Qu'est-ce qu'un moteur de fusée nucléaire?
Le moteur de fusée nucléaire (NRE) est un type de fusée
Le système de propulsion nucléaire traditionnel dans son ensemble estune conception composée d'une chambre de chauffage avec un réacteur nucléaire comme source de chaleur, d'un système d'alimentation en fluide de travail et d'une buse. Le fluide de travail (généralement de l'hydrogène) est acheminé du réservoir vers le cœur du réacteur, où, passant par des canaux chauffés par la réaction de désintégration nucléaire, il est chauffé à des températures élevées puis éjecté par la buse, créant une poussée du jet.
Il existe différents modèles de NRE:phase solide, phase liquide et phase gazeuse - correspondant à l'état global du combustible nucléaire dans le cœur du réacteur - gaz solide, fondu ou à haute température (ou même plasma).
YARD NERVA
Moteur de fusée nucléaire à l'état solide
Dans les moteurs-fusées à propergol nucléaire en phase solide (SPNRD), la substance fissile estcomme dans les réacteurs nucléaires classiques, il est placé dans des assemblages de crayons (crayons combustibles) de forme complexe à surface développée, ce qui permet de chauffer efficacement le fluide de travail gazeux (généralement de l'hydrogène, moins souvent de l'ammoniac), qui est aussi un caloporteur qui refroidit les éléments de structure et les assemblages eux-mêmes.
Température de chauffage limitée par la températurefusion des éléments structurels (pas plus de 3000 K). Selon les estimations modernes, l'impulsion spécifique d'un moteur de fusée nucléaire à phase solide sera de 850 à 900 s, soit plus de deux fois celle des moteurs de fusée chimiques les plus avancés.
Des démonstrateurs au sol des technologies TfNRD au XXe siècle ont été créés et testés avec succès sur des stands (programme NERVA aux USA, RD-0410 en URSS).
TFYARD
Moteur de fusée nucléaire en phase gazeuse
Moteur à réaction nucléaire en phase gazeuse (GNRE) -un type conceptuel de moteur à réaction dans lequel la force réactive est créée par la libération d'un liquide de refroidissement (fluide de travail) provenant d'un réacteur nucléaire, dans lequel le carburant est sous forme gazeuse ou plasmatique. On pense que dans de tels moteurs, l'impulsion spécifique sera de 30 à 50 000 m/s.
Le transfert de chaleur du carburant vers le liquide de refroidissement est principalement dû au rayonnement, principalement dans la région ultraviolette du spectre (à des températures de carburant d'environ 25 000 ° C).
Moteur à impulsions nucléaires
Charges atomiques d'une puissance d'environ une kilotonne parLors du décollage, ils devraient exploser à raison d'une charge par seconde. L'onde de choc - un nuage de plasma en expansion - était censée être reçue par un "pousseur" - un puissant disque métallique doté d'un revêtement de protection thermique, puis, réfléchie par celui-ci, créer une poussée de jet.
L'impulsion reçue par la plaque poussoir à traversles éléments structurels doivent être transférés au navire. Ensuite, à mesure que l'altitude et la vitesse augmentent, la fréquence des explosions peut être réduite. Lors du décollage, l'engin spatial doit voler strictement verticalement afin de minimiser la zone de contamination radioactive de l'atmosphère.
Aux États-Unis, le développement spatial à l'aide de moteurs de fusée nucléaire pulsée a été réalisé de 1958 à 1965 dans le cadre du projet Orion de General Atomics sur ordre de l'US Air Force.
Pour le projet Orion, non seulement des calculs ont été effectués,mais aussi des tests grandeur nature. Essais en vol de modèles d'avions à impulsion (des explosifs chimiques conventionnels ont été utilisés pour les explosions).
Vaisseau spatial du projet Orion, dessin d'artiste
Des résultats positifs ont été obtenus environla possibilité fondamentale de vol contrôlé d'un appareil doté d'un moteur à impulsions. Aussi, pour étudier la résistance de la plaque de traction, des tests ont été réalisés sur l’atoll d’Enewetak.
Lors d'essais nucléaires sur cet atollDes sphères en acier recouvertes de graphite ont été placées à 9 m de l'épicentre de l'explosion. Les sphères ont été retrouvées intactes après l'explosion; une fine couche de graphite s'est évaporée (ablatée) de leurs surfaces.
En URSS, un projet similaire a été développé enAnnées 1950-1970. L'appareil contenait des moteurs à réaction chimiques supplémentaires qui le propulsaient à 30-40 km de la surface de la Terre. Ensuite, il était censé allumer le moteur à impulsions nucléaire principal.
La durabilité était la principale préoccupationun écran poussoir qui ne pouvait pas résister aux énormes charges thermiques des explosions nucléaires à proximité. Dans le même temps, plusieurs solutions techniques ont été proposées qui permettent le développement d'une conception de plaque poussoir avec une ressource suffisante. Le projet n'était pas terminé. Aucun essai réel de NRM pulsé avec détonation d'engins nucléaires n'a été réalisé.
Système de propulsion électrique nucléaire
Un système de propulsion électrique nucléaire (NPP) est utilisé pour produire de l'électricité, qui, à son tour, est utilisée pour alimenter un moteur de fusée électrique.
