O que é um motor de foguete nuclear?
Motor de foguete nuclear (NRE) é um tipo de foguete
O sistema de propulsão nuclear tradicional como um todo éum projeto que consiste em uma câmara de aquecimento com um reator nuclear como fonte de calor, um sistema de fornecimento de fluido de trabalho e um bico. O fluido de trabalho (geralmente hidrogênio) é fornecido do tanque para o núcleo do reator, onde, passando pelos canais aquecidos pela reação de decaimento nuclear, é aquecido a altas temperaturas e depois expelido pelo bocal, criando o empuxo do jato.
Existem vários designs de NRE:fase sólida, fase líquida e fase gasosa - correspondendo ao estado agregado do combustível nuclear no núcleo do reator - sólido, fundido ou gás de alta temperatura (ou mesmo plasma).
YARD NERVA
Motor de foguete nuclear de fase sólida
Nos motores de foguete de propelente nuclear de fase sólida (SPNRD), a substância físsil écomo nos reatores nucleares convencionais, é colocado em conjuntos de hastes (barras de combustível) de formato complexo e com superfície desenvolvida, o que permite aquecer efetivamente o fluido de trabalho gasoso (geralmente hidrogênio, menos frequentemente amônia), que também é um refrigerante que resfria os elementos estruturais e os próprios conjuntos.
Temperatura de aquecimento limitada pela temperaturafusão de elementos estruturais (não mais que 3.000 K). O impulso específico de um motor de foguete nuclear de fase sólida, de acordo com estimativas modernas, será de 850 a 900 s, o que é mais que o dobro dos motores de foguete químicos mais avançados.
Demonstradores baseados em terra das tecnologias TfNRD no século 20 foram criados e testados com sucesso em estandes (programa NERVA nos EUA, RD-0410 na URSS).
TFYARD
Motor de foguete nuclear de fase gasosa
Motor a jato nuclear em fase gasosa (GNRE) -um tipo conceitual de motor a jato em que a força reativa é criada pela liberação de um refrigerante (fluido de trabalho) de um reator nuclear, no qual o combustível está na forma gasosa ou de plasma. Acredita-se que nesses motores o impulso específico será de 30 a 50 mil m/s.
A transferência de calor do combustível para o refrigerante é obtida principalmente devido à radiação, principalmente na região ultravioleta do espectro (em temperaturas de combustível de cerca de 25.000 ° C).
Motor Nuclear Pulse
Cargas atômicas com potência de aproximadamente um quiloton porDurante a decolagem, eles deveriam explodir a uma taxa de uma carga por segundo. A onda de choque - uma nuvem de plasma em expansão - deveria ser recebida por um “empurrador” - um poderoso disco de metal com um revestimento protetor de calor e então, refletido a partir dele, para criar impulso de jato.
O impulso recebido pela placa empurradora atravéselementos estruturais devem ser transferidos para o navio. Então, conforme a altitude e a velocidade aumentam, a frequência das explosões pode ser reduzida. Durante a decolagem, a espaçonave deve voar estritamente verticalmente para minimizar a área de contaminação radioativa da atmosfera.
Nos Estados Unidos, o desenvolvimento espacial usando motores de foguetes nucleares pulsantes foi realizado de 1958 a 1965 como parte do projeto Orion da General Atomics por ordem da Força Aérea dos EUA.
Para o projeto Orion, não foram realizados apenas cálculos,mas também testes em escala real. Testes de vôo de modelos de aeronaves movidos a impulso (explosivos químicos convencionais foram usados para explosões).
Nave espacial do projeto Orion, desenho do artista
Resultados positivos foram obtidos sobrea possibilidade fundamental de vôo controlado de um dispositivo com motor pulsado. Além disso, para estudar a resistência da placa de tração, foram realizados testes no Atol Enewetak.
Durante os testes nucleares neste atolesferas de aço revestidas de grafite foram colocadas a 9 m do epicentro da explosão. As esferas foram encontradas intactas após a explosão, uma fina camada de grafite evaporada (removida) de suas superfícies.
Na URSS, um projeto semelhante foi desenvolvido em1950–1970. O dispositivo continha motores a jato químicos adicionais que o impulsionavam de 30 a 40 km da superfície da Terra. Então deveria ligar o motor principal de pulso nuclear.
A durabilidade era a principal preocupaçãouma tela empurradora que não conseguia suportar as enormes cargas de calor das explosões nucleares próximas. Ao mesmo tempo, várias soluções técnicas foram propostas que permitem o desenvolvimento de um projeto de placa impulsora com recursos suficientes. O projeto não foi concluído. Nenhum teste real de NRM pulsado com detonação de dispositivos nucleares foi realizado.
Sistema de propulsão elétrica nuclear
Um sistema de propulsão elétrica nuclear (NEP) é usado para gerar eletricidade, que por sua vez é usada para alimentar um motor de foguete elétrico.
