Mikä on ydinrakettimoottori?
Ydinrakettimoottori (NRE) on eräänlainen raketti
Perinteinen ydinvoimajärjestelmä kokonaisuudessaan onrakenne, joka koostuu lämmityskammiosta, jossa on ydinreaktori lämmönlähteenä, käyttönesteen syöttöjärjestelmästä ja suuttimesta. Työneste (yleensä vety) syötetään säiliöstä reaktorin sydämeen, jossa se kulkiessaan ydinhajoamisreaktiolla kuumennettujen kanavien läpi kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin ja heitetään sitten ulos suuttimen läpi, jolloin syntyy suihkun työntövoima.
NRE: tä on useita malleja:kiinteäfaasi-, nestefaasi- ja kaasufaasi - joka vastaa ydinpolttoaineen aggregaattitilaa reaktorisydämessä - kiinteä, sula tai korkean lämpötilan kaasu (tai jopa plasma).
Pihan hermo
Kiinteän tilan ydinrakettimoottori
Kiinteän faasin ydinpolttoaineen raketimoottoreissa (SPNRD) halkeamiskelpoinen aine ontavanomaisten ydinreaktorien tapaan se sijoitetaan monimutkaisiin sauvakokoonpanoihin (polttoainesauvat), joiden pinta on kehittynyt, mikä mahdollistaa kaasumaisen käyttönesteen (yleensä vety, harvemmin ammoniakki) tehokkaan lämmittämisen, joka on myös jäähdytysneste, joka jäähdyttää rakenneosat ja itse kokoonpanot.
Lämmityslämpötilaa rajoittaa lämpötilarakenneosien sulatus (enintään 3000 K). Kiinteän faasin ydinrakettimoottorin ominaisimpulssi on nykyaikaisten arvioiden mukaan 850–900 s, mikä on yli kaksi kertaa niin korkea kuin edistyneimmät kemialliset rakettimoottorit.
TfNRD-tekniikoiden perustajat 1900-luvulla luotiin ja testattiin onnistuneesti osastoilla (NERVA-ohjelma Yhdysvalloissa, RD-0410 Neuvostoliitossa).
TUOLI
Kaasuvaiheen ydinrakettimoottori
Kaasufaasinen ydinsuihkumoottori (GNRE) -käsitteellinen suihkumoottorityyppi, jossa reaktiivinen voima syntyy vapauttamalla jäähdytysnestettä (työnestettä) ydinreaktorista, jossa polttoaine on kaasu- tai plasmamuodossa. Uskotaan, että tällaisissa moottoreissa ominaisimpulssi on 30–50 tuhatta m/s.
Lämmönsiirto polttoaineesta jäähdytysnesteeseen saavutetaan pääasiassa säteilyllä, lähinnä spektrin ultraviolettialueella (polttoainelämpötilassa noin 25 000 ° C).
Ydinpulssimoottori
Atomivarauksia, joiden teho on noin kilotonni perLentoonlähdön aikana niiden pitäisi räjähtää nopeudella yksi lataus sekunnissa. Iskuaallon - laajenevan plasmapilven - piti ottaa vastaan "työntäjä" - voimakas metallilevy, jossa on lämpösuojapinnoite, ja sitten siitä heijastuneena luoda suihkun työntövoima.
Työntölevyn läpi saama impulssirakenneosat on siirrettävä alukselle. Sitten, kun korkeus ja nopeus kasvavat, räjähdysten taajuutta voidaan vähentää. Lentoonlähdön aikana aluksen on lennettävä tiukasti pystysuorassa, jotta ilmakehän radioaktiivisen saastumisen alue voidaan minimoida.
Yhdysvalloissa avaruuskehitystä pulssimaisia ydinrakettimoottoreita käytettiin vuosina 1958–1965 osana Yhdysvaltojen ilmavoimien tilaamaa General Atomicsin Orion-projektia.
Orion-projektin mukaan ei suoritettu vain laskelmia,mutta myös täysimittaisia testejä. Impulssikäyttöisten lentokonemallien lentokokeet (räjähdyksiin käytettiin tavanomaisia kemiallisia räjähteitä).
