Wat is een nucleaire raketmotor?
Nucleaire raketmotor (NRE) is een type raket
Het traditionele nucleaire voortstuwingssysteem als geheel is dat weleen ontwerp bestaande uit een verwarmingskamer met een kernreactor als warmtebron, een werkend vloeistoftoevoersysteem en een mondstuk. De werkvloeistof (meestal waterstof) wordt vanuit de tank naar de reactorkern gevoerd, waar het, via kanalen die worden verwarmd door de nucleaire vervalreactie, wordt verwarmd tot hoge temperaturen en vervolgens door het mondstuk wordt uitgestoten, waardoor jetstuwkracht ontstaat.
Er zijn verschillende uitvoeringen van NRE:vaste fase, vloeistoffase en gasfase - overeenkomend met de geaggregeerde toestand van nucleaire brandstof in de reactorkern - vast gas, smeltgas of gas op hoge temperatuur (of zelfs plasma).
WERF NERVA
Nucleaire raketmotor met vaste fase
In vastefase-raketmotoren met kernstuwstof (SPNRD) is de splijtbare stof dat welNet als bij conventionele kernreactoren wordt het geplaatst in staafsamenstellen (brandstofstaven) met een complexe vorm en een ontwikkeld oppervlak, waardoor het mogelijk wordt de gasvormige werkvloeistof (meestal waterstof, minder vaak ammoniak) effectief te verwarmen, wat ook een koelmiddel is dat koelt de structurele elementen en de samenstellen zelf.
Verwarmingstemperatuur beperkt door temperatuursmelten van structurele elementen (niet meer dan 3000 K). De specifieke impuls van een vastefase-nucleaire raketmotor zal volgens moderne schattingen 850-900 s bedragen, wat meer dan twee keer zo hoog is als die van de meest geavanceerde chemische raketmotoren.
Gronddemonstratiesystemen van TfNRD-technologieën in de twintigste eeuw werden gemaakt en met succes getest op stands (het NERVA-programma in de VS, RD-0410 in de USSR).
TFYARD
Gasfase nucleaire raketmotor
Gasfase kernstraalmotor (GNRE) -een conceptueel type straalmotor waarbij reactieve kracht wordt gecreëerd door het vrijkomen van een koelmiddel (werkvloeistof) uit een kernreactor, waarin de brandstof in gasvormige of plasmavorm is. Er wordt aangenomen dat bij dergelijke motoren de specifieke impuls 30-50 duizend m/s zal zijn.
Warmteoverdracht van de brandstof naar de koelvloeistof wordt voornamelijk bereikt door straling, meestal in het ultraviolette gebied van het spectrum (bij brandstoftemperaturen van ongeveer 25.000 ° C).
Nucleaire pulsmotor
Atoomladingen met een kracht van ongeveer een kiloton perTijdens het opstijgen moeten ze exploderen met een snelheid van één lading per seconde. De schokgolf - een uitdijende plasmawolk - moest worden opgevangen door een "pusher" - een krachtige metalen schijf met een hittebeschermende coating en vervolgens, gereflecteerd door de straal, stuwkracht creëren.
De impuls die door de duwplaat wordt opgevangenstructurele elementen moeten op het schip worden overgedragen. Vervolgens, naarmate de hoogte en snelheid toenemen, kan de frequentie van de explosies worden verminderd. Tijdens het opstijgen moet het ruimtevaartuig strikt verticaal vliegen om het gebied van radioactieve besmetting van de atmosfeer te minimaliseren.
In de Verenigde Staten werd van 1958 tot 1965 ruimteontwikkeling uitgevoerd met behulp van gepulseerde nucleaire raketmotoren als onderdeel van het Orion-project van General Atomics, in opdracht van de Amerikaanse luchtmacht.
Voor het Orion-project zijn niet alleen berekeningen uitgevoerd,maar ook tests op ware grootte. Vliegproeven van impulsaangedreven vliegtuigmodellen (conventionele chemische explosieven werden gebruikt voor explosies).
Orion project ruimtevaartuig, kunstenaarstekening
Er werden positieve resultaten behaald overde fundamentele mogelijkheid van gecontroleerde vlucht van een apparaat met een pulsmotor. Om de sterkte van de tractieplaat te bestuderen, werden er ook tests uitgevoerd op het Enewetak-atol.
Tijdens kernproeven op dit atolMet grafiet beklede stalen bollen werden op 9 m van het epicentrum van de explosie geplaatst. Na de explosie werden de bollen intact aangetroffen, een dunne laag grafiet verdampt (geablateerd) van hun oppervlak.
In de USSR werd een soortgelijk project ontwikkeld1950-1970. Het apparaat bevatte extra chemische straalmotoren, die het 30 tot 40 km van het aardoppervlak voortstuwden. Vervolgens moest het de belangrijkste nucleaire pulsmotor inschakelen.
Duurzaamheid was de belangrijkste zorgeen duwscherm dat niet bestand was tegen de enorme warmtebelastingen van nabijgelegen nucleaire explosies. Tegelijkertijd werden verschillende technische oplossingen voorgesteld die de ontwikkeling van een duwplaatontwerp met voldoende middelen mogelijk maken. Het project is niet voltooid. Er zijn geen echte tests van gepulste NRM met ontploffing van nucleaire apparaten uitgevoerd.
Nucleair elektrisch voortstuwingssysteem
Een nucleair elektrisch voortstuwingssysteem (NPP) wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken, die op zijn beurt wordt gebruikt om een elektrische raketmotor aan te drijven.
