Τι είναι ο πυρηνικός κινητήρας πυραύλων;
Ο πυρηνικός κινητήρας πυραύλων (NRE) είναι ένας τύπος πυραύλων
Το παραδοσιακό σύστημα πυρηνικής πρόωσης στο σύνολό του είναιένα σχέδιο που αποτελείται από έναν θάλαμο θέρμανσης με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα ως πηγή θερμότητας, ένα σύστημα παροχής ρευστού εργασίας και ένα ακροφύσιο. Το ρευστό εργασίας (συνήθως υδρογόνο) τροφοδοτείται από τη δεξαμενή στον πυρήνα του αντιδραστήρα, όπου, περνώντας από κανάλια που θερμαίνονται από την αντίδραση πυρηνικής αποσύνθεσης, θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες και στη συνέχεια εκτοξεύεται έξω μέσω του ακροφυσίου, δημιουργώντας ώθηση πίδακα.
Υπάρχουν διάφορα σχέδια του NRE:στερεή φάση, υγρή φάση και αέρια φάση - που αντιστοιχεί στη συνολική κατάσταση του πυρηνικού καυσίμου στον πυρήνα του αντιδραστήρα - στερεό, τήγμα ή αέριο υψηλής θερμοκρασίας (ή ακόμη και πλάσμα).
ΝΑΡΒΑ ΝΑΡ
Πυρηνικός πυραυλοκινητήρας στερεάς κατάστασης
Σε πυρηνικούς πυραυλοκινητήρες στερεάς φάσης (SPNRD), η σχάσιμη ουσία είναιόπως και στους συμβατικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες, τοποθετείται σε συγκροτήματα ράβδων (ράβδοι καυσίμου) πολύπλοκου σχήματος με ανεπτυγμένη επιφάνεια, η οποία καθιστά δυνατή την αποτελεσματική θέρμανση του αερίου ρευστού εργασίας (συνήθως υδρογόνο, λιγότερο συχνά αμμωνία), το οποίο είναι επίσης ένα ψυκτικό υγρό που ψύχει τα δομικά στοιχεία και τα ίδια τα συγκροτήματα.
Η θερμοκρασία θέρμανσης περιορίζεται από τη θερμοκρασίατήξη δομικών στοιχείων (όχι περισσότερο από 3000 K). Η ειδική ώθηση ενός πυρηνικού πυραυλοκινητήρα στερεάς φάσης, σύμφωνα με σύγχρονες εκτιμήσεις, θα είναι 850–900 s, που είναι περισσότερο από δύο φορές υψηλότερη από τους πιο προηγμένους χημικούς πυραυλοκινητήρες.
Οι επίγειοι επιδείκτες των τεχνολογιών TfNRD τον εικοστό αιώνα δημιουργήθηκαν και δοκιμάστηκαν επιτυχώς σε περίπτερα (πρόγραμμα NERVA στις ΗΠΑ, RD-0410 στην ΕΣΣΔ).
TFYARD
Πυρηνικός πυραυλοκινητήρας αερίου φάσης
Πυρηνικός αεριωθούμενος κινητήρας φάσης αερίου (GNRE) -ένας εννοιολογικός τύπος κινητήρα αεριωθουμένων στον οποίο η αντιδραστική δύναμη δημιουργείται από την απελευθέρωση ψυκτικού υγρού (ρευστού εργασίας) από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, στον οποίο το καύσιμο είναι σε αέρια ή πλάσμα μορφή. Πιστεύεται ότι σε τέτοιους κινητήρες η συγκεκριμένη ώθηση θα είναι 30-50 χιλιάδες m/s.
Η μεταφορά θερμότητας από το καύσιμο στο ψυκτικό επιτυγχάνεται κυρίως με ακτινοβολία, κυρίως στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος (σε θερμοκρασίες καυσίμου περίπου 25.000 ° C).
