Hva er en kjernefysisk rakettmotor?
Nuclear rakettmotor (NRE) er en type rakett
Det tradisjonelle kjernefysiske fremdriftssystemet som helhet eret design bestående av et varmekammer med en atomreaktor som varmekilde, et arbeidsvæsketilførselssystem og en dyse. Arbeidsvæsken (vanligvis hydrogen) tilføres fra tanken til reaktorkjernen, hvor den passerer gjennom kanaler oppvarmet av kjernefysisk nedbrytningsreaksjon, varmes opp til høye temperaturer og deretter kastes ut gjennom dysen, og skaper jet-trykk.
Det er forskjellige design av NRE:fastfase, væskefase og gassfase - tilsvarende den samlede tilstanden til kjernefysisk drivstoff i reaktorkjernen - fast, smelte- eller høytemperaturgass (eller til og med plasma).
YARD NERVA
Solid state atomrakettmotor
I fastfase kjernefysiske rakettmotorer (SPNRD) er det spaltbare stoffetsom i konvensjonelle atomreaktorer, er den plassert i stavsammenstillinger (brenselstaver) av kompleks form med en utviklet overflate, noe som gjør det mulig effektivt å varme opp den gassformige arbeidsvæsken (vanligvis hydrogen, sjeldnere ammoniakk), som også er et kjølemiddel som kjøler konstruksjonselementene og selve sammenstillingene.
Oppvarmingstemperatur begrenset av temperatursmelting av strukturelle elementer (ikke mer enn 3000 K). Den spesifikke impulsen til en fastfase kjernefysisk rakettmotor, ifølge moderne estimater, vil være 850–900 s, som er mer enn dobbelt så høy som de mest avanserte kjemiske rakettmotorene.
Jordbaserte demonstranter av TfNRD-teknologier i det 20. århundre ble opprettet og vellykket testet på stands (NERVA-programmet i USA, RD-0410 i Sovjetunionen).
TFYARD
Bensinfase kjernefysisk rakettmotor
Gassfase kjernefysisk jetmotor (GNRE) -en konseptuell type jetmotor der reaktiv kraft skapes ved frigjøring av en kjølevæske (arbeidsvæske) fra en atomreaktor, der drivstoffet er i gass- eller plasmaform. Det antas at i slike motorer vil den spesifikke impulsen være 30–50 tusen m/s.
Varmeoverføring fra drivstoff til kjølevæske oppnås hovedsakelig på grunn av stråling, hovedsakelig i det ultrafiolette området av spekteret (ved drivstofftemperaturer på ca. 25.000 ° C).
Kjernepulsmotor
Atomladninger med en kraft på omtrent et kiloton prUnder takeoff skal de eksplodere med en hastighet på én ladning per sekund. Sjokkbølgen - en ekspanderende plasmasky - var ment å bli mottatt av en "pusher" - en kraftig metallskive med et varmebeskyttende belegg og deretter, reflektert fra den, for å skape strålekraft.
Impulsen mottatt av skyveplaten gjennomstrukturelle elementer må overføres til skipet. Da høyden og hastigheten øker, kan frekvensen av eksplosjonene reduseres. Under start må romfartøyet fly strengt vertikalt for å minimere området med radioaktiv forurensning av atmosfæren.
I USA ble romutvikling ved hjelp av pulserende kjernefysiske rakettmotorer utført fra 1958 til 1965 som en del av Orion-prosjektet av General Atomics etter ordre fra US Air Force.
For Orion-prosjektet ble ikke bare beregninger utført,men også fullskala tester. Flytester av impulsdrevne flymodeller (konvensjonelle kjemiske eksplosiver ble brukt til eksplosjoner).
Orion-prosjekt romfartøy, kunstnerens tegning
Positive resultater ble oppnådd caden grunnleggende muligheten for kontrollert flyging av en enhet med en pulsmotor. For å studere styrken til trekkplaten ble det også utført tester på Enewetak Atoll.
Under atomprøver på denne atollengrafittbelagte stålkuler ble plassert 9 m fra eksplosjonens episenter. Kulene ble funnet intakte etter eksplosjonen; et tynt lag med grafitt fordampet (fjernet) fra overflatene.
I USSR ble et lignende prosjekt utviklet i1950–1970-tallet. Enheten inneholdt ytterligere kjemiske jetmotorer, som drev den 30–40 km fra jordens overflate. Deretter skulle den slå på den viktigste kjernefysiske pulsmotoren.
Holdbarhet var det viktigsteen skyveskjerm som ikke tålte de enorme varmelastene fra atomeksplosjoner i nærheten. Samtidig ble det foreslått flere tekniske løsninger som tillater utvikling av en skyveplattedesign med tilstrekkelig ressurs. Prosjektet ble ikke fullført. Det er ikke utført noen reelle tester av pulserende NRM med detonasjon av kjernefysiske enheter.
Kjernefysisk fremdriftssystem
Et kjernefysisk fremdriftssystem (NPP) brukes til å generere elektrisitet, som igjen brukes til å drive en elektrisk rakettmotor.
