Što je nuklearni raketni motor?
Nuklearni raketni motor (NRE) je vrsta rakete
Tradicionalni nuklearni pogonski sustav u cjelini jedizajn koji se sastoji od komore za grijanje s nuklearnim reaktorom kao izvorom topline, sustava za opskrbu radnim fluidom i mlaznice. Radni fluid (obično vodik) dovodi se iz spremnika u jezgru reaktora, gdje se, prolazeći kroz kanale zagrijane reakcijom nuklearnog raspada, zagrijava na visoke temperature, a zatim izbacuje kroz mlaznicu, stvarajući mlazni potisak.
Postoje različiti dizajni NRE:čvrsta, tekuća i plinska faza - što odgovara agregatnom stanju nuklearnog goriva u jezgri reaktora - kruti, topljeni ili visokotemperaturni plin (ili čak plazma).
DVORIŠTE NERVA
Čvrsti nuklearni raketni motor
U raketnim motorima na krutu fazu s nuklearnim pogonom (SPNRD) fisibilna tvar jekao i u konvencionalnim nuklearnim reaktorima, smješten je u sklopove šipki (gorivne šipke) složenog oblika s razvijenom površinom, što omogućuje učinkovito zagrijavanje plinovitog radnog fluida (obično vodika, rjeđe amonijaka), koji je ujedno i rashladno sredstvo koje hladi konstruktivne elemente i same sklopove.
Temperatura grijanja ograničena temperaturomtaljenje strukturnih elemenata (ne više od 3000 K). Specifični impuls nuklearnog raketnog motora čvrste faze, prema suvremenim procjenama, bit će 850-900 s, što je više nego dvostruko više od najnaprednijih kemijskih raketnih motora.
Zemaljski demonstratori TfNRD tehnologija u dvadesetom stoljeću stvoreni su i uspješno testirani na štandovima (program NERVA u SAD-u, RD-0410 u SSSR-u).
TFYARD
Nuklearni raketni motor u plinskoj fazi
Plinski nuklearni mlazni motor (GNRE) -konceptualni tip mlaznog motora u kojem se reaktivna sila stvara ispuštanjem rashladne tekućine (radne tekućine) iz nuklearnog reaktora, u kojem je gorivo u plinovitom ili plazmatskom obliku. Vjeruje se da će u takvim motorima specifični impuls biti 30–50 tisuća m/s.
Prijenos topline od goriva do rashladne tekućine postiže se uglavnom zračenjem, uglavnom u ultraljubičastom području spektra (pri temperaturama goriva od oko 25 000 ° C).
Nuklearni pulsni motor
Atomski naboji snage približno kilotona poTijekom polijetanja trebali bi eksplodirati brzinom od jednog punjenja u sekundi. Udarni val - oblak plazme koji se širi - trebao je primiti "gurač" - snažan metalni disk s premazom za zaštitu od topline, a zatim, reflektiran od njega, stvoriti mlazni potisak.
Impuls koji prima potisna ploča krozstrukturni elementi moraju se prenijeti na brod. Tada se, kako se nadmorska visina i brzina povećavaju, učestalost eksplozija može smanjiti. Tijekom polijetanja brod mora letjeti strogo okomito kako bi se područje radioaktivnog onečišćenja atmosfere svelo na minimum.
U Sjedinjenim Američkim Državama razvoj svemira pomoću impulsnih nuklearnih raketnih motora provodio se od 1958. do 1965. godine u sklopu projekta Orion tvrtke General Atomics, po narudžbi američkog ratnog zrakoplovstva.
Prema projektu Orion, nisu provedeni samo proračuni,ali i cjelovite testove. Letački testovi impulsnih modela zrakoplova (za eksplozije su korišteni konvencionalni kemijski eksplozivi).
Svemirski brod projekta "Orion", crtež umjetnika
Dobiveni su pozitivni rezultati okotemeljna mogućnost kontroliranog leta uređaja s pulsnim motorom. Također, kako bi se proučila čvrstoća vučne ploče, testovi su provedeni na atolu Enewetak.
Tijekom nuklearnih ispitivanja na ovom atolugrafitno presvučene čelične kugle postavljene su 9 m od epicentra eksplozije. Nakon eksplozije, kugle su pronađene netaknute, tanak sloj grafita ispario je (ablirao) s njihovih površina.
U SSSR-u je razvijen sličan projekt1950–1970-ih godina. Uređaj je sadržavao dodatne kemijske mlazne motore koji su ga tjerali 30-40 km od površine Zemlje. Zatim je trebalo uključiti glavni nuklearni pulsni motor.
Trajnost je bila glavna brigapotisni zaslon koji nije mogao podnijeti ogromna toplinska opterećenja od obližnjih nuklearnih eksplozija. Istodobno je predloženo nekoliko tehničkih rješenja koja omogućuju razvoj dizajna potisne ploče s dovoljnim resursima. Projekt nije dovršen. Nisu provedena stvarna ispitivanja pulsiranog NRE s detonacijom nuklearnih uređaja.
Nuklearni električni pogonski sustav
Nuklearni električni pogonski sustav (NEP) koristi se za proizvodnju električne energije, koja se pak koristi za pogon električnog raketnog motora.
