Kas yra branduolinių raketų variklis?
Branduolinis raketinis variklis (NRE) yra raketų rūšis
Tradicinė branduolinė varomoji sistema kaip visuma yrakonstrukcija, susidedanti iš šildymo kameros su branduoliniu reaktoriumi kaip šilumos šaltiniu, darbinio skysčio tiekimo sistemos ir antgalio. Darbinis skystis (dažniausiai vandenilis) tiekiamas iš rezervuaro į reaktoriaus aktyvią zoną, kur, eidamas per kanalus, įkaitintus dėl branduolinio skilimo reakcijos, įkaitinamas iki aukštos temperatūros, o po to išmetamas per purkštuką, sukuriant srovės trauką.
Yra įvairių NRE dizainų:kietos fazės, skystos fazės ir dujų fazės - atitinkančios bendrą branduolinio kuro būseną reaktoriaus šerdyje - kietos, lydytos arba aukštos temperatūros dujos (ar net plazma).
KIEMO NERVA
Kietojo kūno branduolinis raketinis variklis
Kietosios fazės branduolinio kuro raketiniuose varikliuose (SPNRD) skilioji medžiaga yrakaip ir įprastuose branduoliniuose reaktoriuose, jis dedamas į sudėtingos formos strypų mazgus (kuro strypus) su išvystytu paviršiumi, kuris leidžia efektyviai šildyti dujinį darbinį skystį (dažniausiai vandenilį, rečiau amoniaką), kuris kartu yra ir aušinimo skystis, aušina konstrukcinius elementus ir pačius mazgus.
Šildymo temperatūrą riboja temperatūrakonstrukcinių elementų lydymas (ne daugiau kaip 3000 K). Kietosios fazės branduolinio raketinio variklio specifinis impulsas, šiuolaikiniais skaičiavimais, bus 850–900 s, o tai yra daugiau nei dvigubai didesnis nei pažangiausių cheminių raketų variklių.
Buvo sukurti ir ant stendų sėkmingai išbandyti antžeminiai 20-ojo amžiaus TfNRD technologijų demonstratoriai (NERVA programa JAV, RD-0410 SSRS).
TUARDAS
Dujų fazės branduolinis raketinis variklis
Dujinės fazės branduolinis reaktyvinis variklis (GNRE) -konceptualus reaktyvinio variklio tipas, kuriame reaktyvioji jėga sukuriama iš branduolinio reaktoriaus išleidžiant aušinimo skystį (darbinį skystį), kuriame kuras yra dujinės arba plazminės formos. Manoma, kad tokiuose varikliuose savitasis impulsas bus 30–50 tūkst.m/s.
Šiluma perduodama iš kuro į aušinimo skystį daugiausia dėl radiacijos, daugiausia ultravioletinių spindulių spektro srityje (esant maždaug 25 000 ° C kuro temperatūrai).
Branduolinis impulsinis variklis
Atominiai krūviai, kurių galia yra maždaug kilotonas vienamKilimo metu jie turėtų sprogti vieno įkrovimo per sekundę greičiu. Smūgio bangą - besiplečiantį plazmos debesį - turėjo priimti „stūmiklis“ - galingas metalinis diskas su karščiui atsparia danga, o tada, atsispindėdamas nuo jo, sukurti srovės trauką.
Impulsas, kurį gauna stūmoklio plokštėkonstrukciniai elementai turi būti perkelti į laivą. Tada, didėjant aukščiui ir greičiui, galima sumažinti sprogimų dažnį. Kilimo metu erdvėlaivis turi skristi griežtai vertikaliai, kad sumažintų radioaktyviosios atmosferos užterštumo plotą.
Jungtinėse Amerikos Valstijose kosmoso plėtra naudojant impulsinius branduolinius raketinius variklius buvo vykdoma 1958–1965 m., Vykdant „Orion“ projektą pagal JAV oro pajėgų užsakymą.
