핵 로켓 엔진이란?
핵로켓엔진(NRE)은 로켓의 일종이다.
전통적인 핵추진 시스템은 전체적으로 다음과 같다.원자로를 열원으로 사용하는 가열 챔버, 작동 유체 공급 시스템 및 노즐로 구성된 설계입니다. 작동 유체(보통 수소)는 탱크에서 원자로 노심으로 공급되며, 여기서 핵 붕괴 반응으로 가열된 채널을 통과하여 고온으로 가열된 다음 노즐을 통해 배출되어 제트 추력을 생성합니다.
NRE에는 다양한 디자인이 있습니다.고체상, 액체상 및 기체 상-원자로 코어에서 핵연료의 총 상태에 해당-고체, 용융 또는 고온 가스 (또는 플라즈마).
마당 네르바
고체 핵 로켓 엔진
고체상 핵추진 로켓 엔진(SPNRD)에서 핵분열성 물질은 다음과 같습니다.기존 원자로와 마찬가지로 표면이 발달된 복잡한 모양의 막대 조립체(연료봉)에 배치되어 냉각수이기도 한 기체 작동 유체(일반적으로 수소, 덜 자주 암모니아)를 효과적으로 가열할 수 있습니다. 구조 요소와 어셈블리 자체를 냉각합니다.
온도에 따라 가열 온도가 제한됨구조 요소의 용융 (3000K 이하). 현대 추정에 따르면 고체상 핵 로켓 엔진의 특정 충격량은 850~900초로, 이는 가장 발전된 화학 로켓 엔진보다 두 배 이상 높은 수치입니다.
20 세기 TfNRD 기술의 지상 기반 시위자들이 만들어져 스탠드에서 성공적으로 테스트되었습니다 (미국의 NERVA 프로그램, 소련의 RD-0410).
TFYARD
기상 핵 로켓 엔진
기상핵제트엔진(GNRE) -연료가 기체 또는 플라즈마 형태인 원자로에서 냉각수(작동 유체)가 방출되어 반력이 생성되는 개념적 유형의 제트 엔진입니다. 그러한 엔진에서 특정 충격량은 30~50,000m/s일 것으로 믿어집니다.
연료에서 냉각수로의 열 전달은 주로 스펙트럼의 자외선 영역 (연료 온도 약 25,000 ° C)에서 주로 복사로 인해 이루어집니다.
핵 펄스 엔진
1개당 약 1킬로톤의 전력을 갖는 원자 전하이륙 중에는 초당 1회 충전 속도로 폭발해야 합니다. 팽창하는 플라즈마 구름인 충격파는 열 보호 코팅이 된 강력한 금속 디스크인 "푸셔"에 의해 수신된 다음 반사되어 제트 추력을 생성하도록 되어 있었습니다.
푸셔 플레이트에 의해 수신 된 임펄스구조적 요소는 선박으로 옮겨 져야합니다. 그런 다음 고도와 속도가 증가함에 따라 폭발 빈도를 줄일 수 있습니다. 이륙하는 동안 우주선은 대기의 방사능 오염 영역을 최소화하기 위해 엄격하게 수직으로 비행해야합니다.
미국에서는 미국 공군의 명령에 따라 General Atomics의 Orion 프로젝트의 일환으로 1958 년부터 1965 년까지 펄스 핵 로켓 엔진을 사용한 우주 개발이 수행되었습니다.
Orion 프로젝트의 경우 계산뿐만 아니라또한 본격적인 테스트. 충격 구동 항공기 모델의 비행 테스트 (폭발에는 기존의 화학 폭발물이 사용됨).
오리온 프로젝트 우주선, 예술가의 그림
에 대해 긍정적인 결과를 얻었습니다.펄스 엔진을 갖춘 장치의 비행 제어의 근본적인 가능성. 또한 트랙션 플레이트의 강도를 연구하기 위해 Enewetak Atoll에서 테스트가 수행되었습니다.
이 환초에서 핵 실험을하는 동안흑연으로 코팅 된 강철 구는 폭발의 진원지에서 9m 떨어진 곳에 배치되었습니다. 폭발 후 구형은 손상되지 않았으며 표면에서 얇은 흑연 층이 증발 (제거)되었습니다.
소련에서는 비슷한 프로젝트가 개발되었습니다.1950~1970년대. 이 장치에는 지구 표면에서 30~40km 떨어진 곳까지 추진하는 추가 화학 제트 엔진이 포함되어 있습니다. 그런 다음 주 핵 펄스 엔진을 켜야했습니다.
내구성이 주요 관심사였습니다.근처의 핵 폭발로 인한 엄청난 열 부하를 견딜 수없는 푸셔 스크린. 동시에 충분한 자원으로 푸셔 플레이트 설계를 개발할 수있는 몇 가지 기술 솔루션이 제안되었습니다. 프로젝트가 완료되지 않았습니다. 핵 장치의 폭발과 함께 펄스 NRM에 대한 실제 테스트는 수행되지 않았습니다.
원자력 전기 추진 시스템
원자력 전기 추진 시스템 (NPP)은 전기를 생성하는 데 사용되며, 이는 전기 로켓 엔진에 동력을 공급하는 데 사용됩니다.