Orion-projektin avaruusalus, taiteilijan piirustus
Positiivisia tuloksia saatiin npulssimoottorilla varustetun laitteen ohjatun lennon perustavanlaatuinen mahdollisuus. Myös vetolevyn lujuuden tutkimiseksi tehtiin testejä Enewetakin atollilla.
Tämän atollin ydinkokeiden aikanagrafiittipäällysteiset teräspallot sijoitettiin 9 m: n päähän räjähdyksen epicentristä. Räjähdyksen jälkeen pallot löydettiin ehjinä, ohut grafiittikerros haihtui (poistettiin) pinnoistaan.
Neuvostoliitossa vastaava hanke kehitettiin vuonna1950-1970 luvut. Laite sisälsi muita kemiallisia suihkumoottoreita, jotka kuljettivat sitä 30–40 km:n päässä maanpinnasta. Sitten sen piti käynnistää pääydinpulssimoottori.
Kestävyys oli suurin huolenaihetyöntöseula, joka ei kestä lähellä olevien ydinräjähdysten aiheuttamia valtavia lämpökuormia. Samanaikaisesti ehdotettiin useita teknisiä ratkaisuja, jotka mahdollistavat työntölevyn suunnittelun riittävillä resursseilla. Hanketta ei saatu päätökseen. Pulssi-NRE: n todellisia testejä ydinlaitteiden räjäyttämisellä ei ole tehty.
Sähköinen ydinvoimajärjestelmä
Sähkön tuottamiseen käytetään ydinsähkökäyttöistä järjestelmää (NEPP), jota puolestaan käytetään sähkörakettimoottorin käyttämiseen.
Vastaava ohjelma Yhdysvalloissa (NERVA-projekti) olisuljettiin vuonna 1971, mutta vuonna 2020 amerikkalaiset palasivat tähän aiheeseen ja tilasivat Gryphon Technologiesilta ydinlämpömoottorin (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) kehittämisen myös ydinmoottoreiden sotilaallisiin avaruushyökkääjiin kuun ja maan lähellä olevan avaruuden partioimiseksi. vuodesta 2015 lähtien työskennellyt Kilopower-projektissa.
Vuodesta 2010 lähtien projekti on aloitettu Venäjällämegawattiluokan ydinvoimalaitos avaruusliikennejärjestelmille (avaruushinaaja "Nuclon"). Vuotta 2021 varten ulkoasua laaditaan; vuoteen 2025 mennessä suunnitellaan tämän ydinvoimalan prototyyppien luomista; ydinvoimalaitoksen avaruustraktorin suunniteltu lentokokeet ilmoitetaan - 2030.
teho
A.V Bagrovin, M.A. Smirnovin ja S.A.Smirnovin ydinrakettimoottori pääsee Plutoon kahdessa kuukaudessa ja palaa takaisin 4 kuukaudessa 75 tonnilla polttoainetta, Alpha Centauriin 12 vuodessa ja Epsilon Eridaniin 24,8 vuodessa.
Onko ydinmoottori vaarallinen?
Suurin haitta on käyttövoimajärjestelmän korkea säteilyvaara:
- tunkeutuvan säteilyn (gammasäteily, neutronit) virtaukset ydinreaktioiden aikana;
- erittäin radioaktiivisten uraaniyhdisteiden ja niiden seosten siirto;
- radioaktiivisten kaasujen ulosvirtaus työaineella.
Venäläisten tutkijoiden löytö siviilialalla liittyy läheisesti ydinvoimalan turvallisuuteen. Se oli tarpeen varmistaa sen pakokaasujen turvallisuus.
Pienen ydinkoneen suojaus on pienempi,mitä suurempi se on, niin neutronit tunkeutuvat "polttokammioon", mikä jollain todennäköisyydellä tekee kaikesta ympärillä olevasta radioaktiivisesta.
