Kas ir kodolraķešu dzinējs?
Kodolraķešu dzinējs (NRE) ir raķešu veids
Tradicionālā kodolpiedziņas sistēma kopumā irkonstrukcija, kas sastāv no sildīšanas kameras ar kodolreaktoru kā siltuma avotu, darba šķidruma padeves sistēmu un sprauslu. Darba šķidrums (parasti ūdeņradis) tiek piegādāts no tvertnes uz reaktora serdi, kur, ejot caur kodola sabrukšanas reakcijas uzkarsētiem kanāliem, tas tiek uzkarsēts līdz augstām temperatūrām un pēc tam tiek izmests caur sprauslu, radot strūklas vilci.
Ir dažādi NRE modeļi:cietā, šķidrā un gāzes fāze - kas atbilst kodoldegvielas kopējam stāvoklim reaktora kodolā - cieta, kausēta vai augstas temperatūras gāze (vai pat plazma).
PAGALMA NERVA
Cietvielu kodolraķešu dzinējs
Cietās fāzes kodoldegvielas raķešu dzinējos (SPNRD) skaldāmā viela irtāpat kā parastajos kodolreaktoros, tas tiek ievietots sarežģītas formas stieņu blokos (degvielas stieņos) ar attīstītu virsmu, kas ļauj efektīvi uzsildīt gāzveida darba šķidrumu (parasti ūdeņradi, retāk amonjaku), kas vienlaikus ir arī dzesēšanas šķidrums. atdzesē konstrukcijas elementus un pašus mezglus.
Apkures temperatūru ierobežo temperatūrakonstrukcijas elementu kušana (ne vairāk kā 3000 K). Cietfāzes kodolraķešu dzinēja īpatnējais impulss, pēc mūsdienu aplēsēm, būs 850–900 s, kas ir vairāk nekā divas reizes lielāks nekā vismodernākajiem ķīmiskajiem raķešu dzinējiem.
TfNRD tehnoloģiju demonstrētāji uz zemes 20. gadsimtā tika izveidoti un veiksmīgi izmēģināti stendos (NERVA programma ASV, RD-0410 PSRS).
TFYARD
Gāzes fāzes kodolraķešu dzinējs
Gāzes fāzes kodolreaktīvā dzinējs (GNRE) -konceptuāls reaktīvo dzinēju tips, kurā reaktīvo spēku rada dzesēšanas šķidruma (darba šķidruma) izdalīšana no kodolreaktora, kurā degviela ir gāzveida vai plazmas formā. Tiek uzskatīts, ka šādos dzinējos īpatnējais impulss būs 30–50 tūkstoši m/s.
Siltuma pārnešana no degvielas uz dzesēšanas šķidrumu tiek panākta galvenokārt radiācijas dēļ, galvenokārt spektra ultravioletajā apgabalā (degvielas temperatūrā aptuveni 25 000 ° C).
Kodolimpulsu dzinējs
Atomu lādiņi ar jaudu aptuveni kilotonu uzPacelšanās laikā tiem vajadzētu eksplodēt ar ātrumu viens lādiņš sekundē. Bija paredzēts, ka triecienvilnis - izplešas plazmas mākonis - uztver "stūmējs" - jaudīgs metāla disks ar karstumizturīgu pārklājumu un pēc tam, atstarojot no tā, radīt strūklas vilci.
Impulss, ko stūmēja plāksne saņem caurikonstrukcijas elementi jāpārnes uz kuģa. Tad, palielinoties augstumam un ātrumam, var samazināt sprādzienu biežumu. Pacelšanās laikā kosmosa kuģim ir jālido stingri vertikāli, lai samazinātu atmosfēras radioaktīvā piesārņojuma laukumu.
Amerikas Savienotajās Valstīs kosmosa izstrāde, izmantojot impulsveida kodolraķešu dzinējus, tika veikta no 1958. līdz 1965. gadam Orion projekta ietvaros, un to pēc ASV Gaisa spēku pasūtījuma veica General Atomics.