미국의 비슷한 프로그램 (NERVA 프로젝트)은1971 년에 문을 닫았지만 2020 년에 미국인들은이 주제로 돌아와서 Gryphon Technologies의 핵 열 추진기 (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) 개발을 명령하여 달과 근 지구 공간을 순찰하기 위해 핵 엔진을 탑재 한 군사 공간 침입자에게도 명령을 내 렸습니다. 2015 년부터 Kilopower 프로젝트에 참여했습니다.
2010 년부터이 프로젝트에 대한 작업은 러시아에서 시작되었습니다.우주 수송 시스템을위한 메가 와트 급 원자력 전기 추진 시스템 (우주 잡아 당김 "Nuclon"). 레이아웃은 2021 년에 개발 중입니다. 2025 년까지이 원자력 발전소의 프로토 타입을 만들 계획입니다. 원자력 발전소를 갖춘 우주 트랙터의 계획된 비행 테스트 날짜가 발표됩니다-2030.
힘
A.V. Bagrov, M.A. Smirnov 및 S.A.핵 로켓 엔진인 스미르노프는 75톤의 연료를 사용하여 명왕성에 2개월 만에 도착하고 4개월 만에 돌아올 수 있으며, 알파 센타우리는 12년, 엡실론 에리다니는 24.8년 만에 돌아올 수 있다.
핵 엔진은 위험합니까?
주요 단점은 추진 시스템의 높은 방사선 위험입니다.
- 핵 반응에서 침투 방사선 (감마선, 중성자)의 플럭스;
- 고 방사성 우라늄 화합물 및 그 합금의 이월;
- 작동 유체로 방사성 가스의 유출.
민간 부문에서 러시아 과학자 발견의 사용은 원자력 발전소의 안전과 밀접한 관련이 있습니다. 배기 가스의 안전을 보장하는 것이 필요했습니다.
소형 원자력 엔진의 보호는 더 작으며,크기가 클수록 중성자가 "연소실"로 침투하여 주변의 모든 것을 방사성 물질로 만들 가능성이 있습니다.
질소와 산소는 반감기가 짧은 방사성 동위 원소를 가지고 있으며 위험하지 않습니다. 방사성 탄소는 수명이 긴 것입니다. 그러나 좋은 소식도 있습니다.
방사성 탄소는 우주선에 의해 대기 상층에서 생성됩니다. 그러나 가장 중요한 것은 건조한 공기의 이산화탄소 농도가 0.02 ÷ 0.04 %에 불과하다는 것입니다.
탄소의 비율이방사성, 그 값은 여전히 몇 배 더 작으며, 예비 적으로 핵 엔진의 배기가 석탄 화력 발전소의 배기보다 더 위험하지 않다고 가정 할 수 있습니다.
최신 우주 비행에 핵 엔진을 사용할 예정인가요?
예, 2 월 초에 NASA가화성 비행을 위해 최신 핵 엔진을 테스트 할 것입니다. 그것의 도움으로 불과 3 개월 만에 화성에 도달 할 수있을 것으로 예상됩니다.
최근 몇 년 동안 NASA와 전 세계의 다른 우주 기관의 과학자와 엔지니어들은 달과 화성 표면에 영구 거주 가능한 기지를 건설 할 계획을 적극적으로 논의하고 있습니다.
- 장점은 무엇입니까?
자율성과건설 비용을 줄이기 위해 NASA 전문가들은 물과 지역 자원 (대기의 토양, 암석 및 가스)을 사용하여 현장에 기반 건물을 지을 수있는 3 차원 인쇄 기술을 고려합니다.
온보드 경험에서 볼 수있는 유사한 프린터ISS와 지구는 기지의 가장 중요한 구성 요소 인 3D 프린터 자체에 전원을 공급하기에 충분한 전원을 제외하고는 화성 식민지 주민의 삶에 필요한 거의 모든 것을 인쇄 할 수있게합니다. , 전원 및 전체 바닥을 가열합니다.
NASA가 2035 년 화성에 착륙하기위한 준비의 일환으로 시애틀의 미국 회사 Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT)는 원자력 열 엔진 (NTP)이라는 솔루션을 제안했습니다.
- 원자력 엔진은 어떤 모습일까요?
USNT는 고전적인 솔루션을 제공합니다 - 핵액화수소를 작동유체로 사용하는 엔진: 원자로는 우라늄 연료로부터 열을 생산하며, 이 에너지는 냉각수를 통과하는 액체수소를 가열하고, 이는 가스로 팽창하여 엔진 노즐을 통해 배출되어 추력을 생성합니다.
이 유형을 만들 때 주요 문제 중 하나엔진 - 엔진 내부의 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 우라늄 연료를 찾으세요. USNT는 최대 섭씨 2,400도까지 작동할 수 있는 연료를 개발해 이 문제를 해결했다고 밝혔다.
연료 집합체에는 탄화 규소가 포함되어 있습니다.3 구조 등방성 코팅층에 사용되는이 물질은 원자로에서 방사성 물질이 누출되는 것을 방지하는 기밀 장벽을 형성하여 우주 비행사를 보호합니다.
- 안전
또한 승무원을 보호하고예상치 못한 상황에서 핵 엔진은 지구에서 발사하는 동안 사용되지 않습니다. 사고 나 비정상 작동시 발생할 수있는 손상을 최소화하기 위해 이미 궤도에서 작동하기 시작합니다.
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