Μηχανή πυρηνικών παλμών
Ατομικά φορτία με ισχύ περίπου ένα κιλοτόνο ανάΚατά την απογείωση, θα πρέπει να εκρήγνυνται με ρυθμό μίας φόρτισης ανά δευτερόλεπτο. Το ωστικό κύμα - ένα διαστελλόμενο σύννεφο πλάσματος - υποτίθεται ότι λαμβανόταν από έναν "ωθητή" - έναν ισχυρό μεταλλικό δίσκο με προστατευτική επίστρωση από τη θερμότητα και στη συνέχεια, αντανακλάται από αυτόν, για να δημιουργήσει ώθηση πίδακα.
Η ώθηση που λαμβάνεται από την πλάκα ώθησης μέσωδομικά στοιχεία πρέπει να μεταφέρονται στο πλοίο. Στη συνέχεια, καθώς αυξάνεται το υψόμετρο και η ταχύτητα, η συχνότητα των εκρήξεων μπορεί να μειωθεί. Κατά την απογείωση, το πλοίο πρέπει να πετάξει αυστηρά κάθετα για να ελαχιστοποιηθεί η περιοχή της ραδιενεργού μόλυνσης της ατμόσφαιρας.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ανάπτυξη του διαστήματος χρησιμοποιώντας παλμικούς πυρηνικούς κινητήρες πυραύλων πραγματοποιήθηκε από το 1958 έως το 1965 ως μέρος του έργου Orion από την General Atomics, που ανέθεσε η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ.
Σύμφωνα με το έργο Orion, δεν πραγματοποιήθηκαν μόνο υπολογισμοί,αλλά και δοκιμές πλήρους κλίμακας. Δοκιμές πτήσης μοντέλων αεροσκαφών που κινούνται με ώθηση (χρησιμοποιήθηκαν συμβατικά χημικά εκρηκτικά για εκρήξεις).
Διαστημόπλοιο του έργου "Orion", σχέδιο του καλλιτέχνη
Ελήφθησαν θετικά αποτελέσματα περίπουη θεμελιώδης δυνατότητα ελεγχόμενης πτήσης μιας συσκευής με παλμικό κινητήρα. Επίσης, για τη μελέτη της αντοχής της πλάκας έλξης, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές στην ατόλη Enewetak.
Κατά τη διάρκεια πυρηνικών δοκιμών σε αυτή την ατόληΟι επικαλυμμένες με γραφίτη ατσάλινες σφαίρες τοποθετήθηκαν 9 μέτρα από το επίκεντρο της έκρηξης. Μετά την έκρηξη, οι σφαίρες βρέθηκαν ανέπαφες, ένα λεπτό στρώμα γραφίτη εξατμίστηκε (αφαιρέθηκε) από τις επιφάνειές τους.
Στην ΕΣΣΔ, ένα παρόμοιο έργο αναπτύχθηκε σε1950-1970. Η συσκευή περιείχε πρόσθετους χημικούς αεριωθούμενους κινητήρες που την εκτόξευσαν 30–40 km από την επιφάνεια της Γης. Στη συνέχεια, έπρεπε να ενεργοποιήσει τον κύριο πυρηνικό παλμικό κινητήρα.
Η ανθεκτικότητα ήταν το κύριο μέλημαμια οθόνη ώθησης που δεν μπορούσε να αντέξει τα τεράστια θερμικά φορτία από τις γειτονικές πυρηνικές εκρήξεις. Ταυτόχρονα, προτάθηκαν αρκετές τεχνικές λύσεις που επιτρέπουν την ανάπτυξη ενός σχεδιασμού πινακίδας με επαρκή πόρο. Το έργο δεν ολοκληρώθηκε. Δεν έχουν πραγματοποιηθεί πραγματικές δοκιμές παλμικού NRE με έκρηξη πυρηνικών συσκευών.
Πυρηνικό ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης
Ένα πυρηνικό ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης (NEPP) χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο με τη σειρά του χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ενός ηλεκτρικού κινητήρα πυραύλων.
Ένα παρόμοιο πρόγραμμα στις ΗΠΑ (έργο NERVA) ήτανέκλεισε το 1971, αλλά το 2020 οι Αμερικανοί επέστρεψαν σε αυτό το θέμα, διατάχοντας την ανάπτυξη ενός πυρηνικού κινητήρα θερμότητας (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) από την Gryphon Technologies για στρατιωτικούς διαστημικούς επιδρομείς σε πυρηνικούς κινητήρες για να περιπολούν το σεληνιακό και σχεδόν γήινο διάστημα, επίσης από το 2015 εργάζονται στο έργο Kilopower.
