATŪRA

Šaltiniai:

1. "Raketos ir žmonės. 4 knyga Mėnulio lenktynės" - M: Znanie, 1999 m.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervušinas "Mūšis už žvaigždes. Kosminė akistata" - M: žinios, 1998 m.
4. L. Gilberg „Dangaus užkariavimas“ - M: Znanie, 1994 m.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. „Variklis“, „Branduoliniai erdvėlaivių varikliai“, Nr. 5 1999 m.

7. „Variklis“, „Dujų fazės branduoliniai varikliai erdvėlaiviams“,

1999 Nr.6
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., Chekalin ateities transportas.

M.: Žinios, 1983 m.

11. , Čekalino kosmoso tyrinėjimas. - M.:

Žinios, 1988 m.

12. "Energija - Buran" - žingsnis į ateitį // Mokslas ir gyvenimas.-

13. Kosmoso technologijos. - M.: Mir, 1986 m.

14., Sergejukas ir komercija. - M.: APN, 1989 m.

15.SSRS kosmose. 2005 – M.: APN, 1989 m.

16. Kelyje į giliąją erdvę // Energija. - 1985. - Nr.6.

TAIKYMAS

Pagrindinės kietųjų fazių branduolinių reaktyvinių variklių charakteristikos

Gamintojo šalis	Variklis	Trauka vakuume, kN	specifinis impulsas, sek	Projektinis darbas, metai
























	NERVA/Lox mišrus ciklas

Rusija buvo ir dabar išlieka lyderė branduolinės erdvės energetikos srityje. Tokios organizacijos kaip RSC Energia ir Roscosmos turi patirties projektuojant, konstruojant, paleidžiant ir eksploatuojant erdvėlaivius su branduolinės energijos šaltiniu. Branduolinis variklis leidžia dirbti lėktuvai daugelį metų, ne kartą didindami jų praktinį tinkamumą.

Istorinė kronika

Tuo pačiu metu, norint pristatyti tyrimų transporto priemonę į tolimų Saulės sistemos planetų orbitas, tokio branduolinio įrenginio išteklius reikia padidinti iki 5–7 metų. Įrodyta, kad kompleksas su maždaug 1 MW galios branduoline varomąja sistema kaip mokslinių tyrimų erdvėlaivio dalis leis per 5–7 metus greičiau pristatyti tolimiausių planetų dirbtinius palydovus, planetinius marsaeigius. natūralūs šių planetų palydovai ir dirvožemio pristatymas į Žemę iš kometų, asteroidų, Merkurijaus ir Jupiterio bei Saturno palydovų.

Daugkartinis vilkikas (MB)

Vienas iš svarbiausių efektyvumo didinimo būdų transporto operacijos erdvėje yra daugkartinis transporto sistemos elementų naudojimas. Ne mažesnės kaip 500 kW galios erdvėlaivių branduolinis variklis leidžia sukurti daugkartinį vilkiką ir taip žymiai padidinti kelių jungčių kosminio transporto sistemos efektyvumą. Tokia sistema ypač praverčia programoje, užtikrinančioje didelius metinius krovinių srautus. Pavyzdys galėtų būti Mėnulio tyrinėjimo programa su nuolat plečiamos gyvenamosios bazės ir eksperimentinių technologinių bei gamybos kompleksų kūrimu ir priežiūra.

Krovinių apyvartos skaičiavimas

Remiantis „RSC Energia“ projektavimo studijomis, statant bazę į Mėnulio paviršių turėtų būti atgabenti apie 10 tonų sveriantys moduliai, į Mėnulio orbitą – iki 30 tonų Bendras krovinių srautas iš Žemės statant tinkamas gyventi mėnulio bazė ir aplankyta Mėnulio orbitinė stotis įvertinta 700–800 tonų, o metinis krovinių srautas bazės funkcionavimui ir plėtrai užtikrinti – 400–500 tonų.

Tačiau branduolinio variklio veikimo principas neleidžia transporteriui pakankamai greitai įsibėgėti. Dėl ilgo transportavimo laiko ir atitinkamai daug laiko, kurį naudingoji apkrova praleidžia Žemės radiacijos juostose, ne visi kroviniai gali būti atgabenti naudojant branduolinius vilkikus. Todėl krovinių srautas, kurį galima užtikrinti branduolinių varomųjų sistemų pagrindu, vertinamas tik 100-300 tonų per metus.

