Hvad er en nuklear raketmotor?
Nuklear raketmotor (NRE) er en type raket
Det traditionelle nukleare fremdriftssystem som helhed eret design bestående af et varmekammer med en atomreaktor som varmekilde, et arbejdsvæskeforsyningssystem og en dyse. Arbejdsvæsken (normalt brint) tilføres fra tanken til reaktorkernen, hvor den passerer gennem kanaler, der er opvarmet af den nukleare henfaldsreaktion, opvarmes til høje temperaturer og derefter kastes ud gennem dysen, hvilket skaber stråletryk.
Der er forskellige designs af NRE:fastfase, flydende fase og gasfase - svarende til den samlede tilstand af nukleart brændstof i reaktorkernen - fast, smelte- eller højtemperaturgas (eller endda plasma).
YARD NERVA
Fastfaset nuklear raketmotor
I fastfase nukleare drivmiddel raketmotorer (SPNRD) er det fissile stofsom i konventionelle atomreaktorer placeres den i stavsamlinger (brændselsstave) af kompleks form med en udviklet overflade, som gør det muligt effektivt at opvarme den gasformige arbejdsvæske (normalt brint, sjældnere ammoniak), som også er et kølemiddel, der køler konstruktionselementerne og selve samlingerne.
Opvarmningstemperatur begrænset af temperatursmeltning af strukturelle elementer (ikke mere end 3000 K). Den specifikke impuls af en fastfase nuklear raketmotor vil ifølge moderne skøn være 850-900 s, hvilket er mere end dobbelt så højt som de mest avancerede kemiske raketmotorer.
Jorddemonstranter af TfNRD-teknologier i det tyvende århundrede blev oprettet og testet med succes på stande (NERVA-programmet i USA, RD-0410 i USSR).
TFYARD
Gasfase nuklear raketmotor
Gasfase nuklear jetmotor (GNRE) -en konceptuel type jetmotor, hvor reaktiv kraft skabes ved frigivelse af et kølemiddel (arbejdsvæske) fra en atomreaktor, hvor brændstoffet er i gasform eller plasmaform. Det antages, at i sådanne motorer vil den specifikke impuls være 30-50 tusind m/s.
Varmeoverførsel fra brændstoffet til kølemidlet opnås hovedsageligt på grund af stråling, hovedsagelig i det ultraviolette område af spektret (ved brændstoftemperaturer på ca. 25.000 ° C).
Kernepulsmotor
Atomladninger med en effekt på cirka et kiloton prUnder takeoff bør de eksplodere med en hastighed på en ladning i sekundet. Chokbølgen - en ekspanderende plasmasky - skulle blive modtaget af en "pusher" - en kraftig metalskive med en varmebeskyttende belægning og derefter, reflekteret fra den, for at skabe stråletryk.
Impulsen modtaget af skubberpladen igennemstrukturelle elementer skal overføres til skibet. Når højden og hastigheden øges, kan frekvensen af eksplosionerne reduceres. Under start skal rumfartøjet flyve strengt lodret for at minimere området med radioaktiv forurening af atmosfæren.
I USA blev rumudvikling ved hjælp af pulserende nukleare raketmotorer udført fra 1958 til 1965 som en del af Orion-projektet af General Atomics, bestilt af det amerikanske luftvåben.
For Orion-projektet blev der ikke kun udført beregninger,men også test i fuld skala. Flyvetest af impulsdrevne flymodeller (konventionelle kemiske sprængstoffer blev brugt til eksplosioner).
Orion-projekt rumfartøj, kunstnerens tegning
Positive resultater blev opnået caden grundlæggende mulighed for kontrolleret flyvning af en enhed med en pulsmotor. For at studere styrken af trækpladen blev der også udført test på Enewetak Atoll.
Under atomprøver på denne atollgrafitbelagte stålkugler blev anbragt 9 m fra eksplosions-episoden. Efter eksplosionen blev kuglerne fundet intakte, et tyndt lag grafit fordampet (fjernet) fra deres overflader.
I USSR blev et lignende projekt udviklet i1950-1970'erne. Enheden indeholdt yderligere kemiske jetmotorer, der drev den 30-40 km fra jordens overflade. Så skulle den tænde for den vigtigste atompulsmotor.
Holdbarhed var den største bekymringen skubbeskærm, der ikke kunne modstå de enorme varmebelastninger fra nærliggende atomeksplosioner. Samtidig blev der foreslået adskillige tekniske løsninger, der muliggør udvikling af et skubbepladedesign med en tilstrækkelig ressource. Projektet blev ikke afsluttet. Der er ikke udført reelle test af pulserende NRM med detonation af nukleare enheder.
Nukleart elektrisk fremdrivningssystem
Et kernekraftfremdrivningssystem (NPP) bruges til at generere elektricitet, som igen bruges til at drive en elektrisk raketmotor.
Et lignende program i USA (NERVA-projekt) varudfaset i 1971, men i 2020 vendte amerikanerne tilbage til dette emne og beordrede udviklingen af en nuklear termisk fremdrift (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) fra Gryphon Technologies til militære rumangreb på nukleare motorer til at patruljere månens og det nærmeste jordrum, starter også fra 2015 arbejdet med Kilopower-projektet.