„Orion“ projektui buvo atlikti ne tik skaičiavimai, bet irbet ir visapusiškus testus. Impulsinių lėktuvų modelių skrydžiai (sprogimams buvo naudojami įprasti cheminiai sprogmenys).
Orion projekto erdvėlaivis, menininko piešinys
Teigiami rezultatai buvo gauti apiepagrindinė galimybė valdyti prietaisą su impulsiniu varikliu. Be to, siekiant ištirti traukos plokštės stiprumą, Enewetako atole buvo atlikti bandymai.
Per šio atolo branduolinius bandymusgrafitu padengtos plieno sferos buvo pastatytos 9 m atstumu nuo sprogimo epicentro. Po sprogimo rutulys buvo rastas nepažeistas; iš jų paviršių išgaravo (abliavo) plonas grafito sluoksnis.
SSRS panašus projektas buvo sukurtas m1950–1970 m. Įrenginyje buvo papildomi cheminiai reaktyviniai varikliai, kurie varė jį 30–40 km nuo Žemės paviršiaus. Tada turėjo įjungti pagrindinį branduolinį impulsinį variklį.
Patvarumas buvo pagrindinis rūpestisstūmimo ekranas, kuris negalėjo atlaikyti milžiniškos šilumos apkrovos dėl netoliese esančių branduolinių sprogimų. Tuo pačiu metu buvo pasiūlyta keletas techninių sprendimų, leidžiančių sukurti stūmoklio plokštės dizainą, turint pakankamai išteklių. Projektas nebuvo baigtas. Realių impulsinio NRM bandymų su sprogdinant branduolinius įtaisus neatlikta.
Branduolinė elektrinė varomoji sistema
Elektrai gaminti naudojama branduolinė elektrinė varymo sistema (AE), kuri, savo ruožtu, naudojama elektrinės raketos varikliui varyti.
Panaši programa JAV (NERVA projektas) buvouždarytas 1971 m., tačiau 2020 m. amerikiečiai grįžo prie šios temos ir liepė iš „Gryphon Technologies“ sukurti branduolinę šiluminę jėgainę („Nuclear Thermal Propulsion“, NTP) kariniams kosminiams antskrydžių ant branduolinių variklių patruliavimams Mėnulio ir Žemės plote. nuo 2015 metų darbas prie „Kilopower“ projekto.
Nuo 2010 m. Projektas prie projekto pradėtas Rusijojemegavatų klasės branduolinė elektrinė varomoji sistema kosminėms transporto sistemoms (kosminis vilkikas „Nuclon“). Maketas rengiamas 2021 m .; iki 2025 m. planuojama sukurti šios atominės elektrinės prototipus; skelbiama planuojama kosminio traktoriaus su atomine elektrine skrydžio bandymų data - 2030 m.
Galia
Anot A. V. Bagrovo, M. A. Smirnovo ir S. A.Smirnovo, branduolinės raketos variklis gali patekti į Plutoną per 2 mėnesius ir grįžti per 4 mėnesius, naudodamas 75 tonas kuro, į Alpha Centauri per 12 metų, o į Epsilon Eridani – per 24,8 metų.
Ar branduolinis variklis yra pavojingas?
Pagrindinis trūkumas yra didelis varomosios sistemos radiacijos pavojus:
- skvarbios spinduliuotės (gama spinduliuotės, neutronų) srautai branduolinėse reakcijose;
- labai radioaktyvių urano junginių ir jo lydinių perkėlimas;
- radioaktyviųjų dujų nutekėjimas su darbiniu skysčiu.
Rusijos mokslininkų atradimo naudojimas civiliniame sektoriuje yra glaudžiai susijęs su atominės elektrinės sauga. Reikėjo užtikrinti jo išmetimo saugumą.
Mažo branduolinio variklio apsauga yra mažesnė,kuo jis didesnis, todėl neutronai prasiskverbs į „degimo kamerą“, todėl su tam tikra tikimybe viskas aplinkui bus radioaktyvi.