Ekonominis efektyvumas

Kaip tarporbitinės transporto sistemos ekonominio efektyvumo kriterijų patartina naudoti naudingojo krovinio masės vieneto (PG) transportavimo nuo Žemės paviršiaus iki tikslinės orbitos specifinių kaštų vertę. RSC Energia sukūrė ekonominį ir matematinį modelį, kuriame atsižvelgiama į pagrindinius transporto sistemos kaštų komponentus:

sukurti ir paleisti į orbitą vilkikų modulius;
veikiančiam branduoliniam įrenginiui įsigyti;
veiklos sąnaudas, taip pat MTEP išlaidas ir galimas kapitalo sąnaudas.

Išlaidų rodikliai priklauso nuo optimalių MB parametrų. Naudojant šį modelį, lyginamoji ekonominis efektyvumas programoje panaudoti daugkartinio naudojimo vilkiką, paremtą apie 1 MW galios branduoline varomąja sistema, ir vienkartinį pažangiosiomis skystojo varymo sistemomis paremtą vilkiką, siekiant užtikrinti naudingojo krovinio, kurio bendra masė 100 tonų per metus, pristatymą nuo š. Žemę į Mėnulio orbitą 100 km aukštyje. Naudojant tą pačią nešančiąją raketą, kurios naudingoji apkrova yra lygi nešančiosios raketos „Proton-M“ naudingajai apkrovai, ir dviejų paleidimo schemą transporto sistemai sukurti, konkrečios naudingosios apkrovos masės vieneto pristatymo naudojant branduolinį vilkiką sąnaudos. bus tris kartus mažesnis nei naudojant vienkartinius vilkikus, kurių pagrindą sudaro raketos su skystais DM-3 tipo varikliais.

Išvada

Veiksmingas branduolinis variklis kosmosui prisideda prie Žemės aplinkosaugos problemų sprendimo, žmonių skrydžio į Marsą, belaidžio energijos perdavimo kosmose sistemos sukūrimo ir ypač pavojingų radioaktyviųjų atliekų šalinimo kosmose įgyvendinimo. padidintas saugumas. atominė energija, gyvenamosios Mėnulio bazės sukūrimas ir Mėnulio pramoninio vystymosi pradžia, užtikrinanti Žemės apsaugą nuo asteroidų-kometų pavojaus.

IN vienas iš skyrių„LiveJournal“ elektronikos inžinierius nuolat rašo apie branduolines ir termobranduolines mašinas – reaktorius, įrenginius, tyrimų laboratorijas, greitintuvus, taip pat apie. Naujoji Rusijos raketa, liudijimas per metinį prezidento pranešimą, sukėlė didelį tinklaraštininko susidomėjimą. Ir tai jis rado šioje temoje.

Taip, istoriškai buvo kuriamos sparnuotosios raketos su reaktyviniu branduoliniu oro varikliu: SLAM raketa JAV su reaktoriumi TORY-II, koncepcija Avro Z-59 JK, plėtra SSRS.

Modernus Avro Z-59 raketos koncepcijos atvaizdas, sveriantis apie 20 tonų.

Tačiau visas šis darbas buvo atliktas septintajame dešimtmetyje kaip įvairaus laipsnio moksliniai tyrimai ir plėtra (JAV nuėjo toliausiai, kaip aptarta toliau) ir nebuvo tęsiamas eksploatuojamų modelių forma. Mes jo negavome dėl tos pačios priežasties, kaip ir daugelis kitų atomų amžiaus kūrimo – lėktuvų, traukinių, raketų su atominėmis elektrinėmis. Visos šios parinktys Transporto priemonė Nepaisant kai kurių privalumų, kuriuos suteikia beprotiškas energijos tankis branduoliniame kure, jie turi labai rimtų trūkumų – didelę kainą, eksploatacijos sudėtingumą, nuolatinės apsaugos reikalavimus ir galiausiai nepatenkinamus kūrimo rezultatus, apie kuriuos paprastai mažai žinoma (skelbiant rezultatus). MTEP, visoms šalims naudingiau rodyti pasiekimus ir slėpti nesėkmes).

