מנוע רקטות גרעיני נבנה לטיסות למאדים. איך זה מסוכן?

מהו מנוע רקטות גרעיני?

מנוע רקטה גרעיני (NRE) הוא סוג של רקטה

מנוע, שמשתמש באנרגיה של ביקוע או היתוך של גרעינים כדי ליצור דחף סילון.

מערכת ההנעה הגרעינית המסורתית בכללותה היאעיצוב המורכב מתא חימום עם כור גרעיני כמקור חום, מערכת אספקת נוזל עבודה וזרבובית. נוזל העבודה (בדרך כלל מימן) מסופק מהמיכל לליבת הכור, שם, עובר דרך תעלות מחוממות על ידי תגובת ההתפרקות הגרעינית, הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות ואז נזרק החוצה דרך הזרבובית, ויוצר דחף סילון.

ישנם עיצובים שונים של NRE:שלב מוצק, שלב נוזלי וגז שלב - המתאים למצב המצרפי של דלק גרעיני בליבת הכור - גז מוצק, נמס או בטמפרטורה גבוהה (או אפילו פלזמה).

חצר נרבה

מנוע טיל גרעיני במצב מוצק

במנועי טילים גרעיניים מוצקים (SPNRD), החומר בקיע הואכמו בכורים גרעיניים רגילים, הוא ממוקם במכלולי מוטות (מוטות דלק) בעלי צורה מורכבת עם משטח מפותח, המאפשר לחמם ביעילות את נוזל העבודה הגזי (בדרך כלל מימן, לעתים רחוקות יותר אמוניה), שהוא גם נוזל קירור מקרר את האלמנטים המבניים ואת המכלולים עצמם.

טמפרטורת חימום מוגבלת על ידי טמפרטורההתכה של אלמנטים מבניים (לא יותר מ-3000 K). הדחף הספציפי של מנוע רקטי גרעיני שלב מוצק, על פי הערכות מודרניות, יהיה 850–900 שניות, שזה יותר מפי שניים ממנועי הרקטות הכימיות המתקדמים ביותר.

מפגינים קרקעיים של טכנולוגיות TfNRD במאה ה -20 נוצרו ונבדקו בהצלחה בדוכנים (תוכנית NERVA בארה"ב, RD-0410 בברית המועצות).

TFYARD

מנוע רקטות גרעיני בשלב הגז

מנוע סילון גרעיני שלב גז (GNRE) -סוג קונספטואלי של מנוע סילון שבו נוצר כוח תגובתי על ידי שחרור של נוזל קירור (נוזל עבודה) מכור גרעיני, שבו הדלק הוא בצורת גז או פלזמה. הוא האמין כי במנועים כאלה הדחף הספציפי יהיה 30-50 אלף m/s.

העברת חום מהדלק לנוזל הקירור מושגת בעיקר בגלל קרינה, בעיקר באזור האולטרה סגול של הספקטרום (בטמפרטורות דלק של כ- 25,000 מעלות צלזיוס).

מנוע דופק גרעיני

מטענים אטומיים בהספק של קילוטון בקירוב לכלבמהלך ההמראה, הם אמורים להתפוצץ בקצב של מטען אחד לשנייה. גל ההלם - ענן פלזמה מתרחב - היה אמור להתקבל על ידי "דוחף" - דיסק מתכת עוצמתי עם ציפוי מגן חום ולאחר מכן, מוחזר ממנו, ליצור דחף סילון.

הדחף שקיבל צלחת הדוחף דרךיש להעביר אלמנטים מבניים לספינה. ואז, כאשר הגובה והמהירות גדלים, ניתן להפחית את תדירות הפיצוצים. במהלך ההמראה, על החללית לטוס אנכית למהדרין על מנת למזער את שטח הזיהום הרדיואקטיבי של האטמוספירה.

בארצות הברית, פיתוח החלל באמצעות מנועי רקטות גרעיניות פועמות בוצע בשנים 1958 עד 1965 כחלק מפרויקט אוריון על ידי ג'נרל אטומיקס בהוראת חיל האוויר האמריקני.