Orion projektam tika veikti ne tikai aprēķini, bet arībet arī pilna mēroga pārbaudes. Lidojuma testi ar impulsu vadītu lidmašīnu modeļiem (sprādzieniem tika izmantotas parastās ķīmiskās sprāgstvielas).
Orion projekta kosmosa kuģis, mākslinieka zīmējums
Pozitīvi rezultāti tika iegūti apmelementāra iespēja kontrolēt ierīci ar impulsa dzinēju. Tāpat, lai izpētītu vilces plāksnes izturību, tika veikti testi Enewetak atolā.
Kodolizmēģinājumu laikā šajā atolātērauda sfēras, kas pārklātas ar grafītu, tika novietotas 9 m attālumā no sprādziena epicentra. Pēc sprādziena sfēras tika atrastas neskartas; no to virsmām iztvaicēja (ablēja) plānu grafīta slāni.
PSRS līdzīgs projekts tika izstrādāts gadā1950.–1970. gadi. Ierīcē bija papildu ķīmiskie reaktīvie dzinēji, kas to virzīja 30–40 km attālumā no Zemes virsmas. Tad vajadzēja ieslēgt galveno kodolimpulsu dzinēju.
Izturība bija galvenā problēmastūmēja ekrāns, kas neizturēja milzīgās siltuma slodzes no tuvumā esošiem kodolsprādzieniem. Tajā pašā laikā tika piedāvāti vairāki tehniski risinājumi, kas ar pietiekamu resursu ļauj izstrādāt stūmēja plāksnes dizainu. Projekts netika pabeigts. Īsti impulsa NRM testi ar kodolierīču detonēšanu nav veikti.
Kodolelektriskās piedziņas sistēma
Elektroenerģijas ražošanai tiek izmantota kodolelektriskās piedziņas sistēma (AES), ko savukārt izmanto elektriskās raķešu dzinēja darbināšanai.
Līdzīga programma ASV (NERVA projekts) bijaslēgts 1971. gadā, bet 2020. gadā amerikāņi atgriezās pie šīs tēmas, pasūtot Gryphon Technologies izstrādāt kodoltermisko dzinēju (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) militāriem kosmosa reideriem uz kodoldzinējiem, lai patrulētu arī Mēness un Zemes tuvumā esošajā kosmosā. kopš 2015. gada darbs pie Kilopower projekta.
Kopš 2010. gada darbs pie projekta ir sākts Krievijāmegavatu klases kodolelektropiedziņas sistēma kosmosa transporta sistēmām (kosmosa vilcējs "Nuclon"). Izkārtojums tiek izstrādāts 2021. gadam; līdz 2025. gadam ir paredzēts izveidot šīs atomelektrostacijas prototipus; tiek paziņots kosmosa traktora ar atomelektrostaciju plānotais lidojuma testu datums - 2030. gads.
Jauda
Pēc A.V.Bagrova, M.A.Smirnova un S.A.Smirnovs, kodolraķešu dzinējs var nokļūt Plutonā 2 mēnešos un atgriezties 4 mēnešos, izmantojot 75 tonnas degvielas, Alpha Centauri 12 gados un Epsilon Eridani 24,8 gados.
Vai kodoldzinējs ir bīstams?
Galvenais trūkums ir vilces sistēmas augstais radiācijas risks:
- iekļūstošā starojuma (gamma starojums, neitroni) plūsmas kodolreakcijās;
- ļoti radioaktīvu urāna savienojumu un to sakausējumu pārnešana;
- radioaktīvo gāzu aizplūšana ar darba šķidrumu.
Krievijas zinātnieku atklājuma izmantošana civilajā sektorā ir cieši saistīta ar atomelektrostacijas drošību. Bija nepieciešams nodrošināt tā izplūdes gāzu drošību.
Maza kodoldzinēja aizsardzība ir mazāka,jo lielāks tas ir, tāpēc neitroni iekļūs “sadegšanas kamerā”, tādējādi ar zināmu varbūtību padarot visu apkārtējo radioaktīvu.