Visų pirma, sparnuotoms raketoms daug lengviau sukurti nešiklį (povandeninį laivą ar orlaivį), kuris „nutemptų“ daug raketų paleidimo įrenginių į paleidimo vietą, nei kvailioti su nedideliu laivynu (o sukurti didelį laivyną yra neįtikėtinai sunku). ) sparnuotųjų raketų, paleistų iš savo teritorijos. Universalus, pigus, masinės gamybos produktas galiausiai nugalėjo mažos apimties, brangus gaminys su dviprasmiškais pranašumais. Branduolinės sparnuotosios raketos neapsiribojo bandymais ant žemės.

Ši konceptuali 6-ojo dešimtmečio Kirgizijos Respublikos aklavietė su atominėmis elektrinėmis, mano nuomone, tebėra aktuali ir dabar, todėl pagrindinis klausimas rodomam yra „kodėl??“. Tačiau tai dar labiau išryškina problemos, kylančios kuriant, bandant ir eksploatuojant tokius ginklus, kurias aptarsime toliau.

Taigi, pradėkime nuo reaktoriaus. SLAM ir Z-59 koncepcijos buvo įspūdingo dydžio ir svorio žemai skraidančios trijų machų raketos (20 ir daugiau tonų po paleidimo stiprintuvų išmetimo). Siaubingai brangus žemai skraidantis viršgarsinis skraidymas leido maksimaliai išnaudoti praktiškai neriboto energijos šaltinio buvimą laive, be to, svarbi savybė branduolinis oro reaktyvinis variklis yra pagerintas veiklos efektyvumas (termodinaminis ciklas) didėjant greičiui, t.y. ta pati mintis, bet važiuojant 1000 km/h greičiu būtų kur kas sunkesnis ir didesnis variklis. Galiausiai, 3M šimto metrų aukštyje 1965 metais reiškė nepažeidžiamumą oro gynybai. Pasirodo, anksčiau raketų paleidimo su branduoline jėga koncepcija buvo „pririšta“ dideliu greičiu, kur koncepcijos pranašumai buvo stiprūs ir konkurentai su angliavandenilių kuru silpdavo.Rodoma raketa, mano nuomone, atrodo transoninė arba ikigarsinė (jei, žinoma, tiki, kad tai ji vaizdo įraše). Tačiau tuo pačiu metu reaktoriaus dydis gerokai sumažėjo, palyginti su TORY-II iš SLAM raketos, kur ji buvo net 2 metrai, įskaitant radialinį neutroninį reflektorių, pagamintą iš grafito

Ar išvis galima įrengti 0,4-0,6 metro skersmens reaktorių?

Pradėkime nuo iš esmės minimalaus reaktoriaus – Pu239 kiaulės. Geras pavyzdys Tokios koncepcijos įgyvendinimas yra Kilopower kosminis reaktorius, kuris vis dėlto naudoja U235. Reaktoriaus šerdies skersmuo – tik 11 centimetrų! Jei pereisime prie plutonio 239, šerdies dydis sumažės dar 1,5-2 kartus.Dabar nuo minimalus dydis pradėsime žengti link tikro branduolinio oro reaktyvinio variklio, prisimindami sunkumus.

Pats pirmas dalykas, kurį reikia pridėti prie reaktoriaus dydžio, yra atšvaito dydis – ypač Kilopower BeO patrigubina dydį. Antra, mes negalime naudoti U ar Pu ruošinių – jie tiesiog sudegs oro sraute vos per minutę. Reikalingas apvalkalas, pavyzdžiui, iš inkalorijos, atsparios momentinei oksidacijai iki 1000 C arba kitų nikelio lydinių su galima keramine danga. Taikymas didelis kiekis apvalkalo medžiaga šerdyje iš karto kelis kartus padidina reikiamą branduolinio kuro kiekį - juk dabar smarkiai išaugo „neproduktyvi“ neutronų absorbcija šerdyje!

Be to, metalinė U arba Pu forma nebetinka – šios medžiagos pačios nėra ugniai atsparios (plutonis paprastai tirpsta 634 C temperatūroje), taip pat sąveikauja su metalinių apvalkalų medžiaga. Kurą paverčiame klasikine UO2 arba PuO2 forma – gauname dar vieną medžiagos praskiedimą šerdyje, šį kartą deguonimi.

Galiausiai prisiminkime reaktoriaus paskirtį. Per jį reikia pumpuoti daug oro, kuriam atiduosime šilumą. Maždaug 2/3 erdvės užims „oro vamzdeliai“.