Azotas ir deguonis pasižymi trumpu radioaktyviųjų izotopų pusperiodžiu ir nėra pavojingi. Radioaktyvioji anglis yra ilgaamžis dalykas. Tačiau yra ir gerų naujienų.
Radioaktyvioji anglis viršutinėje atmosferos dalyje susidaro dėl kosminių spindulių. Bet svarbiausia, kad anglies dioksido koncentracija sausame ore yra tik 0,02 ÷ 0,04%.
Atsižvelgiant į tai, kad anglies procentinė dalis tamparadioaktyvi, vertė vis dar yra keliais dydžiais mažesnė, preliminariai galima manyti, kad branduolinių variklių išmetamieji teršalai nėra pavojingesni nei anglimi kūrenamos elektrinės išmetamieji teršalai.
Ar jie ketina naudoti branduolinį variklį naujausiems skrydžiams į kosmosą?
Taip, vasario pradžioje tapo žinoma, kad NASAišbandys naujausią branduolinį variklį skrydžiams į Marsą. Tikimasi, kad su jo pagalba bus įmanoma pasiekti Raudonąją planetą vos per tris mėnesius.
Pastaraisiais metais NASA ir kitų pasaulio kosmoso agentūrų mokslininkai ir inžinieriai aktyviai diskutavo apie planus, kaip pastatyti nuolatines gyvenamąsias bazes Mėnulio ir Marso paviršiuje.
- Kokie jo pranašumai?
Pagrindinis raktas užtikrinant jų autonomiją irNorėdami sumažinti statybų kainą, NASA ekspertai svarsto trijų matmenų spausdinimo technologijas, kurios leidžia naudoti vandenį ir vietinius išteklius - dirvožemį, uolienas ir atmosferos dujas - statant bazinius pastatus vietoje.
Panašūs spausdintuvai, kuriuos rodo patirtis laiveTKS ir Žemėje galima atspausdinti beveik viską, ko reikia kolonistų gyvenimui Marse, išskyrus vieną, svarbiausią bazės komponentą - maitinimo šaltinį, kurio galios pakaktų pačiam 3D spausdintuvui maitinti , taip pat maitinkite ir šildykite visą pagrindą.
Kaip dalį NASA pasirengimo nusileisti Marse 2035 m., Amerikos bendrovė „Ultra Safe Nuclear Technologies“ (USNT) iš Sietlo pasiūlė savo sprendimą - branduolinį šiluminį variklį (NTP).
- Koks bus atominis variklis?
USNT siūlo klasikinį sprendimą – branduolinįvariklis, kuriame kaip darbinis skystis naudojamas suskystintas vandenilis: branduolinis reaktorius gamina šilumą iš urano kuro, ši energija šildo per aušinimo skysčius einantį skystą vandenilį, kuris išsiplečia į dujas ir išstumiamas per variklio antgalį, sukurdamas trauką.
Viena iš pagrindinių problemų kuriant šį tipąvarikliai – suraskite urano kurą, kuris gali atlaikyti staigius temperatūros svyravimus variklio viduje. USNT teigia, kad šią problemą išsprendė sukurdama kurą, galintį veikti iki 2400 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Kuro komplekte yra silicio karbido:Ši medžiaga, naudojama trijų struktūrinių-izotropinių dangų sluoksnyje, sudaro dujoms nepralaidžią užtvarą, kuri apsaugo nuo radioaktyviųjų produktų nutekėjimo iš branduolinio reaktoriaus ir apsaugo astronautus.
- Sauga
Be to, norint apsaugoti įgulą ir tuo atvejuNenumatytose situacijose branduolinis variklis nebus naudojamas paleidimo iš Žemės metu - jis pradės veikti jau orbitoje, kad sumažintų galimą žalą avarijos ar nenormalaus veikimo atveju.
Skaityti daugiau
Pažvelkite į 8 trilijonų pikselių Marso vaizdą
Abortas ir mokslas: kas nutiks gimdantiems vaikams
Mokslininkai paaiškina, kodėl vilkų augalas sparčiausiai auga