Mi az a nukleáris rakétamotor?
A nukleáris rakétamotor (NRE) egyfajta rakéta
A hagyományos nukleáris meghajtó rendszer egésze azegy fűtőkamrából, hőforrásként atomreaktorral, egy munkaközeg-ellátó rendszerből és egy fúvókából álló kialakítás. A munkaközeget (általában hidrogént) a tartályból a reaktor zónájába juttatják, ahol a nukleáris bomlási reakció által felmelegített csatornákon áthaladva magas hőmérsékletre hevítik, majd a fúvókán keresztül kidobják, sugártolóerőt létrehozva.
Az NRE különféle kivitelekkel rendelkezik:szilárd fázisú, folyékony fázisú és gázfázisú - amely megfelel a nukleáris üzemanyag összesített állapotának a reaktor magjában - szilárd, olvadt vagy magas hőmérsékletű gáz (vagy akár plazma).
UDVARI NERVA
Szilárdtest nukleáris rakétamotor
A szilárd fázisú nukleáris hajtóanyagú rakétamotorokban (SPNRD) a hasadóanyag aza hagyományos atomreaktorokhoz hasonlóan összetett formájú, fejlett felületű rúdszerelvényekbe (üzemanyagrudakba) helyezik, ami lehetővé teszi a gáznemű munkaközeg (általában hidrogén, ritkábban ammónia) hatékony felmelegítését, amely egyben hűtőközeg is. hűti a szerkezeti elemeket és magukat az összeállításokat.
A fűtési hőmérsékletet a hőmérséklet korlátozzaszerkezeti elemek megolvadása (legfeljebb 3000 K). Egy szilárdfázisú nukleáris rakétamotor fajlagos impulzusa a modern becslések szerint 850-900 s, ami több mint kétszerese a legfejlettebb vegyi rakétahajtóművekének.
A TfNRD technológiák földi alapú demonstrátorait a 20. században hozták létre és sikeresen tesztelték a standokon (NERVA program az USA-ban, RD-0410 a Szovjetunióban).
TFYARD
Gázfázisú nukleáris rakétamotor
Gázfázisú nukleáris sugárhajtómű (GNRE) -a sugárhajtómű fogalmi típusa, amelyben a reaktív erőt hűtőközeg (munkaközeg) kibocsátása hozza létre az atomreaktorból, amelyben az üzemanyag gáz vagy plazma halmazállapotú. Úgy gondolják, hogy az ilyen motorokban a fajlagos impulzus 30-50 ezer m/s.
Az üzemanyagból a hűtőfolyadékba történő hőátadást főként a sugárzás okozza, főleg a spektrum ultraibolya tartományában (kb. 25 000 ° C üzemanyag-hőmérsékleten).
Nukleáris impulzusú motor
Atomtöltések, amelyek teljesítménye körülbelül egy kilotonna perFelszállás közben másodpercenként egy töltés sebességgel kell felrobbanniuk. A lökéshullámot - egy táguló plazmafelhőt - egy „tolónak” - egy hővédő bevonattal ellátott erős fémkorongnak - kellett volna fogadnia, majd a róla visszaverődően sugártolóerőt kell létrehoznia.
A tolólemez által átvett impulzus áta szerkezeti elemeket át kell szállítani a hajóra. Ezután a magasság és a sebesség növekedésével csökkenthető a robbanások gyakorisága. A felszállás során az űrhajónak szigorúan függőlegesen kell repülnie a légkör radioaktív szennyeződésének minimalizálása érdekében.
Az Egyesült Államokban az impulzusos nukleáris rakétamotorok felhasználásával történő űrfejlesztést 1958 és 1965 között végezte az Orion projekt részeként a General Atomics az amerikai légierő megrendelésére.
Az Orion projektnél nemcsak számításokat végeztek,hanem teljes körű teszteket is. Impulzus-hajtású repülőgép-modellek repülési tesztjei (a robbanásokhoz hagyományos vegyi robbanóanyagokat használtak).
Orion űrhajó, művész rajza
Pozitív eredmények születtek kbaz impulzusmotoros eszköz irányított repülésének alapvető lehetősége. Ezenkívül a vonólemez szilárdságának tanulmányozására teszteket végeztek az Enewetak Atollon.
Ezen atollon végzett nukleáris kísérletek sorángrafitbevonatú acélgömböket helyeztek el 9 m-re a robbanás epicentrumától. A gömböket a robbanás után épnek találták, felületükről egy vékony grafitréteg párologtatott el (ablált).
A Szovjetunióban hasonló projektet dolgoztak ki ben1950-1970-es évek. Az eszköz további vegyi sugárhajtóműveket tartalmazott, amelyek a Föld felszínétől 30-40 km-re hajtották. Aztán be kellett volna kapcsolnia a fő nukleáris impulzusmotort.
A tartósság volt a fő gondtolóképernyő, amely nem tudta ellenállni a közeli nukleáris robbanások óriási hőterhelését. Ugyanakkor több olyan technikai megoldást is javasoltak, amelyek megfelelő erőforrással lehetővé teszik a tolólemez kialakításának kidolgozását. A projekt nem fejeződött be. A pulzáló NRM-nek valódi tesztjét nem hajtották végre a nukleáris eszközök robbantásával.
Nukleáris elektromos meghajtási rendszer
A villamos energia előállítására egy nukleáris elektromos meghajtási rendszert (NPP) használnak, amelyet viszont egy elektromos rakétamotor meghajtására használnak.