Dėl to minimalus aktyviosios zonos skersmuo išauga iki 40-50 cm (uranui), o reaktoriaus skersmuo su 10 centimetrų berilio reflektoriumi iki 60-70 cm. patvirtino branduolinio reaktyvinio variklio konstrukcija MITEE , skirtas skrydžiams Jupiterio atmosferoje. Šis yra visiškai popierinis projektas(pavyzdžiui, šerdies temperatūra yra 3000 K, o sienos pagamintos iš berilio, kuris gali atlaikyti daugiausia 1200 K) šerdies skersmuo, skaičiuojant iš neutronų, yra 55,4 cm, nepaisant to, kad aušinimas vandeniliu daro galima šiek tiek sumažinti kanalų, kuriais pumpuojamas aušinimo skystis, dydį.

Mano nuomone, ore skraidantį branduolinį reaktyvinį variklį galima įgrūsti į maždaug metro skersmens raketą, kuri vis dėlto nėra radikaliai didesnė už nurodytą 0,6-0,74 m, bet vis tiek kelia nerimą.. Vienaip ar kitaip, atominė elektrinė turės ~kelių megavatų galią, varoma ~10^16 skilimų per sekundę. Tai reiškia, kad pats reaktorius paviršiuje sukurs kelių dešimčių tūkstančių rentgeno spindulių lauką, o visoje raketoje – iki tūkstančio rentgenų. Net įrengus kelis šimtus kg sektoriaus apsaugos šių lygių ženkliai nesumažės, nes Neutronai ir gama spinduliai atsispindės iš oro ir „aplenks apsaugą“.

Per kelias valandas toks reaktorius pagamins ~10^21-10^22 atomus skilimo produktų c, kurių aktyvumas siekia keletą (kelių dešimčių) petabekkerelių, kurie net ir išjungus šalia reaktoriaus sukurs kelių tūkstančių rentgeno foną.

Raketos dizainas bus suaktyvintas iki maždaug 10^14 Bq, nors izotopai pirmiausia bus beta skleidėjai ir yra pavojingi tik dėl bremsstrahlung rentgeno spindulių. Pačios konstrukcijos fonas gali pasiekti dešimtis rentgeno spindulių 10 metrų atstumu nuo raketos korpuso.

Visos šios „linksmybės“ leidžia suprasti, kad tokios raketos kūrimas ir išbandymas yra užduotis ant galimo slenksčio. Reikia sukurti visą komplektą radiacijai atsparios navigacijos ir valdymo įrangos, visa tai išbandyti gana visapusiškai (radiacija, temperatūra, vibracija – ir visa tai statistikai). Skrydžio bandymai su veikiančiu reaktoriumi bet kurią akimirką gali virsti radiacine katastrofa, kai iki kelių petabekkerelių išleidžiami šimtai terabekerelių. Net ir be katastrofiškų situacijų labai tikėtinas atskirų kuro elementų slėgio sumažėjimas ir radionuklidų išsiskyrimas.

Žinoma, Rusijoje jų vis dar yra Novozemelskio bandymų aikštelė dėl kurių galima atlikti tokius bandymus, tačiau tai prieštarautų susitarimo dėl uždrausti branduolinių ginklų bandymus trijose aplinkose (draudimas įvestas siekiant užkirsti kelią sistemingai atmosferos ir vandenyno taršai radionuklidais).

Šiandien NIKIET turi projektuotojų komandą, kuri atlieka reaktoriaus projektavimo darbus ( aukštos temperatūros dujomis aušinamas RUGK , greitieji reaktoriai MBIR, ), o IPPE ir Luch atitinkamai toliau užsiima susijusiais skaičiavimais ir technologijomis. Pastaraisiais dešimtmečiais Kurchatovo institutas labiau pajudėjo prie branduolinių reaktorių teorijos.

Apibendrinant noriu pasakyti, kad sparnuotosios raketos su oro reaktyviniais varikliais ir atominės elektrinės sukūrimas paprastai yra įmanomas uždavinys, tačiau tuo pat metu labai brangus ir sudėtingas, reikalaujantis daug žmonių ir žmonių mobilizacijos. finansiniai ištekliai, man atrodo, daugiau nei visi kiti paskelbti projektai (Sarmat, Dagger, Status-6, Avangard). Labai keista, kad ši mobilizacija nepaliko nė menkiausio pėdsako. Ir svarbiausia, visiškai neaišku, kokia yra tokių ginklų įsigijimo nauda (esamų vežėjų fone) ir kaip jie gali atsverti daugybę trūkumų - radiacinės saugos, didelių sąnaudų, nesuderinamumo su strateginėmis ginklų mažinimo sutartimis. .

