Co je to jaderný raketový motor?
Nuclear rocket engine (NRE) je typ rakety
Tradiční jaderný pohonný systém jako celek jekonstrukce sestávající z topné komory s jaderným reaktorem jako zdrojem tepla, systému přívodu pracovní tekutiny a trysky. Pracovní tekutina (obvykle vodík) je přiváděna z nádrže do aktivní zóny reaktoru, kde se průchodem kanálky zahřátými reakcí jaderného rozpadu zahřeje na vysoké teploty a poté tryskou vyvrhne, čímž se vytvoří proudový tah.
Existují různé vzory NRE:pevná fáze, kapalná fáze a plynná fáze - odpovídající agregovanému stavu jaderného paliva v aktivní zóně reaktoru - pevný, roztavený nebo vysokoteplotní plyn (nebo dokonce plazma).
YARD NERVA
Polovodičový jaderný raketový motor
V raketových motorech s jaderným pohonem na pevnou fázi (SPNRD) je štěpnou látkoustejně jako v klasických jaderných reaktorech je umístěn v tyčových sestavách (palivových tyčích) složitého tvaru s vyvinutým povrchem, který umožňuje efektivně ohřívat plynnou pracovní tekutinu (obvykle vodík, méně často čpavek), která je zároveň chladivem, které ochlazuje konstrukční prvky a samotné sestavy.
Teplota ohřevu omezená teplotouroztavení konstrukčních prvků (ne více než 3000 K). Specifický impuls jaderného raketového motoru na pevnou fázi bude podle moderních odhadů 850–900 s, což je více než dvakrát více než u nejpokročilejších chemických raketových motorů.
Byli vytvořeni pozemní demonstranti technologií TfNRD ve 20. století a úspěšně testováni na stáncích (program NERVA v USA, RD-0410 v SSSR).
TFYARD
Jaderný raketový motor v plynné fázi
Plynový jaderný proudový motor (GNRE) -koncepční typ proudového motoru, ve kterém reaktivní síla vzniká uvolňováním chladiva (pracovní tekutiny) z jaderného reaktoru, ve kterém je palivo v plynné nebo plazmové formě. Předpokládá se, že v takových motorech bude specifický impuls 30–50 tisíc m/s.
Přenosu tepla z paliva do chladicí kapaliny se dosahuje hlavně zářením, většinou v ultrafialové oblasti spektra (při teplotách paliva kolem 25 000 ° C).
Jaderný pulzní motor
Atomové náboje o síle přibližně kilotuny zaBěhem vzletu by měly explodovat rychlostí jednoho nabití za sekundu. Rázová vlna - rozpínající se plazmový oblak - měla být přijata „tlačným zařízením“ - výkonným kovovým diskem s tepelně ochranným povlakem a poté, odražena od něj, vytvořit proudový tah.
Impuls přijímaný tlačnou deskou skrzkonstrukční prvky musí být přeneseny na loď. Poté, jak se zvyšuje nadmořská výška a rychlost, lze snížit frekvenci výbuchů. Během vzletu musí kosmická loď létat striktně vertikálně, aby se minimalizovala oblast radioaktivní kontaminace atmosféry.
Ve Spojených státech byl vesmírný vývoj využívající pulzní jaderné raketové motory prováděn v letech 1958 až 1965 v rámci projektu Orion společností General Atomics na příkaz amerického letectva.
U projektu Orion nebyly provedeny pouze výpočty,ale také testy v plném rozsahu. Letové zkoušky impulsních modelů letadel (k výbuchům byly použity konvenční chemické výbušniny).
Kosmická loď projektu Orion, kresba umělce
Pozitivních výsledků bylo dosaženo ozásadní možnost řízeného letu zařízení s pulzním motorem. Také pro studium pevnosti trakční desky byly provedeny testy na atolu Enewetak.
Během jaderných testů na tomto atolugrafitem potažené ocelové koule byly umístěny 9 m od epicentra výbuchu. Koule byly po výbuchu nalezeny neporušené; z jejich povrchů se odpařila (odstranila) tenká vrstva grafitu.
V SSSR byl podobný projekt vyvinut v r1950–1970. Zařízení obsahovalo další chemické proudové motory, které jej poháněly 30–40 km od povrchu Země. Poté se měl zapnout hlavní jaderný pulzní motor.
Hlavním zájmem byla trvanlivostzatlačovací clona, která nemohla odolat obrovskému tepelnému zatížení z blízkých jaderných výbuchů. Současně bylo navrženo několik technických řešení, která umožňují vývoj konstrukce tlačné desky s dostatečným zdrojem. Projekt nebyl dokončen. Nebyly provedeny žádné skutečné testy pulzních NRM s detonací jaderných zařízení.
Jaderný elektrický pohonný systém
Jaderný elektrický pohonný systém (NPP) se používá k výrobě elektřiny, která se zase používá k pohonu elektrického raketového motoru.