Slāpeklim un skābeklim ir radioaktīvi izotopi ar īsu pussabrukšanas periodu un tie nav bīstami. Radioaktīvais ogleklis ir ilgstoša lieta. Bet ir arī labas ziņas.
Radioaktīvo oglekli atmosfēras augšdaļā rada kosmiskie stari. Bet pats galvenais, oglekļa dioksīda koncentrācija sausā gaisā ir tikai 0,02 ÷ 0,04%.
Ņemot vērā, ka oglekļa procentuālais daudzums kļūstradioaktīvs, vērtība joprojām ir vairākas kārtas zemāka, provizoriski var pieņemt, ka kodoldzinēju izplūdes gāzes nav bīstamākas par ogļu spēkstacijas izplūdes gāzēm.
Vai viņi izmantos kodoldzinēju jaunākajiem kosmosa lidojumiem?
Jā, februāra sākumā kļuva zināms, ka NASApārbaudīs jaunāko kodoldzinēju lidojumiem uz Marsu. Paredzams, ka ar tās palīdzību būs iespējams sasniegt Sarkano planētu tikai trīs mēnešu laikā.
Pēdējos gados zinātnieki un inženieri no NASA un citām kosmosa aģentūrām visā pasaulē aktīvi apspriež plānus uz Mēness un Marsa virsmas būvēt pastāvīgas apdzīvojamas bāzes.
- Kādas ir tā priekšrocības?
Galvenā atslēga viņu autonomijas nodrošināšanai unLai samazinātu būvniecības izmaksas, NASA eksperti apsver trīsdimensiju drukāšanas tehnoloģijas, kas ļauj izmantot ūdeni un vietējos resursus - augsni, klintis un atmosfēras gāzes - bāzes ēku būvniecībai uz vietas.
Līdzīgi printeri, kā to pierāda borta pieredzeISS un uz Zemes ļauj izdrukāt gandrīz visu nepieciešamo kolonistu dzīvībai uz Marsa, izņemot vienu, vissvarīgāko bāzes komponentu - strāvas avotu, kura jauda būtu pietiekama, lai darbinātu pašu 3D printeri , kā arī baro un silda visu pamatni.
Kā daļu no NASA sagatavošanās darbiem uz Marsa 2035. gadā Amerikas uzņēmums Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) no Sietlas piedāvāja savu risinājumu - kodoltermisko dzinēju (NTP)
- Kāds būs kodoldzinējs?
USNT piedāvā klasisku risinājumu – kodolenerģijudzinējs, kurā kā darba šķidrums tiek izmantots sašķidrināts ūdeņradis: kodolreaktors ražo siltumu no urāna degvielas, šī enerģija uzsilda caur dzesēšanas šķidrumiem ejošo šķidro ūdeņradi, kas izplešas gāzē un tiek izvadīts caur dzinēja sprauslu, radot vilci.
Viena no galvenajām problēmām, veidojot šo tipudzinēji – atrodiet urāna degvielu, kas spēj izturēt pēkšņas temperatūras svārstības dzinēja iekšienē. USNT saka, ka tā ir atrisinājusi šo problēmu, izstrādājot degvielu, kas var darboties temperatūrā līdz 2400 grādiem pēc Celsija.
Degvielas komplekts satur silīcija karbīdu:Šis materiāls, ko izmanto trīs strukturālā-izotropiskā pārklājuma slānī, veido gāzi necaurlaidīgu barjeru, kas novērš radioaktīvo produktu noplūdi no kodolreaktora, aizsargājot astronautus.
- Drošība
Turklāt, lai aizsargātu apkalpi un gadījumāNeparedzētās situācijās kodoldzinējs netiks izmantots palaišanas laikā no Zemes - tas sāks strādāt jau orbītā, lai samazinātu iespējamos bojājumus negadījuma vai neparastas darbības gadījumā.
Lasīt vairāk
Paskaties 8 triljonu pikseļu Marsa attēlu
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs
Zinātnieki paskaidro, kāpēc vilku augs aug visstraujāk