Από το 2010, οι εργασίες για το έργο έχουν ξεκινήσει στη Ρωσίαπυρηνικό ηλεκτρικό σύστημα προαγωγής κλάσης μεγαβάτ για διαστημικά συστήματα μεταφοράς (διαστημικό ρυμουλκό "Nuclon"). Για το 2021, η διάταξη επεξεργάζεται. έως το 2025, σχεδιάζεται η δημιουργία πρωτοτύπων αυτού του πυρηνικού σταθμού. ανακοινώνεται η προγραμματισμένη ημερομηνία δοκιμών πτήσης ενός διαστημικού ελκυστήρα με πυρηνικό σταθμό παραγωγής ενέργειας - 2030.
Ισχύς
Σύμφωνα με τους A.V. Bagrov, M.A. Smirnov και S.A.Smirnov, ένας πυρηνικός πυραυλοκινητήρας μπορεί να φτάσει στον Πλούτωνα σε 2 μήνες και να επιστρέψει σε 4 μήνες με κόστος 75 τόνων καυσίμων, στο Alpha Centauri σε 12 χρόνια και στο Epsilon Eridani σε 24,8 χρόνια.
Είναι ένας πυρηνικός κινητήρας επικίνδυνος;
Το κύριο μειονέκτημα είναι ο υψηλός κίνδυνος ακτινοβολίας του συστήματος πρόωσης:
- ροές διεισδυτικής ακτινοβολίας (ακτινοβολία γάμμα, νετρόνια) κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων ·
- μεταφορά πολύ ραδιενεργών ενώσεων ουρανίου και των κραμάτων του ·
- η εκροή ραδιενεργών αερίων με ένα υγρό λειτουργίας.
Η χρήση της ανακάλυψης Ρώσων επιστημόνων στον πολιτικό τομέα σχετίζεται στενά με την ασφάλεια ενός πυρηνικού σταθμού. Ήταν απαραίτητο να διασφαλιστεί η ασφάλεια των καυσαερίων του.
Η προστασία ενός μικρού πυρηνικού κινητήρα είναι μικρότερη,όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο τα νετρόνια θα διεισδύσουν στον «θάλαμο καύσης», με αποτέλεσμα να κάνουν τα πάντα γύρω μας ραδιενεργά.
Το άζωτο και το οξυγόνο έχουν ραδιενεργά ισότοπα με μικρό χρόνο ημιζωής και δεν είναι επικίνδυνα. Ο ραδιενεργός άνθρακας είναι ένα μακροχρόνιο πράγμα. Αλλά υπάρχουν και καλά νέα.
Ο ραδιενεργός άνθρακας παράγεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα από κοσμικές ακτίνες. Αλλά το πιο σημαντικό, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στον ξηρό αέρα είναι μόνο 0,02 ÷ 0,04%.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ποσοστό του άνθρακα γίνεταιραδιενεργό, η τιμή είναι ακόμη αρκετές τάξεις μεγέθους μικρότερες, προκαταρκτική μπορεί να υποτεθεί ότι η εξάτμιση των πυρηνικών κινητήρων δεν είναι πιο επικίνδυνη από την εξάτμιση ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με άνθρακα.
Θα χρησιμοποιήσουν πυρηνική μηχανή για τις τελευταίες διαστημικές πτήσεις;
Ναι, στις αρχές Φεβρουαρίου έγινε γνωστό ότι η NASAθα δοκιμάσει τον τελευταίο πυρηνικό κινητήρα για πτήσεις προς τον Άρη. Αναμένεται ότι με τη βοήθειά του θα είναι δυνατό να φτάσετε στον Κόκκινο Πλανήτη σε μόλις τρεις μήνες.