Podobný program v USA (projekt NERVA) byluzavřena v roce 1971, ale v roce 2020 se Američané k tomuto tématu vrátili a nařídili vývoj jaderného tepelného pohonu (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) od společnosti Gryphon Technologies pro vojenské vesmírné nájezdníky na jaderných motorech, které budou hlídat měsíční a blízkozemský prostor od roku 2015 práce na projektu Kilopower.
Od roku 2010 začaly práce na projektu v Ruskujaderný elektrický pohonný systém megawattové třídy pro systémy vesmírné dopravy (kosmický remorkér „Nuclon“). Rozvržení se vyvíjí pro rok 2021; do roku 2025 se plánuje vytvoření prototypů této jaderné elektrárny; je oznámeno plánované datum letových zkoušek vesmírného traktoru s jadernou elektrárnou - 2030.
Napájení
Podle A.V. Bagrova, M.A. Smirnova a S.A.Smirnov, jaderný raketový motor, se může dostat na Pluto za 2 měsíce a vrátit se zpět za 4 měsíce se 75 tunami paliva, na Alpha Centauri za 12 let a na Epsilon Eridani za 24,8 let.
Je jaderný motor nebezpečný?
Hlavní nevýhodou je vysoké radiační riziko pohonného systému:
- toky pronikajícího záření (gama záření, neutrony) v jaderných reakcích;
- přenos vysoce radioaktivních sloučenin uranu a jeho slitin;
- odtok radioaktivních plynů s pracovní tekutinou.
Využití objevu ruských vědců v civilním sektoru úzce souvisí s bezpečností jaderné elektrárny. Bylo nutné zajistit bezpečnost jeho výfuku.
Ochrana malého jaderného motoru je menší,čím je větší, tak neutrony proniknou do „spalovací komory“, čímž se s určitou pravděpodobností stane vše kolem radioaktivní.
Dusík a kyslík mají radioaktivní izotopy s krátkým poločasem rozpadu a nejsou nebezpečné. Radioaktivní uhlík je věc s dlouhou životností. Ale jsou tu i dobré zprávy.
Radioaktivní uhlík je generován v horních vrstvách atmosféry kosmickými paprsky. Ale co je nejdůležitější, koncentrace oxidu uhličitého v suchém vzduchu je pouze 0,02 ÷ 0,04%.
Vzhledem k tomu, že se procento uhlíku stáváradioaktivní, hodnota je stále o několik řádů menší, předběžně lze předpokládat, že výfuk jaderných motorů není nebezpečnější než výfuk z uhelné elektrárny.
Budou pro nejnovější lety do vesmíru používat jaderný motor?
Ano, počátkem února vyšlo najevo, že NASAotestuje nejnovější jaderný motor pro lety na Mars. Očekává se, že s jeho pomocí bude možné dosáhnout Rudé planety za pouhé tři měsíce.
V posledních letech vědci a inženýři z NASA a dalších kosmických agentur z celého světa aktivně diskutují o plánech na vybudování trvalých obyvatelných základen na povrchu Měsíce a Marsu.
- Jaké jsou jeho výhody?
Hlavním klíčem k zajištění jejich autonomie aAby se snížily náklady na stavbu, odborníci NASA uvažují o trojrozměrných tiskových technologiích, které umožňují využívat vodu a místní zdroje - půdu, kameny a plyny z atmosféry - k stavbě základních budov na místě.
Podobné tiskárny, jak ukazují zkušenosti na paluběISS a na Zemi umožňují tisknout téměř vše potřebné pro život kolonistů na Marsu, s výjimkou jedné, nejdůležitější součásti základny - zdroje energie, jehož výkon by byl dostatečný k napájení samotné 3D tiskárny , stejně jako napájení a ohřev celé základny.
V rámci příprav NASA na přistání na Marsu v roce 2035 navrhla americká společnost Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) ze Seattlu své řešení - jaderný termální motor (NTP)
- Jaký bude jaderný motor?
USNT nabízí klasické řešení – jadernémotor využívající jako pracovní tekutinu zkapalněný vodík: jaderný reaktor vyrábí teplo z uranového paliva, tato energie ohřívá kapalný vodík procházející chladícími kapalinami, který expanduje do plynu a je vypuzován tryskou motoru a vytváří tah.
Jeden z hlavních problémů při vytváření tohoto typumotory – najděte uranové palivo, které odolá náhlým teplotním výkyvům uvnitř motoru. USNT tvrdí, že tento problém vyřešila vyvinutím paliva, které může fungovat při teplotách až 2400 stupňů Celsia.
Palivová soustava obsahuje karbid křemíku:Tento materiál, použitý ve vrstvě třístrukturálně-izotropního povlaku, tvoří plynotěsnou bariéru, která brání úniku radioaktivních produktů z jaderného reaktoru a chrání astronauty.
- Bezpečnost
Navíc pro ochranu posádky a pro případV nepředvídaných situacích nebude jaderný motor použit při startu ze Země - začne pracovat již na oběžné dráze, aby se minimalizovalo možné poškození v případě nehody nebo abnormálního provozu.
Přečtěte si více
Podívejte se na obraz Marsu o 8 bilionech pixelů
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí
Vědci vysvětlují, proč je rostlina wolfia nejrychleji rostoucí