Um programa semelhante nos EUA (o projeto NERVA) foifechado em 1971, mas em 2020 os americanos voltaram a esse tópico, ordenando o desenvolvimento de uma propulsão térmica nuclear (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) da Gryphon Technologies para invasores espaciais militares em motores nucleares para patrulhar o espaço lunar e próximo à Terra, também desde 2015 trabalho no projeto Kilopower.
Desde 2010, o trabalho no projeto começou na Rússiasistema de propulsão elétrica nuclear da classe megawatt para sistemas de transporte espacial (rebocador espacial “Nuclon”). O layout está sendo desenvolvido para 2021; em 2025, está prevista a criação de protótipos dessa usina nuclear; anuncia-se a data prevista para os testes de voo de um trator espacial com central nuclear - 2030.
Poder
De acordo com A. V. Bagrov, M. A. Smirnov e S. A.Smirnov, um motor de foguete nuclear pode chegar a Plutão em 2 meses e retornar em 4 meses usando 75 toneladas de combustível, a Alfa Centauri em 12 anos e a Epsilon Eridani em 24,8 anos.
Um motor nuclear é perigoso?
A principal desvantagem é o alto risco de radiação do sistema de propulsão:
- fluxos de radiação penetrante (radiação gama, nêutrons) em reações nucleares;
- transporte de compostos de urânio altamente radioativos e suas ligas;
- a saída de gases radioativos com um fluido de trabalho.
O uso da descoberta de cientistas russos no setor civil está intimamente relacionado à segurança de uma usina nuclear. Era preciso garantir a segurança de seu escapamento.
A proteção de um pequeno motor nuclear é menor,quanto maior for, mais nêutrons penetrarão na “câmara de combustão”, tornando assim com alguma probabilidade tudo ao seu redor radioativo.
O nitrogênio e o oxigênio possuem isótopos radioativos com meia-vida curta e não são perigosos. O carbono radioativo é uma coisa de longa duração. Mas também há boas notícias.
O carbono radioativo é gerado na atmosfera superior por raios cósmicos. Mas o mais importante é que a concentração de dióxido de carbono no ar seco é de apenas 0,02 ± 0,04%.
Considerando que a porcentagem de carbono se tornandoradioativo, o valor é ainda várias ordens de magnitude menor, preliminarmente, pode-se supor que a exaustão de motores nucleares não é mais perigosa do que a exaustão de uma usina a carvão.
Eles vão usar um motor nuclear nos últimos vôos espaciais?
Sim, no início de fevereiro soube-se que a NASAvai testar o mais recente motor nuclear para voos a Marte. Espera-se que com a sua ajuda seja possível chegar ao Planeta Vermelho em apenas três meses.
Nos últimos anos, cientistas e engenheiros da NASA e outras agências espaciais ao redor do mundo têm discutido ativamente planos para construir bases habitáveis permanentes na superfície da Lua e Marte.
- Quais são suas vantagens?
A principal chave para garantir sua autonomia ePara reduzir o custo de construção, os especialistas da NASA consideram as tecnologias de impressão tridimensional que possibilitam o uso de água e recursos locais - solo, rochas e gases da atmosfera - para construir edifícios básicos no local.
Impressoras semelhantes, conforme mostrado a bordoA ISS e na Terra possibilitam imprimir quase tudo o que é necessário para a vida dos colonos em Marte, com exceção de um, o componente mais importante da base - uma fonte de energia, cuja energia seria suficiente para alimentar a própria impressora 3D , bem como alimentar e aquecer toda a base.
Como parte dos preparativos da NASA para pousar em Marte em 2035, a empresa americana Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) de Seattle propôs sua solução - um motor térmico nuclear (NTP)
- Como será o motor nuclear?
USNT oferece uma solução clássica - nuclearmotor usando hidrogênio liquefeito como fluido de trabalho: um reator nuclear produz calor a partir do combustível de urânio, essa energia aquece o hidrogênio líquido que passa pelos refrigerantes, que se expande em gás e é expelido pelo bico do motor, criando empuxo.
Um dos principais problemas ao criar este tipomotores - encontre combustível de urânio que possa suportar flutuações repentinas de temperatura dentro do motor. A USNT afirma ter resolvido este problema ao desenvolver um combustível que pode operar em temperaturas de até 2.400 graus Celsius.
O conjunto de combustível contém carboneto de silício:Esse material, utilizado na camada de revestimento trisstrutural-isotrópico, forma uma barreira hermética aos gases evitando o vazamento de produtos radioativos do reator nuclear, protegendo os astronautas.
- Segurança
Além disso, para proteger a tripulação e no casoEm situações imprevistas, o motor nuclear não será utilizado durante o lançamento da Terra - começará a funcionar já em órbita para minimizar possíveis danos em caso de acidente ou operação anormal.
Consulte Mais informação
Olhe para uma imagem de 8 trilhões de pixels de Marte
Aborto e ciência: o que acontecerá com as crianças que darão à luz
Os cientistas explicam porque a planta wolfia é a que cresce mais rápido