P.S. Tačiau „šaltiniai“ jau pradeda švelninti situaciją: „Artimas kariniam-pramoniniam kompleksui esantis šaltinis sakė Vedomosti „Raketos bandymų metu buvo užtikrinta radiacinė sauga. Branduolinė instaliacija laive buvo elektrinis maketas, teigia šaltinis.

Apie sparnuotąją raketą su „neribotu nuotoliu dėl itin galingos atominės elektrinės“, kurios matmenys yra Tomahawk (0,53 m skersmens ir 1400 kg svorio) arba X-101 (0,74 m skersmens ir 2300 kg svorio) .

Sovietinis prototipas RD-0410(GRAU indeksas – 11B91, taip pat žinomas kaip "Irgit" ir "IR-100") - pirmasis ir vienintelis sovietų branduolinis raketinis variklis

Pradėkime nuo BVP vaizdo pristatymo

Apibendrinant jausmus iš parodyto projekto, galime pasakyti, kad tai yra didžiulis netikėtumas ant to, kas buvo parodyta, nepatikimumo ribos. Pabandysiu paaiškinti kodėl.

Taip, istoriškai buvo kuriamos sparnuotosios raketos su reaktyviniu branduoliniu oro varikliu: SLAM raketa JAV su TORY-II reaktoriumi, Avro Z-59 koncepcija JK ir plėtra SSRS.

Modernus Avro Z-59 raketos koncepcijos atvaizdas, sveriantis apie 20 tonų.

Tačiau visas šis darbas buvo atliktas septintajame dešimtmetyje kaip įvairaus laipsnio moksliniai tyrimai ir plėtra (JAV nuėjo toliausiai, kaip aptarta toliau) ir nebuvo tęsiamas eksploatuojamų modelių forma. Mes jo negavome dėl tos pačios priežasties, kaip ir daugelis kitų atomų amžiaus kūrimo – lėktuvų, traukinių, raketų su atominėmis elektrinėmis. Visi šie transporto priemonių variantai, nors ir turi tam tikrų privalumų, kuriuos suteikia beprotiškas energijos tankis branduoliniame kure, turi labai rimtų trūkumų – didelę kainą, eksploatacijos sudėtingumą, nuolatinio saugumo reikalavimus ir galiausiai nepatenkinamus plėtros rezultatus, apie kuriuos paprastai mažai žinoma ( skelbiant MTEP rezultatus visoms pusėms pelningiau demonstruoti pasiekimus ir slėpti nesėkmes).

Visų pirma, sparnuotoms raketoms daug lengviau sukurti nešiklį (povandeninį laivą ar orlaivį), kuris „nutemptų“ daug raketų į paleidimo vietą, nei kvailioti su nedideliu laivynu (o sukurti didelį laivyną yra neįtikėtinai sunku) sparnuotųjų raketų, paleistų iš savo teritorijos. Universalus, pigus, masinės gamybos produktas galiausiai nugalėjo mažos apimties, brangus gaminys su dviprasmiškais pranašumais. Branduolinės sparnuotosios raketos neapsiribojo bandymais ant žemės.

Ši septintojo dešimtmečio Kirgizijos Respublikos konceptuali aklavietė su atominėmis elektrinėmis, mano nuomone, yra aktuali ir dabar, todėl pagrindinis klausimas rodomam yra „kodėl??“. Tačiau tai dar labiau išryškina problemos, kylančios kuriant, bandant ir eksploatuojant tokius ginklus, kurias aptarsime toliau.

Pasirodo, anksčiau branduolinio raketų paleidimo įrenginio koncepcija buvo „pririšta“ dideliu greičiu, kur koncepcijos pranašumai buvo stiprūs, o konkurentai su angliavandenilių kuru silpnėjo.

Mano nuomone, rodoma raketa yra transoninė arba ikigarsinė (jei, žinoma, manote, kad ji yra vaizdo įraše). Tačiau tuo pačiu metu reaktoriaus dydis žymiai sumažėjo, palyginti su TORY-II iš SLAM raketos, kur jis buvo net 2 metrai, įskaitant radialinį neutronų reflektorių iš grafito.

Pirmojo TORY-II-A bandomojo reaktoriaus šerdis surinkimo metu.