Hasonló program volt az USA-ban (a NERVA projekt)1971-ben bezárt, de 2020-ban az amerikaiak visszatértek erre a témára, és elrendelték a Gryphon Technologies-től a nukleáris motorok katonai űrrablói számára a nukleáris termikus meghajtás (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) fejlesztését a holdi és a földközeli űr járőrözésére is 2015 óta dolgozik a Kilopower projekten.
2010 óta a projekt megkezdődött Oroszországbanmegawatt-osztályú nukleáris elektromos meghajtórendszer űrszállító rendszerekhez ("Nuclon" űrhúzógép). Az elrendezést 2021-re fejlesztik; 2025-re tervezik ennek az atomerőműnek a prototípusait; meghirdetik az atomerőművel rendelkező űrtraktor repülési tesztjeinek tervezett időpontját - 2030.
teljesítmény
A.V. Bagrov, M.A. Smirnov és S.A.Smirnov, egy nukleáris rakétahajtómű 2 hónap alatt eljuthat a Plútóba, és 4 hónap alatt térhet vissza 75 tonna üzemanyag felhasználásával, az Alpha Centauriba 12 év alatt, az Epsilon Eridaniba pedig 24,8 év alatt.
Veszélyes az atommotor?
A fő hátrány a hajtórendszer magas sugárzási veszélye:
- behatoló sugárzás fluxusai (gammasugárzás, neutronok) a nukleáris reakciókban;
- erősen radioaktív uránvegyületek és ötvözeteik átvitele;
- a radioaktív gázok munkafolyadékkal történő kiáramlása.
Az orosz tudósok felfedezésének felhasználása a civil szektorban szorosan összefügg az atomerőmű biztonságával. Biztosítani kellett a kipufogógáz biztonságát.
Egy kis atommotor védelme kisebb,minél nagyobb, így a neutronok behatolnak az „égéskamrába”, így bizonyos valószínűséggel minden radioaktívvá válik.
A nitrogén és az oxigén radioaktív izotópja rövid felezési idővel rendelkezik, és nem veszélyes. A radioaktív szén hosszú életű dolog. De vannak jó hírek is.
Radioaktív szén keletkezik a légkör felső részében kozmikus sugarak által. De ami a legfontosabb, a szén-dioxid koncentrációja a száraz levegőben csak 0,02 ÷ 0,04%.
Figyelembe véve, hogy a szén-dioxid-kibocsátás százalékaradioaktív, az érték még mindig több nagyságrenddel kisebb, előzetes feltételezhető, hogy a nukleáris motorok kipufogógáza nem veszélyesebb, mint egy széntüzelésű erőmű kipufogója.
A legújabb űrrepülésekhez nukleáris hajtóművet fognak használni?
Igen, február elején ismertté vált, hogy a NASAkipróbálja a legújabb nukleáris motort a Marsra tartó járatokhoz. Várhatóan ennek segítségével mindössze három hónap alatt el lehet jutni a Vörös Bolygóra.
Az elmúlt években a NASA és más űrügynökségek tudósai és mérnökei világszerte aktívan megvitatták a Hold és a Mars felszínén állandó lakható bázisok kiépítésének terveit.
- Milyen előnyei vannak?
Az autonómia biztosításának fő kulcsa ésAz építkezés költségeinek csökkentése érdekében a NASA szakemberei olyan háromdimenziós nyomtatási technológiákat fontolgatnak, amelyek lehetővé teszik a víz és a helyi erőforrások - talaj, kőzetek és a légkörből származó gázok - felhasználását alapépületek építéséhez a helyszínen.
Hasonló nyomtatók, amint azt a fedélzeti tapasztalatok is mutatjákAz ISS és a Föld lehetővé teszi szinte a Mars gyarmatosítóinak életéhez szükséges összes nyomtatását, kivéve az alap egyik legfontosabb elemét - egy áramforrást, amelynek energiája elegendő lenne a 3D nyomtató áramellátásához , valamint áramellátással és a teljes alap melegítésével.
A NASA 2035-ös Marsra történő leszállásának előkészületei részeként az amerikai Seattle-i Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) cég felajánlotta megoldását - egy nukleáris termikus motor (NTP)
- Milyen lesz a nukleáris motor?
Az USNT klasszikus megoldást kínál - nukleárisCseppfolyósított hidrogént használó motor munkaközegként: az atomreaktor hőt termel urántüzelőanyagból, ez az energia melegíti fel a hűtőfolyadékokon áthaladó folyékony hidrogént, amely gázzá tágul, és a motor fúvókán keresztül távozik, tolóerőt hozva létre.
Az egyik fő probléma ennek a típusnak a létrehozásakormotorok - találjon olyan urán üzemanyagot, amely ellenáll a hirtelen hőmérséklet-ingadozásoknak a motor belsejében. Az USNT azt állítja, hogy megoldotta ezt a problémát egy olyan üzemanyag kifejlesztésével, amely akár 2400 Celsius fokos hőmérsékleten is működhet.
Az üzemanyag-egység szilícium-karbidot tartalmaz:Ez az anyag, amelyet a háromszerkezeti izotróp bevonat rétegében használnak, gáztömör akadályt képez, megakadályozva a radioaktív termékek szivárgását az atomreaktorból, védve az űrhajósokat.
- biztonság
Ezen felül a személyzet védelme érdekében és esetenkéntElőre nem látható helyzetekben a nukleáris motort nem fogják használni a Földről történő indítás során - már a pályán kezdi meg működését, hogy minimalizálja a baleset vagy rendellenes működés esetleges károsodásait.
Olvass tovább
Nézzen meg egy 8 billió pixeles képet a Marsról
Abortusz és tudomány: mi lesz a gyerekekkel, akik szülni fognak
A tudósok elmagyarázzák, hogy miért a leggyakrabban növekszik a wolfia növény