Een soortgelijk programma in de VS (NERVA-project) wasuitgefaseerd in 1971, maar in 2020 keerden de Amerikanen terug naar dit onderwerp en gaven opdracht tot de ontwikkeling van een nucleaire thermische voortstuwing (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) van Gryphon Technologies voor militaire ruimteraiders op nucleaire motoren om te patrouilleren in de ruimte op de maan en in de buurt van de aarde, ook vanaf 2015 werk aan het Kilopower-project.
Sinds 2010 is in Rusland begonnen met het werken aan het projectnucleair elektrisch voortstuwingssysteem van megawattklasse voor ruimtetransportsystemen (ruimtesleper "Nuclon"). De lay-out wordt ontwikkeld voor 2021; tegen 2025 is het de bedoeling om prototypes van deze kerncentrale te maken; de geplande datum van vliegproeven van een ruimtetrekker met een kerncentrale wordt aangekondigd - 2030.
macht
Volgens A.V. Bagrov, M.A. Smirnov en S.A.Smirnov, een nucleaire raketmotor, kan in 2 maanden naar Pluto reizen en in 4 maanden terugkeren met 75 ton brandstof, naar Alpha Centauri in 12 jaar, en naar Epsilon Eridani in 24,8 jaar.
Is een nucleaire motor gevaarlijk?
Het grootste nadeel is het hoge stralingsgevaar van het voortstuwingssysteem:
- fluxen van doordringende straling (gammastraling, neutronen) bij kernreacties;
- overdracht van zeer radioactieve uraniumverbindingen en legeringen daarvan;
- de uitstroom van radioactieve gassen met een werkvloeistof.
Het gebruik van de ontdekking van Russische wetenschappers in de civiele sector hangt nauw samen met de veiligheid van een kerncentrale. Het was noodzakelijk om de veiligheid van de uitlaat te waarborgen.
De bescherming van een kleine kernmotor is kleiner,hoe groter het is, zodat neutronen de “verbrandingskamer” zullen binnendringen, waardoor met enige waarschijnlijkheid alles eromheen radioactief wordt.
Stikstof en zuurstof hebben radioactieve isotopen met een korte halfwaardetijd en zijn niet gevaarlijk. Radioactieve koolstof heeft een lange levensduur. Maar er is ook goed nieuws.
Radioactieve koolstof wordt gegenereerd in de bovenste atmosfeer door kosmische straling. Maar het belangrijkste is dat de concentratie kooldioxide in droge lucht slechts 0,02 ÷ 0,04% is.
Gezien het feit dat het percentage koolstof wordtradioactief is de waarde nog steeds enkele orden van grootte kleiner, voorlopig kan worden aangenomen dat de uitlaatgassen van nucleaire motoren niet gevaarlijker zijn dan de uitlaatgassen van een kolengestookte elektriciteitscentrale.
Gaan ze een kernmotor gebruiken voor de nieuwste ruimtevluchten?
Ja, begin februari werd bekend dat NASAzal de nieuwste nucleaire motor testen voor vluchten naar Mars. Verwacht wordt dat het met zijn hulp mogelijk zal zijn om de Rode Planeet in slechts drie maanden te bereiken.
In de afgelopen jaren hebben wetenschappers en ingenieurs van NASA en andere ruimteagentschappen over de hele wereld actief gesproken over plannen om permanente bewoonbare bases te bouwen op het oppervlak van de maan en Mars.
- Wat zijn de voordelen?
De belangrijkste sleutel tot het waarborgen van hun autonomie enOm de constructiekosten te verlagen, overwegen NASA-experts driedimensionale printtechnologieën die het mogelijk maken om water en lokale bronnen - aarde, rotsen en gassen uit de atmosfeer - te gebruiken om ter plaatse basisgebouwen te bouwen.
Vergelijkbare printers zoals blijkt uit ervaringen aan boordHet ISS en op aarde maken het mogelijk om bijna alles af te drukken dat nodig is voor het leven van kolonisten op Mars, met uitzondering van één, het belangrijkste onderdeel van de basis - een stroombron, waarvan de kracht voldoende zou zijn om de werking van de 3D-printer zelf, evenals voeding en verwarming van de hele basis.
Als onderdeel van de voorbereidingen van NASA om in 2035 op Mars te landen, stelde het Amerikaanse bedrijf Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) uit Seattle zijn oplossing voor: een nucleaire thermische motor (NTP)
- Hoe zal de nucleaire motor eruit zien?
USNT предлагает классическое решение — ядерный motor die vloeibaar waterstof als werkvloeistof gebruikt: een kernreactor produceert warmte uit uraniumbrandstof. Deze energie verwarmt vloeibare waterstof die door de koelvloeistoffen gaat, dat uitzet tot een gas en door het mondstuk van de motor wordt uitgestoten, waardoor stuwkracht ontstaat.
Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей — найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2 400 градусов Цельсия.
De brandstofassemblage bevat siliciumcarbide:Dit materiaal, gebruikt in de laag van trisstructureel-isotrope coating, vormt een gasdichte barrière die het lekken van radioactieve producten uit de kernreactor voorkomt en de astronauten beschermt.
- veiligheid
Bovendien ter bescherming van de bemanning en in het gevalIn onvoorziene situaties zal de nucleaire motor niet worden gebruikt tijdens de lancering vanaf de aarde - hij zal al in een baan om de aarde gaan werken om mogelijke schade bij een ongeval of abnormale werking te minimaliseren.
Lees verder
Kijk naar een afbeelding van 8 biljoen pixels van Mars
Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen
Wetenschappers leggen uit waarom de wolfia-plant het snelst groeit