Typen ja hapen radioaktiivisilla isotoopeilla on lyhyt puoliintumisaika ja ne eivät ole vaarallisia. Radioaktiivinen hiili on pitkäikäinen asia. Mutta on myös hyviä uutisia.
Radioaktiivista hiiltä syntyy ilmakehän yläosassa kosmisilla säteillä. Mutta mikä tärkeintä, hiilidioksidin pitoisuus kuivassa ilmassa on vain 0,02 ÷ 0,04%.
Ottaen huomioon, että hiilestä tulee prosenttiosuusradioaktiivinen, arvo on edelleen useita suuruusluokkia pienempi, alustavasti voidaan olettaa, että ydinmoottoreiden pakokaasu ei ole vaarallisempi kuin hiilivoimalan pakokaasu.
Aikovatko he käyttää ydinmoottoria uusimmilla avaruuslennoilla?
Kyllä, helmikuun alussa tuli tunnetuksi, että NASAtestaa uusimman ydinmoottorin lennoille Marsille. On odotettavissa, että sen avulla on mahdollista päästä Punaiselle planeetalle vain kolmessa kuukaudessa.
Viime vuosina NASA: n ja muiden avaruusjärjestöjen tiedemiehet ja insinöörit ympäri maailmaa ovat keskustelleet aktiivisesti suunnitelmista rakentaa pysyviä asuttavia tukikohtia Kuun ja Marsin pinnalle.
- Mitkä ovat sen edut?
Tärkein avain heidän itsenäisyytensä jaNASAn asiantuntijat harkitsevat rakennuskustannusten alentamiseksi kolmiulotteisia painotekniikoita, jotka mahdollistavat veden ja paikallisten resurssien - maaperän, kivien ja ilmakehän kaasujen - käytön pohjarakennusten rakentamiseen paikan päällä.
Samanlaiset tulostimet, kuten laivakokemukset osoittavatISS: n ja maan päällä on mahdollista tulostaa melkein kaikki Marsin siirtomaiden elämään tarvittavat, lukuun ottamatta yhtä, tukikohdan tärkeintä osaa - virtalähdettä, jonka teho riittäisi varmistamaan 3D-tulostin itse, samoin kuin virta ja lämpö koko alustalle.
Osana NASA: n valmistautumista laskeutumiseen Marsiin vuonna 2035 amerikkalainen yritys Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) Seattlesta ehdotti ratkaisua - ydinlämpömoottori (NTP)
- Millainen ydinmoottori on?
USNT tarjoaa klassisen ratkaisun - ydinvoimanNesteytettyä vetyä työnesteenä käyttävä moottori: ydinreaktori tuottaa lämpöä uraanipolttoaineesta, tämä energia lämmittää jäähdytysnesteiden läpi kulkevaa nestemäistä vetyä, joka laajenee kaasuksi ja poistuu moottorin suuttimen kautta, jolloin syntyy työntövoimaa.
Yksi tärkeimmistä ongelmista tämän tyypin luomisessamoottorit - etsi uraanipolttoainetta, joka kestää äkillisiä lämpötilanvaihteluita moottorin sisällä. USNT sanoo, että se on ratkaissut tämän ongelman kehittämällä polttoaineen, joka voi toimia jopa 2 400 celsiusasteen lämpötiloissa.
Polttoainekokoonpano sisältää piikarbidia:Tämä materiaali, jota käytetään trisrakenne-isotrooppisen pinnoitteen kerroksessa, muodostaa kaasutiiviin esteen, joka estää radioaktiivisten tuotteiden vuotamisen ydinreaktorista suojaten astronautteja.
- turvallisuus
Lisäksi miehistön suojaamiseksi ja siinä tapauksessaEnnakoimattomissa tilanteissa ydinmoottoria ei käytetä maasta laukaisun aikana - se alkaa toimia jo kiertoradalla mahdollisten vahinkojen minimoimiseksi onnettomuuden tai epänormaalin toiminnan yhteydessä.
Lue lisää
Katsokaa 8 biljoonan pikselin kuvaa Marsista
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille
Tutkijat selittävät, miksi wolfiakasvi on nopeimmin kasvava