Τα τελευταία χρόνια, επιστήμονες και μηχανικοί από τη NASA και άλλες διαστημικές υπηρεσίες σε όλο τον κόσμο συζητούν ενεργά σχέδια για την κατασκευή μόνιμων κατοικήσιμων βάσεων στην επιφάνεια της Σελήνης και του Άρη.
- Ποια είναι τα πλεονεκτήματά του;
Το κύριο κλειδί για τη διασφάλιση της αυτονομίας τους καιΓια τη μείωση του κόστους κατασκευής, οι ειδικοί της NASA θεωρούν τρισδιάστατες τεχνολογίες εκτύπωσης που καθιστούν δυνατή τη χρήση νερού και τοπικών πόρων - εδάφους, βράχων και αερίων από την ατμόσφαιρα - για την κατασκευή βασικών κτιρίων επί τόπου.
Παρόμοιοι εκτυπωτές όπως φαίνεται από τις εμπειρίες του πλοίουΗ ISS και η Γη καθιστούν δυνατή την εκτύπωση σχεδόν όλων των απαραίτητων για τη ζωή των αποίκων στον Άρη, με εξαίρεση ένα, το πιο σημαντικό συστατικό της βάσης - μια πηγή ισχύος, της οποίας η ισχύς θα ήταν αρκετή για να εξασφαλίσει τη λειτουργία του Ο ίδιος ο εκτυπωτής 3D, καθώς και τροφοδοσία και θέρμανση ολόκληρης της βάσης
Στο πλαίσιο των προετοιμασιών της NASA για προσγείωση στον Άρη το 2035, η αμερικανική εταιρεία Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) από το Σιάτλ πρότεινε τη λύση της - έναν πυρηνικό θερμικό κινητήρα (NTP)
- Πώς θα είναι ο πυρηνικός κινητήρας;
Η USNT προσφέρει μια κλασική λύση - πυρηνικήκινητήρας που χρησιμοποιεί υγροποιημένο υδρογόνο ως ρευστό εργασίας: ένας πυρηνικός αντιδραστήρας παράγει θερμότητα από καύσιμο ουρανίου, αυτή η ενέργεια θερμαίνει το υγρό υδρογόνο που διέρχεται από τα ψυκτικά μέσα, το οποίο διαστέλλεται σε αέριο και αποβάλλεται μέσω του ακροφυσίου του κινητήρα, δημιουργώντας ώθηση.
Ένα από τα κύρια προβλήματα κατά τη δημιουργία αυτού του τύπουκινητήρες - βρείτε καύσιμο ουρανίου που μπορεί να αντέξει απότομες διακυμάνσεις θερμοκρασίας στο εσωτερικό του κινητήρα. Το USNT λέει ότι έχει λύσει αυτό το πρόβλημα αναπτύσσοντας ένα καύσιμο που μπορεί να λειτουργεί σε θερμοκρασίες έως 2.400 βαθμούς Κελσίου.
Το συγκρότημα καυσίμου περιέχει καρβίδιο πυριτίου:Αυτό το υλικό, που χρησιμοποιείται στο στρώμα της δομικής-ισοτροπικής επικάλυψης, σχηματίζει ένα αεροστεγές φράγμα που αποτρέπει τη διαρροή ραδιενεργών προϊόντων από τον πυρηνικό αντιδραστήρα, προστατεύοντας τους αστροναύτες.
- Ασφάλεια
Επιπλέον, για την προστασία του πληρώματος και σε περίπτωσηΣε απρόβλεπτες καταστάσεις, ο πυρηνικός κινητήρας δεν θα χρησιμοποιηθεί κατά την εκτόξευση από τη Γη - θα αρχίσει να λειτουργεί ήδη σε τροχιά προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η πιθανή ζημιά σε περίπτωση ατυχήματος ή μη φυσιολογικής λειτουργίας.
Διαβάστε περισσότερα
Κοιτάξτε μια εικόνα 8 τρισεκατομμύρια pixel του Άρη
Άμβλωση και επιστήμη: τι θα συμβεί στα παιδιά που θα γεννήσουν
Οι επιστήμονες εξηγούν γιατί το φυτό wolfia είναι το ταχύτερα αναπτυσσόμενο