Ar išvis galima įrengti 0,4-0,6 metro skersmens reaktorių? Pradėkime nuo iš esmės minimalaus reaktoriaus – Pu239 kiaulės. Geras tokios koncepcijos įgyvendinimo pavyzdys yra „Kilopower“ kosminis reaktorius, kuris vis dėlto naudoja U235. Reaktoriaus šerdies skersmuo – tik 11 centimetrų! Jei pereisime prie plutonio 239, šerdies dydis sumažės dar 1,5-2 kartus.

Dabar nuo minimalaus dydžio pradėsime žengti link tikro branduolinio oro reaktyvinio variklio, prisimindami sunkumus. Pats pirmas dalykas, kurį reikia pridėti prie reaktoriaus dydžio, yra atšvaito dydis – ypač Kilopower BeO patrigubina dydį. Antra, mes negalime naudoti U ar Pu ruošinių – jie tiesiog sudegs oro sraute vos per minutę. Reikalingas apvalkalas, pavyzdžiui, iš inkalorijos, atsparios momentinei oksidacijai iki 1000 C arba kitų nikelio lydinių su galima keramine danga. Į šerdį įvedus didelį kiekį apvalkalo medžiagos, reikiamas branduolinio kuro kiekis iš karto padidėja kelis kartus - juk dabar smarkiai išaugo „neproduktyvi“ neutronų absorbcija šerdyje!

Galiausiai prisiminkime reaktoriaus paskirtį. Per jį reikia pumpuoti daug oro, kuriam atiduosime šilumą. maždaug 2/3 vietos užims „oro vamzdeliai“.

TORY-IIC. Kuro elementai aktyviojoje zonoje yra šešiakampiai tuščiaviduriai vamzdžiai, pagaminti iš UO2, padengti apsauginiu keraminiu apvalkalu, surinkti į incalo kuro rinkles.

Dėl to minimalus šerdies skersmuo išauga iki 40-50 cm (uranui), o reaktoriaus skersmuo su 10 centimetrų berilio reflektoriumi iki 60-70 cm. patvirtino MITEE branduolinio reaktyvinio variklio konstrukcija, skirta skrydžiams Jupiterio atmosferoje. Šio visiškai popierinio projekto (pavyzdžiui, šerdies temperatūra yra 3000 K, o sienos pagamintos iš berilio, kuris gali atlaikyti daugiausia 1200 K) šerdies skersmuo, apskaičiuotas pagal neutronines medžiagas, yra 55,4 cm, nepaisant to, kad aušinimas su vandeniliu leidžia šiek tiek sumažinti kanalų, kuriais pumpuojamas aušinimo skystis, dydį.

Atmosferinio reaktyvinio branduolinio variklio MITEE šerdies skerspjūvis ir minimalios pasiekiamos masės įvairioms šerdies geometrijos versijoms – ilgio ir kuro strypo žingsnio santykis (pirmasis skaitmuo), kuro strypų skaičius (antras skaitmuo), kuro strypų skaičius. skliausteliuose nurodyti skirtingų kompozicijų atšvaito elementai (trečiasis skaitmuo). Pasirinkimas su kuru Americium 242m pavidalu ir atšvaitu iš skysto vandenilio nekelia susidomėjimo :)

Vienaip ar kitaip, atominė elektrinė turės ~ kelių megavatų galią, varoma ~10^16 skilimų per sekundę. Tai reiškia, kad pats reaktorius paviršiuje sukurs kelių dešimčių tūkstančių rentgeno spindulių lauką, o visoje raketoje – iki tūkstančio rentgenų. Net įrengus kelis šimtus kg sektoriaus apsaugos šių lygių ženkliai nesumažės, nes Neutronai ir gama spinduliai atsispindės iš oro ir „aplenks apsaugą“. Per kelias valandas toks reaktorius pagamins ~10^21-10^22 atomus skilimo produktų c, kurių aktyvumas siekia keletą (kelių dešimčių) petabekkerelių, kurie net ir išjungus šalia reaktoriaus sukurs kelių tūkstančių rentgeno foną. Raketos dizainas bus suaktyvintas iki maždaug 10^14 Bq, nors izotopai pirmiausia bus beta skleidėjai ir yra pavojingi tik dėl bremsstrahlung rentgeno spindulių. Pačios konstrukcijos fonas gali pasiekti dešimtis rentgeno spindulių 10 metrų atstumu nuo raketos korpuso.