עבור פרויקט אוריון לא בוצעו רק חישובים,אלא גם מבחנים בקנה מידה מלא. בדיקות טיסה של דגמי מטוסים מונעי דחף (נפצים כימיים קונבנציונליים שימשו לפיצוצים).

חלליות פרויקט אוריון, רישום האמן

תוצאות חיוביות התקבלו בערךהאפשרות הבסיסית של טיסה מבוקרת של מכשיר עם מנוע דופק. כמו כן, כדי ללמוד את חוזק לוחית המתיחה, בוצעו בדיקות באטול Enewetak.

במהלך ניסויים גרעיניים באטול זהכדוריות פלדה מצופות גרפיט הוצבו 9 מ 'ממרכז הפיצוץ. הכדורים נמצאו שלמים לאחר הפיצוץ; שכבה דקה של גרפיט התאיידה (הוטחה) ממשטחים.

בברית המועצות פותח פרויקט דומה ב1950–1970. המכשיר הכיל מנועי סילון כימיים נוספים שהניעו אותו למרחק של 30–40 ק"מ מפני כדור הארץ. אז זה היה אמור להפעיל את מנוע הדופק הגרעיני הראשי.

עמידות הייתה הדאגה העיקריתמסך דוחף שלא יכול לעמוד בעומסי החום העצומים מפיצוצים גרעיניים סמוכים. במקביל, הוצעו כמה פתרונות טכניים המאפשרים פיתוח תכנון לוח דוחף עם משאב מספיק. הפרויקט לא הושלם. לא בוצעו בדיקות אמיתיות של NRM פועמות עם פיצוץ מכשירים גרעיניים.

מערכת הנעה חשמלית גרעינית

מערכת הנעה גרעינית חשמלית (NPP) משמשת לייצור חשמל, אשר בתורו משמש להפעלת מנוע רקטות חשמלי.

תוכנית דומה בארצות הברית (פרויקט NERVA) הייתהנסגר בשנת 1971, אך בשנת 2020 חזרו האמריקאים לנושא זה, והורו על פיתוח הנעה תרמית גרעינית (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) מ- Gryphon Technologies עבור פשיטות חלל צבאיות על מנועי גרעין כדי לסייר בחלל הירח וקרוב לכדור הארץ, גם כן. מאז 2015 עובדים על פרויקט קילופאוור.

מאז 2010 החלה העבודה על הפרויקט ברוסיהמערכת הנעה חשמלית גרעינית ממעמד מגוואט למערכות תחבורה חלל (משיכת חלל "נוקלון"). הפריסה מפותחת לשנת 2021; עד שנת 2025 מתוכנן ליצור אבות טיפוס לתחנת כוח גרעינית זו; המועד המתוכנן לבדיקת טיסה של טרקטור חלל עם תחנת כוח גרעינית הוכרז - 2030.

כוח

לטענת א.ו. בגרוב, מ.א. סמירנוב וש.א.סמירנוב, מנוע רקטי גרעיני יכול להגיע לפלוטו תוך חודשיים ולחזור תוך 4 חודשים בעלות של 75 טון דלק, לאלפא קנטאורי בעוד 12 שנים ולאפסילון ארידאני בעוד 24.8 שנים.

האם מנוע גרעיני מסוכן?

החיסרון העיקרי הוא סכנת הקרינה הגבוהה של מערכת ההנעה:

• שטף של קרינה חודרת (קרינת גמא, נויטרונים) בתגובות גרעיניות;
• העברה של תרכובות אורניום רדיואקטיביות וסגסוגותיה;
• זרימת גזים רדיואקטיביים עם נוזל עבודה.

השימוש בגילוי מדענים רוסים במגזר האזרחי קשור קשר הדוק לבטיחותה של תחנת כוח גרעינית. היה צורך להבטיח את בטיחות פליטתו.

ההגנה על מנוע גרעיני קטן קטנה יותר,ככל שהוא גדול יותר, כך הנייטרונים יחדרו לתוך "תא הבעירה", ובכך בסבירות מסוימת יהפכו את כל מה שמסביב לרדיואקטיבי. 