Siden 2010 er arbejdet med projektet begyndt i Ruslandnukleart elektrisk fremdrivningssystem i megawatt-klasse til rumtransportsystemer (rumtræk "Nuclon"). Layoutet udvikles til 2021; inden 2025 er det planlagt at oprette prototyper af dette atomkraftværk; den planlagte dato for flyvetest af en rumtraktor med et atomkraftværk annonceres - 2030.
magt
Ifølge A.V. Bagrov, M.A. Smirnov og S.A.Smirnov, en nuklear raketmotor kan komme til Pluto på 2 måneder og vende tilbage om 4 måneder ved at bruge 75 tons brændstof, til Alpha Centauri om 12 år og til Epsilon Eridani om 24,8 år.
Er en nuklear motor farlig?
Den største ulempe er fremdrivningssystemets høje strålingsfare:
- strømme af gennemtrængende stråling (gammastråling, neutroner) i nukleare reaktioner;
- overførsel af stærkt radioaktive uranforbindelser og legeringer deraf;
- udstrømningen af radioaktive gasser med en arbejdsfluid.
Anvendelsen af opdagelsen af russiske forskere i den civile sektor er tæt knyttet til sikkerheden ved et atomkraftværk. Det var nødvendigt at sikre sikkerheden af dens udstødning.
Beskyttelsen af en lille atommotor er mindre,jo større den er, så vil neutroner trænge ind i "forbrændingskammeret", og derved med en vis sandsynlighed gøre alt omkring radioaktivt.
Kvælstof og ilt har radioaktive isotoper med en kort halveringstid og er ikke farlige. Radioaktivt kulstof er en langvarig ting. Men der er også gode nyheder.
Radioaktivt kulstof genereres i den øvre atmosfære af kosmiske stråler. Men vigtigst af alt er koncentrationen af kuldioxid i tør luft kun 0,02 ÷ 0,04%.
I betragtning af at procentdelen af kulstof bliverradioaktivt, er værdien stadig flere størrelsesordener mindre, indledningsvis kan det antages, at udstødningen fra nukleare motorer ikke er farligere end udstødningen fra et kulfyret kraftværk.
Skal de bruge en atommotor til de seneste rumflyvninger?
Ja, i begyndelsen af februar blev det kendt, at NASAvil teste den seneste nukleare motor til flyvninger til Mars. Det forventes, at det med sin hjælp vil være muligt at nå den røde planet på bare tre måneder.
I de senere år har forskere og ingeniører fra NASA og andre rumagenturer rundt om i verden aktivt diskuteret planer om at opføre permanente beboelige baser på overfladen af Månen og Mars.
- Hvad er fordelene ved det?
Hovednøglen til at sikre deres autonomi ogFor at reducere omkostningerne ved byggeri overvejer NASA-eksperter tredimensionelle udskrivningsteknologier, der gør det muligt at bruge vand og lokale ressourcer - jord, klipper og gasser fra atmosfæren - til at bygge basisbygninger på stedet.
Lignende printere som vist om bordISS og på jorden gør det muligt at udskrive næsten alt, hvad der er nødvendigt for kolonisternes liv på Mars, med undtagelse af en, den vigtigste komponent i basen - en strømkilde, hvis kraft ville være tilstrækkelig til at drive selve 3D-printeren samt kraft og varme hele basen op.
Som en del af NASAs forberedelser til landing på Mars i 2035 foreslog det amerikanske firma Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) fra Seattle sin løsning - en nuklear termisk motor (NTP)
- Hvordan vil kernemotoren være?
USNT tilbyder en klassisk løsning - nuklearmotor, der bruger flydende brint som arbejdsvæske: en atomreaktor producerer varme fra uranbrændsel, denne energi opvarmer det flydende brint, der passerer gennem kølevæsken, som udvider sig til en gas og udstødes gennem motordysen, hvilket skaber tryk.
Et af hovedproblemerne ved oprettelse af denne typemotorer - find uranbrændstof, der kan modstå pludselige temperaturudsving inde i motoren. USNT siger, at det har løst dette problem ved at udvikle et brændstof, der kan fungere ved temperaturer op til 2.400 grader Celsius.
Brændstofsamlingen indeholder siliciumcarbid:Dette materiale, der anvendes i laget af trisstrukturel-isotrop belægning, danner en gastæt barriere, der forhindrer lækage af radioaktive produkter fra atomreaktoren og beskytter astronauterne.
- sikkerhed
Derudover for at beskytte besætningen og i tilfældeI uforudsete situationer vil kernemotoren ikke blive brugt under lanceringen fra Jorden - den begynder at arbejde allerede i kredsløb for at minimere mulig skade i tilfælde af en ulykke eller unormal drift.
Læs mere
Se på et billede på 8 billioner pixel af Mars
Abort og videnskab: hvad vil der ske med de børn, der føder
Forskere forklarer, hvorfor wolfia-planten er den hurtigst voksende