SLAM raketos rentgeno nuotrauka. Visos pavaros pneumatinės, valdymo įranga patalpinta spinduliuotę slopinančioje kapsulėje.

Žinoma, Rusijoje vis dar yra Novaja Zemljos poligonas, kuriame galima atlikti tokius bandymus, tačiau tai prieštaraus sutarties, draudžiančios branduolinių ginklų bandymus trijose aplinkose, dvasiai (draudimas buvo įvestas siekiant užkirsti kelią sistemingam atmosferos taršai ir vandenynas su radionuklidais).

Galiausiai įdomu, kas Rusijos Federacijoje galėtų sukurti tokį reaktorių. Tradiciškai Kurchatovo institutas (bendras projektas ir skaičiavimai), Obninsko IPPE (eksperimentiniai bandymai ir kuras) ir Luch tyrimų institutas Podolske (kuro ir medžiagų technologija) iš pradžių buvo įtraukti į aukštos temperatūros reaktorius. Vėliau NIKIET komanda įsitraukė į tokių mašinų projektavimą (pavyzdžiui, IGR ir IVG reaktoriai yra branduolinės raketos variklio RD-0410 branduolio prototipai). Šiandien NIKIET turi projektuotojų komandą, kuri projektuoja reaktorius (aukštos temperatūros dujomis aušinamas RUGK, greitieji reaktoriai MBIR), o IPPE ir Luch atitinkamai toliau užsiima susijusiais skaičiavimais ir technologijomis. Pastaraisiais dešimtmečiais Kurchatovo institutas labiau pajudėjo prie branduolinių reaktorių teorijos.

Artimiausi ore esančių NRE giminaičiai yra kosminiai NRE, išvalyti vandeniliu.

Apibendrinant noriu pasakyti, kad sparnuotosios raketos su oro reaktyviniais varikliais su atomine elektrine sukūrimas paprastai yra įmanomas uždavinys, tačiau tuo pat metu labai brangus ir sudėtingas, reikalaujantis didelių žmogiškųjų ir finansinių išteklių sutelkimo. , man atrodo, labiau nei visi kiti paskelbti projektai („Sarmat“, „Dagger“, „Status-6“, „Vanguard“). Labai keista, kad ši mobilizacija nepaliko nė menkiausio pėdsako. Ir svarbiausia, visiškai neaišku, kokia yra tokių ginklų įsigijimo nauda (esamų vežėjų fone) ir kaip jie gali atsverti daugybę trūkumų - radiacinės saugos, didelių sąnaudų, nesuderinamumo su strateginėmis ginklų mažinimo sutartimis. .

P.S. Tačiau „šaltiniai“ jau pradeda švelninti situaciją: „Artimas kariniam-pramoniniam kompleksui šaltinis „Vedomosti“ sakė, kad raketų bandymų metu buvo užtikrinta radiacinė sauga. Laive esantį branduolinį įrenginį atvaizdavo elektrinis maketas, šaltinis. sako."

RD-0410

RD-0410 naudojo nevienalyčių šiluminių neutronų reaktorių, moderatorius buvo cirkonio hidridas, neutronų reflektoriai buvo pagaminti iš berilio, branduolinis kuras buvo medžiaga, pagaminta iš urano ir volframo karbidų, apie 80% sodrinant 235 izotopu. Projekte buvo 37 kuro rinklės, padengtos šilumos izoliacija, kuri jas atskyrė nuo moderatoriaus. Konstrukcijoje buvo numatyta, kad vandenilio srautas pirmiausia praeina per reflektorių ir moderatorių, palaikydamas jų temperatūrą kambario temperatūroje, o tada patekdavo į šerdį, kur aušino kuro rinkles, įkaitindamas iki 3100 K. Stende buvo atšvaitas ir moderatorius. aušinamas atskiru vandenilio srautu.

Reaktorius buvo išbandytas daugybe bandymų, tačiau niekada nebuvo išbandytas iki galo. Nereaktoriaus komponentai buvo visiškai išnaudoti.

Labai įdomus video:

Parodyta gana daug įdomių dalykų. Matyt, devintojo dešimtmečio pabaigoje vaizdo įrašą vidiniam naudojimui sukūrė Vidutinių mašinų gamybos ministerija / Bendrosios mašinų gamybos ministerija, o 90-ųjų pradžioje ten buvo įterpti subtitrai angliškai, siekiant sudominti amerikiečius šia technologija.