לחנקן וחמצן יש איזוטופים רדיואקטיביים עם מחצית חיים קצרים ואינם מסוכנים. פחמן רדיואקטיבי הוא דבר ארוך טווח. אבל יש גם חדשות טובות.

פחמן רדיואקטיבי נוצר באטמוספרה העליונה על ידי קרניים קוסמיות. אבל הכי חשוב, ריכוז הפחמן הדו-חמצני באוויר היבש הוא רק 0.02 ÷ 0.04%.

בהתחשב בכך שאחוז הפיכת הפחמןרדיואקטיבי, הערך עדיין קטן בכמה סדרי גודל, ראשוני ניתן להניח כי פליטה של ​​מנועי גרעין אינה מסוכנת יותר מפליטה של ​​תחנת כוח פחמית.

האם הם מתכוונים להשתמש במנוע גרעיני לטיסות החלל האחרונות?  

כן, בתחילת פברואר נודע כי נאס"איבדוק את המנוע הגרעיני האחרון לטיסות למאדים. צפוי כי בעזרתו ניתן יהיה להגיע לכוכב האדום בעוד שלושה חודשים בלבד.

בשנים האחרונות מדענים ומהנדסים מטעם נאס"א וסוכנויות חלל אחרות ברחבי העולם דנים באופן פעיל בתוכניות לבניית בסיסים קבועים למגורים על פני הירח והמאדים.

• מהם היתרונות שלה?

המפתח העיקרי להבטחת האוטונומיה שלהםכדי להפחית את עלות הבנייה, מומחי נאס"א שוקלים טכנולוגיות הדפסה תלת מימד המאפשרות להשתמש במים ובמשאבים מקומיים - אדמה, סלעים וגזים מהאטמוספירה - כדי לבנות בנייני בסיס במקום.

מדפסות דומות כפי שעולה מחוויות המשולבה- ISS ועל כדור הארץ מאפשרים להדפיס כמעט את כל הדרוש לחיי המתיישבים במאדים, למעט אחד, המרכיב החשוב ביותר בבסיס - מקור כוח, שכוחו יספיק להפעלת מדפסת התלת מימד עצמה. , כמו גם כוח וחום את כל הבסיס.

כחלק מההכנות של נאס"א לנחיתה על מאדים בשנת 2035, הציעה חברת Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) האמריקאית מסיאטל את פתרונה - מנוע תרמי גרעיני (NTP)

• איך יהיה המנוע הגרעיני?

USNT מציעה פתרון קלאסי - גרעינימנוע המשתמש במימן נוזלי כנוזל העבודה: כור גרעיני מייצר חום מדלק אורניום, אנרגיה זו מחממת את המימן הנוזלי העובר דרך נוזלי הקירור, אשר מתפשט לגז ונפלט דרך פיית המנוע, ויוצר דחף.

אחת הבעיות העיקריות בעת יצירת סוג זהמנועים - מצאו דלק אורניום שיכול לעמוד בתנודות טמפרטורה פתאומיות בתוך המנוע. ה-USNT אומר שהוא פתר את הבעיה על ידי פיתוח דלק שיכול לפעול בטמפרטורות של עד 2,400 מעלות צלזיוס.

מכלול הדלק מכיל קרביד סיליקון:חומר זה, המשמש בשכבת הציפוי התלת-מבני-איזוטרופי, מהווה מחסום אטום לגז המונע את זליגתם של מוצרים רדיואקטיביים מהכור הגרעיני, ומגן על האסטרונאוטים.

• בטיחות

בנוסף, כדי להגן על הצוות ובמקרהבמצבים לא צפויים לא ישמש את המנוע הגרעיני במהלך השיגור מכדור הארץ - הוא יתחיל לעבוד כבר במסלול כדי למזער נזק אפשרי במקרה של תאונה או פעולה חריגה.

קרא עוד

תסתכל על תמונה של 8 טריליון פיקסלים של מאדים

הפלה ומדע: מה יקרה לילדים שילדו

מדענים מסבירים מדוע צמח וולפיה גדל במהירות הגבוהה ביותר