Un programme similaire aux États-Unis (le projet NERVA) a étéfermé en 1971, mais en 2020, les Américains sont revenus sur ce sujet, ordonnant le développement d'une propulsion thermique nucléaire (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) de Gryphon Technologies pour les raiders spatiaux militaires sur des moteurs nucléaires pour patrouiller dans l'espace lunaire et proche de la Terre, également depuis 2015 travaillent sur le projet Kilopower.
Depuis 2010, les travaux sur le projet ont commencé en Russiesystème de propulsion électrique nucléaire de classe mégawatt pour les systèmes de transport spatial (remorqueur spatial "Nuclon"). La mise en page est en cours d'élaboration pour 2021; d'ici 2025, il est prévu de créer des prototypes de cette centrale nucléaire; la date prévue des essais en vol d'un tracteur spatial avec une centrale nucléaire est annoncée - 2030.
Pouvoir
Selon A.V. Bagrov, M.A. Smirnov et S.A.Smirnov, un moteur de fusée nucléaire peut atteindre Pluton en 2 mois et revenir en 4 mois en utilisant 75 tonnes de carburant, vers Alpha Centauri en 12 ans et vers Epsilon Eridani en 24,8 ans.
Un moteur nucléaire est-il dangereux?
Le principal inconvénient est le risque de rayonnement élevé du système de propulsion:
- flux de rayonnement pénétrant (rayonnement gamma, neutrons) dans les réactions nucléaires;
- transfert de composés d'uranium hautement radioactifs et de ses alliages;
- l'écoulement de gaz radioactifs avec un fluide de travail.
L'utilisation de la découverte de scientifiques russes dans le secteur civil est étroitement liée à la sûreté d'une centrale nucléaire. Il fallait assurer la sécurité de son échappement.
La protection d'un petit moteur nucléaire est moindre,plus il est grand, plus les neutrons pénétreront dans la « chambre de combustion », rendant ainsi avec une certaine probabilité tout ce qui l'entoure radioactif.
L'azote et l'oxygène ont des isotopes radioactifs avec une demi-vie courte et ne sont pas dangereux. Le carbone radioactif est une chose qui dure longtemps. Mais il y a aussi de bonnes nouvelles.
Le carbone radioactif est généré dans la haute atmosphère par les rayons cosmiques. Mais surtout, la concentration de dioxyde de carbone dans l'air sec n'est que de 0,02 ÷ 0,04%.
Considérant que le pourcentage de carbone devenantradioactif, la valeur est encore inférieure de plusieurs ordres de grandeur, on peut supposer au préalable que l'échappement des moteurs nucléaires n'est pas plus dangereux que l'échappement d'une centrale au charbon.
Vont-ils utiliser un moteur nucléaire pour les derniers vols spatiaux ?
Oui, début février, on a appris que la NASAtestera le dernier moteur nucléaire pour les vols vers Mars. On prévoit qu'avec son aide, il sera possible d'atteindre la planète rouge en seulement trois mois.
Ces dernières années, des scientifiques et des ingénieurs de la NASA et d'autres agences spatiales du monde entier ont activement discuté de projets de construction de bases habitables permanentes à la surface de la Lune et de Mars.
- Quels sont ses avantages?
La clé principale pour assurer leur autonomie etPour réduire le coût de construction, les experts de la NASA envisagent des technologies d'impression en trois dimensions qui permettent d'utiliser l'eau et les ressources locales - sol, roches et gaz de l'atmosphère - pour construire des bâtiments de base sur place.
Imprimantes similaires, comme le montrent les expériences à bordL'ISS et sur Terre permettent d'imprimer presque tout ce qui est nécessaire à la vie des colons sur Mars, à l'exception d'un, le composant le plus important de la base - une source d'alimentation, dont la puissance serait suffisante pour alimenter l'imprimante 3D elle-même. , ainsi que l'alimentation et le chauffage de toute la base.
Dans le cadre des préparatifs de la NASA pour l'atterrissage sur Mars en 2035, la société américaine Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) de Seattle a proposé sa solution - un moteur nucléaire thermique (NTP)
- À quoi ressemblera le moteur nucléaire?
L'USNT propose une solution classique : le nucléairemoteur utilisant de l'hydrogène liquéfié comme fluide de travail : un réacteur nucléaire produit de la chaleur à partir du combustible à l'uranium, cette énergie chauffe l'hydrogène liquide passant à travers les liquides de refroidissement, qui se transforme en gaz et est expulsé par la tuyère du moteur, créant une poussée.
L'un des principaux problèmes lors de la création de ce typemoteurs - trouvez du combustible à l'uranium capable de résister à de brusques fluctuations de température à l'intérieur du moteur. L'USNT affirme avoir résolu ce problème en développant un carburant capable de fonctionner à des températures allant jusqu'à 2 400 degrés Celsius.
L'assemblage combustible contient du carbure de silicium:Ce matériau, utilisé dans la couche du revêtement tri-structural-isotrope, forme une barrière étanche aux gaz qui empêche la fuite de produits radioactifs du réacteur nucléaire, protégeant les astronautes.
- La sécurité
De plus, pour protéger l'équipage et au cas oùDans des situations imprévues, le moteur nucléaire ne sera pas utilisé lors du lancement depuis la Terre - il commencera à fonctionner déjà en orbite pour minimiser les dommages éventuels en cas d'accident ou de fonctionnement anormal.
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