Какво е ядрен ракетен двигател?
Ядреният ракетен двигател (NRE) е вид ракета
Традиционната ядрена система за задвижване като цяло еконструкция, състояща се от нагревателна камера с ядрен реактор като източник на топлина, система за подаване на работна течност и дюза. Работният флуид (обикновено водород) се подава от резервоара към активната зона на реактора, където, преминавайки през канали, нагрявани от реакцията на ядрено разпадане, се нагрява до високи температури и след това се изхвърля през дюзата, създавайки реактивна тяга.
Има различни дизайни на NRE:твърдофазна, течна фаза и газова фаза - съответстващи на общото състояние на ядреното гориво в активната зона на реактора - твърд, стопен или високотемпературен газ (или дори плазма).
ДВОР НЕРВА
Твърдофазен ядрен ракетен двигател
В твърдофазните ракетни двигатели с ядрено гориво (SPNRD) делящото се вещество екакто в конвенционалните ядрени реактори, той се поставя в прътови възли (горивни пръти) със сложна форма с развита повърхност, което позволява ефективно нагряване на газообразния работен флуид (обикновено водород, по-рядко амоняк), който също е охладител, който охлажда структурните елементи и самите възли.
Температурата на нагряване е ограничена от температурататопене на структурни елементи (не повече от 3000 K). Специфичният импулс на твърдофазен ядрен ракетен двигател, според съвременните оценки, ще бъде 850–900 s, което е повече от два пъти по-високо от най-модерните химически ракетни двигатели.
Наземни демонстратори на TfNRD технологии през ХХ век бяха създадени и успешно тествани на щандове (програмата NERVA в САЩ, RD-0410 в СССР).
TFYARD
Ядрено-ракетен двигател с газова фаза
Газофазен ядрен реактивен двигател (GNRE) -концептуален тип реактивен двигател, при който реактивната сила се създава чрез освобождаване на охлаждаща течност (работна течност) от ядрен реактор, в който горивото е в газообразна или плазмена форма. Смята се, че в такива двигатели специфичният импулс ще бъде 30–50 хиляди m/s.
Топлопредаването от горивото към охлаждащата течност се постига главно благодарение на радиацията, най-вече в ултравиолетовата област на спектъра (при температури на горивото около 25 000 ° C).
Ядрено-импулсен двигател
Атомни заряди с мощност приблизително килотона наПо време на излитане те трябва да експлодират със скорост един заряд в секунда. Ударната вълна - разширяващ се плазмен облак - трябваше да бъде получена от „тласкач“ - мощен метален диск с топлозащитно покритие и след това, отразена от него, да създаде реактивна тяга.
Импулсът, получен от тласкащата плоча презконструктивните елементи трябва да се прехвърлят на кораба. След това, с увеличаване на надморската височина и скоростта, честотата на експлозиите може да бъде намалена. По време на излитането космическият кораб трябва да лети строго вертикално, за да се сведе до минимум зоната на радиоактивно замърсяване на атмосферата.
В Съединените щати космическото развитие с използване на импулсни ядрени ракетни двигатели се извършва от 1958 до 1965 г. като част от проекта Orion от General Atomics, поръчан от американските военновъздушни сили.
За проекта Орион не бяха извършени само изчисления,но и пълномащабни тестове. Полетни тестове на импулсни модели самолети (за експлозии са използвани конвенционални химически експлозиви).
Космически кораб „Орион“, рисунка на художник
Бяха получени положителни резултати околофундаменталната възможност за контролиран полет на устройство с импулсен двигател. Също така, за да се проучи силата на теглителната плоча, бяха проведени тестове на атола Ениветак.
По време на ядрени опити на този атолстоманени сфери с графитно покритие бяха поставени на 9 м от епицентъра на експлозията. Сферите бяха открити непокътнати след експлозията; тънък слой графит се изпарява (аблира) от техните повърхности.
В СССР подобен проект е разработен в1950–1970-те години. Устройството съдържаше допълнителни химически реактивни двигатели, които го задвижваха на 30–40 км от повърхността на Земята. След това трябваше да се включи главният ядрен импулсен двигател.
Трайността беше основната грижатласкащ екран, който не може да издържи на огромните топлинни натоварвания от близките ядрени експлозии. В същото време бяха предложени няколко технически решения, които позволяват разработването на конструкция на тласкащата плоча с достатъчен ресурс. Проектът не беше завършен. Не са провеждани реални изпитвания на импулсна NRM с детонация на ядрени устройства.
Ядрена електрическа задвижваща система
За производство на електричество се използва ядрена електрическа задвижваща система (NEPP), която от своя страна се използва за захранване на електрически ракетен двигател.