Et lignende program i USA (NERVA-prosjektet) varstengt i 1971, men i 2020 vendte amerikanerne tilbake til dette emnet og beordret utvikling av en kjernefysisk termisk fremdrift (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) fra Gryphon Technologies for militære romangrepere på kjernefysiske motorer for å patruljere månen og nær jorden, også siden 2015 arbeidet med Kilopower-prosjektet.
Siden 2010 har arbeidet med prosjektet startet i Russlandkjernefysisk fremdriftssystem i megawatt-klasse for romtransportsystemer (romfartøy "Nuclon"). Oppsettet er under utvikling for 2021; innen 2025 er det planlagt å lage prototyper av dette atomkraftverket; den planlagte datoen for flytest av en romtraktor med et atomkraftverk kunngjøres - 2030.
makt
I følge A.V. Bagrov, M.A. Smirnov og S.A.Smirnov, en kjernefysisk rakettmotor kan komme til Pluto på 2 måneder og returnere tilbake på 4 måneder ved å bruke 75 tonn drivstoff, til Alpha Centauri om 12 år og til Epsilon Eridani om 24,8 år.
Er en atommotor farlig?
Den største ulempen er fremdriftssystemets høye strålingsfare:
- strøm av penetrerende stråling (gammastråling, nøytroner) i kjernefysiske reaksjoner;
- overføring av sterkt radioaktive uranforbindelser og legeringer derav;
- utstrømningen av radioaktive gasser med en arbeidsvæske.
Bruken av oppdagelsen av russiske forskere i sivil sektor er nært knyttet til sikkerheten til et atomkraftverk. Det var nødvendig å sikre sikkerheten til eksosen.
Beskyttelsen av en liten atommotor er mindre,jo større den er, så vil nøytroner trenge inn i "forbrenningskammeret", og dermed med en viss sannsynlighet gjøre alt rundt radioaktivt.
Nitrogen og oksygen har radioaktive isotoper med kort halveringstid og er ikke farlige. Radioaktivt karbon er en langvarig ting. Men det er også gode nyheter.
Radioaktivt karbon genereres i den øvre atmosfæren av kosmiske stråler. Men viktigst, konsentrasjonen av karbondioksid i tørr luft er bare 0,02 ÷ 0,04%.
Tatt i betraktning at prosentandelen karbon blirradioaktivt, er verdien fortsatt flere størrelsesordener mindre, foreløpig kan det antas at eksos fra kjernemotorer ikke er farligere enn eksos fra et kullkraftverk.
Kommer de til å bruke en kjernefysisk motor for de siste romflyvningene?
Ja, i begynnelsen av februar ble det kjent at NASAvil teste den siste kjernefysiske motoren for flyreiser til Mars. Det forventes at det med sin hjelp vil være mulig å nå den røde planeten på bare tre måneder.
De siste årene har forskere og ingeniører fra NASA og andre romfartsorganisasjoner over hele verden diskutert aktivt planer om å bygge permanente beboelige baser på overflaten av Månen og Mars.
- Hva er fordelene?
Hovednøkkelen for å sikre deres autonomi ogFor å redusere kostnadene ved bygging vurderer NASA-eksperter tredimensjonale utskriftsteknologier som gjør det mulig å bruke vann og lokale ressurser - jord, bergarter og gasser fra atmosfæren - til å bygge basebygninger på stedet.
Lignende skrivere som vist av erfaringer ombordISS og på jorden gjør det mulig å skrive ut nesten alt som er nødvendig for kolonistenes liv på Mars, med unntak av en, den viktigste komponenten i basen - en strømkilde, hvis kraft ville være tilstrekkelig til å drive selve 3D-skriveren , samt kraft og varme hele basen.
Som en del av NASAs forberedelser for landing på Mars i 2035, foreslo det amerikanske selskapet Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) fra Seattle løsningen - en kjernefysisk termisk motor (NTP)
- Hvordan vil kjernemotoren være?
USNT tilbyr en klassisk løsning - kjernefysiskmotor som bruker flytende hydrogen som arbeidsvæske: en atomreaktor produserer varme fra uranbrensel, denne energien varmer opp flytende hydrogen som passerer gjennom kjølevæskene, som utvides til en gass og drives ut gjennom motordysen, og skaper skyvekraft.
Et av hovedproblemene når du lager denne typenmotorer - finn uranbrensel som tåler plutselige temperatursvingninger inne i motoren. USNT sier de har løst dette problemet ved å utvikle et drivstoff som kan operere ved temperaturer opp til 2400 grader Celsius.
Drivstoffsenheten inneholder silisiumkarbid:Dette materialet, som brukes i laget av det tre-strukturelle-isotrope belegget, danner en gass-tett barriere som forhindrer lekkasje av radioaktive produkter fra atomreaktoren, og beskytter astronautene.
- sikkerhet
I tillegg for å beskytte mannskapet og i tilfelleI uforutsette situasjoner vil ikke kjernemotoren brukes under sjøsetting fra Jorden - den vil begynne å virke allerede i bane for å minimere mulig skade i tilfelle en ulykke eller unormal drift.
Les mer
Se på et bilde på 8 billioner piksler av Mars
Abort og vitenskap: hva vil skje med barna som skal føde
Forskere forklarer hvorfor wolfia-planten vokser raskest