Sličan program u SAD-u (projekt NERVA) bio jezatvoreno 1971. godine, ali 2020. godine Amerikanci su se vratili na ovu temu, naredivši od Gryphon Technologies razvoj nuklearnog termičkog pogona (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) za vojne svemirske jurišnike na nuklearne motore za patroliranje lunarnim i bliskim Zemljinim svemirom, također počevši od 2015. godine rad na projektu Kilopower.
Od 2010. godine rad na projektu započeo je u Rusijinuklearni električni pogonski sustav klase megavata za svemirske transportne sustave (svemirski tegljač "Nuclon"). Za 2021. raspored se razrađuje; do 2025. planirano je stvaranje prototipova ove nuklearne elektrane; najavljuje se planirani datum letačkih ispitivanja svemirskog traktora s nuklearnom elektranom - 2030.
snaga
Prema A.V. Bagrovu, M.A. Smirnovu i S.A.Smirnov, nuklearni raketni motor može stići do Plutona za 2 mjeseca i vratiti se za 4 mjeseca koristeći 75 tona goriva, do Alpha Centauri za 12 godina, a do Epsilon Eridanija za 24,8 godina.
Je li nuklearni motor opasan?
Glavni nedostatak je velika opasnost od zračenja pogonskog sustava:
- tokovi prodora zračenja (gama zračenje, neutroni) tijekom nuklearnih reakcija;
- prijenos visokoradioaktivnih spojeva urana i njegovih legura;
- odljev radioaktivnih plinova s radnom tekućinom.
Korištenje otkrića ruskih znanstvenika u civilnom sektoru usko je povezano sa sigurnošću nuklearne elektrane. Bilo je potrebno osigurati sigurnost ispušnih plinova.
Zaštita malog nuklearnog motora je manja,što je veća, neutroni će prodrijeti u “komoru za izgaranje” i time s određenom vjerojatnošću sve oko sebe učiniti radioaktivnim.
Dušik i kisik imaju radioaktivne izotope s kratkim poluvijekom i nisu opasni. Radioaktivni ugljik je dugovječna stvar. Ali ima i dobrih vijesti.
Radioaktivni ugljik stvara se u gornjim slojevima atmosfere kozmičkim zrakama. Ali što je najvažnije, koncentracija ugljičnog dioksida u suhom zraku iznosi samo 0,02 ÷ 0,04%.
S obzirom da postotak postajanja ugljikaradioaktivna, vrijednost je još uvijek za nekoliko reda veličine manja, preliminarno se može pretpostaviti da ispuh nuklearnih motora nije ništa opasniji od ispuha elektrane na ugljen.
Hoće li za najnovije svemirske letove koristiti nuklearni motor?
Da, početkom veljače postalo je poznato da NASAtestirat će najnoviji nuklearni motor za letove do Marsa. Očekuje se da će uz njegovu pomoć biti moguće doći do Crvenog planeta za samo tri mjeseca.
Posljednjih godina znanstvenici i inženjeri iz NASA-e i drugih svemirskih agencija širom svijeta aktivno raspravljaju o planovima za izgradnju trajnih naseljivih baza na površini Mjeseca i Marsa.
- Koje su njegove prednosti?
Glavni ključ osiguranja njihove autonomije iKako bi smanjili troškove gradnje, NASA-ini stručnjaci razmatraju trodimenzionalne tehnologije tiska koje omogućuju korištenje vode i lokalnih resursa - tla, stijena i plinova iz atmosfere - za izgradnju osnovnih zgrada na lokaciji.
Slični pisači kao što pokazuju iskustva na broduISS i na Zemlji omogućuju ispis gotovo svega što je potrebno za život kolonista na Marsu, osim jedne, najvažnije komponente baze - izvora energije čija bi snaga bila dovoljna da osigura rad sustava Sam 3D printer, kao i napajanje i grijanje cijele baze.
U sklopu NASA-inih priprema za slijetanje na Mars 2035. godine, američka tvrtka Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) iz Seattla predložila je svoje rješenje - nuklearni toplinski motor (NTP)
- Kakav će biti nuklearni motor?
USNT nudi klasično rješenje – nuklearnomotor koji koristi ukapljeni vodik kao radni fluid: nuklearni reaktor proizvodi toplinu iz uranovog goriva, ta energija zagrijava tekući vodik prolazeći kroz rashladne tekućine, koji se širi u plin i izbacuje kroz mlaznicu motora, stvarajući potisak.
Jedan od glavnih problema pri stvaranju ove vrstemotori - pronađite uransko gorivo koje može izdržati nagle temperaturne fluktuacije unutar motora. USNT kaže da je riješio ovaj problem razvojem goriva koje može raditi na temperaturama do 2400 stupnjeva Celzijusa.
Sklop za gorivo sadrži silicijev karbid:Ovaj materijal, koji se koristi u sloju trisstrukturno-izotropne prevlake, tvori plinonepropusnu barijeru koja sprečava istjecanje radioaktivnih proizvoda iz nuklearnog reaktora, štiteći astronaute.
- sigurnosni
Osim toga, radi zaštite posade i u slučajuU nepredviđenim situacijama, nuklearni motor neće se koristiti tijekom lansiranja sa Zemlje - on će početi raditi već u orbiti kako bi se smanjila moguća šteta u slučaju nesreće ili nenormalnog rada.
Čitaj više
Pogledajte sliku Marsa od 8 bilijuna piksela
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi
Znanstvenici objašnjavaju zašto je biljka vučica najbrže rastuća