Подобна програма в САЩ (проектът NERVA) бешезатворен през 1971 г., но през 2020 г. американците се върнаха към тази тема, нареждайки разработването на ядрено топлинно задвижване (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) от Gryphon Technologies за военни космически рейдъри на ядрени двигатели за патрулиране на лунното и околоземното пространство, също от 2015 г. работа по проекта Kilopower.
От 2010 г. работата по проекта започна в Русияядрена електрическа задвижваща система от мегават клас за космически транспортни системи (космически влекач "Nuclon"). Оформлението се разработва за 2021 г .; до 2025 г. се планира създаването на прототипи на тази атомна електроцентрала; обявява се планираната дата на летателни изпитания на космически трактор с атомна електроцентрала - 2030 г.
мощност
Според А. В. Багров, М. А. Смирнов и С. А.Смирнов, ядрен ракетен двигател може да стигне до Плутон за 2 месеца и да се върне обратно за 4 месеца с цена от 75 тона гориво, до Алфа Кентавър за 12 години и до Епсилон Еридани за 24,8 години.
Опасен ли е ядреният двигател?
Основният недостатък е високата радиационна опасност на задвижващата система:
- потоци от проникваща радиация (гама-лъчение, неутрони) при ядрени реакции;
- пренос на силно радиоактивни уранови съединения и неговите сплави;
- изтичането на радиоактивни газове с работна течност.
Използването на откритието на руски учени в цивилния сектор е тясно свързано с безопасността на атомната електроцентрала. Беше необходимо да се осигури безопасността на отработените му газове.
Защитата на малък ядрен двигател е по-малка,колкото по-голям е, така че неутроните ще проникнат в „горивната камера“, като по този начин с известна вероятност ще направят всичко наоколо радиоактивно.
Азотът и кислородът имат радиоактивни изотопи с кратък полуживот и не са опасни. Радиоактивният въглерод е дълголетно нещо. Но има и добри новини.
Радиоактивният въглерод се генерира в горните слоеве на атмосферата от космически лъчи. Но най-важното е, че концентрацията на въглероден диоксид в сух въздух е само 0,02 ÷ 0,04%.
Като се има предвид, че процентът на въглерод ставарадиоактивен, стойността все още е с няколко порядъка по-малка, предварително може да се предположи, че изпускателната тръба на ядрените двигатели не е по-опасна от изпускателната тръба на въглищна електроцентрала.
Ще използват ли ядрен двигател за най-новите космически полети?
Да, в началото на февруари стана известно, че НАСАще тества най-новия ядрен двигател за полети до Марс. Очаква се с негова помощ да бъде възможно да се стигне до Червената планета само за три месеца.
През последните години учени и инженери от НАСА и други космически агенции по света активно обсъждат плановете за изграждане на постоянни обитаеми бази на повърхността на Луната и Марс.
- Какви са неговите предимства?
Основният ключ за осигуряване на тяхната автономност иЗа да се намалят разходите за строителство, експертите на НАСА обмислят триизмерни технологии за печат, които правят възможно използването на вода и местни ресурси - почва, скали и газове от атмосферата - за изграждане на базови сгради на място.
Подобни принтери, както е показано на бордовия опитМКС и на Земята правят възможно отпечатването на почти всичко необходимо за живота на колонистите на Марс, с изключение на един, най-важният компонент на базата - източник на захранване, чиято мощност би била достатъчна, за да осигури работата на 3D принтера самата, както и захранване и отопление на цялата основа.
Като част от подготовката на НАСА за кацане на Марс през 2035 г., американската компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) от Сиатъл предложи своето решение - ядрен топлинен двигател (NTP)
- Какъв ще бъде ядреният двигател?
USNT предлага класическо решение – ядренодвигател, използващ втечнен водород като работна течност: ядрен реактор произвежда топлина от ураново гориво, тази енергия загрява течния водород, преминаващ през охлаждащите течности, който се разширява в газ и се изхвърля през дюзата на двигателя, създавайки тяга.
Един от основните проблеми при създаването на този виддвигатели - намерете ураново гориво, което може да издържи на внезапни температурни колебания вътре в двигателя. USNT казва, че е решил този проблем чрез разработване на гориво, което може да работи при температури до 2400 градуса по Целзий.
Горивният възел съдържа силициев карбид:Този материал, използван в слоя на триструктурно-изотропното покритие, образува газонепропусклива бариера, която предотвратява изтичането на радиоактивни продукти от ядрения реактор, защитавайки астронавтите.
- безопасност
Освен това, за защита на екипажа и в случайВ непредвидени ситуации ядреният двигател няма да се използва по време на изстрелване от Земята - той ще започне да работи вече в орбита, за да сведе до минимум възможните щети в случай на авария или необичайна работа.
Прочетете още
Погледнете изображение на Марс с 8 трилиона пиксела
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат
Учените обясняват защо растението вълка е най-бързо растящото