Ce este un motor rachetă nucleară?
Motorul de rachetă nucleară (NRE) este un tip de rachetă
Sistemul tradițional de propulsie nucleară în ansamblu esteun design constând dintr-o cameră de încălzire cu un reactor nuclear ca sursă de căldură, un sistem de alimentare cu fluid de lucru și o duză. Fluidul de lucru (de obicei hidrogen) este furnizat din rezervor către miezul reactorului, unde, trecând prin canale încălzite prin reacția de descompunere nucleară, este încălzit la temperaturi ridicate și apoi aruncat prin duză, creând tracțiunea jetului.
Există diferite modele de NRE:fază solidă, fază lichidă și fază gazoasă - corespunzătoare stării agregate a combustibilului nuclear din miezul reactorului - gaz solid, topit sau cu temperatură înaltă (sau chiar plasmă).
YARD NERVA
Motor cu rachetă nucleară în fază solidă
În motoarele de rachetă cu propulsor nuclear în fază solidă (SPNRD), substanța fisionabilă esteca și în reactoarele nucleare convenționale, este plasat în ansambluri de tije (barele de combustibil) de formă complexă cu o suprafață dezvoltată, ceea ce face posibilă încălzirea eficientă a fluidului de lucru gazos (de obicei hidrogen, mai rar amoniac), care este și un lichid de răcire care răcește elementele structurale și ansamblurile în sine.
Temperatura de încălzire limitată de temperaturătopirea elementelor structurale (nu mai mult de 3000 K). Impulsul specific al unui motor de rachetă nuclear în fază solidă, conform estimărilor moderne, va fi de 850–900 s, ceea ce este de peste două ori mai mare decât cel mai avansat motor de rachetă chimic.
Demonstranții la sol ai tehnologiilor TfNRD din secolul al XX-lea au fost creați și testați cu succes la standuri (programul NERVA din SUA, RD-0410 în URSS).
TFYARD
Motor cu rachetă nucleară în fază gazoasă
Motor cu reacție nuclear în fază gazoasă (GNRE) -un tip conceptual de motor cu reacție în care forța reactivă este creată prin eliberarea unui lichid de răcire (fluid de lucru) dintr-un reactor nuclear, în care combustibilul este sub formă gazoasă sau plasmă. Se crede că în astfel de motoare impulsul specific va fi de 30-50 mii m/s.
Transferul de căldură de la combustibil la agentul de răcire se realizează în principal datorită radiației, în special în regiunea ultravioletă a spectrului (la temperaturi ale combustibilului de aproximativ 25.000 ° C).
Motor cu impulsuri nucleare
Sarcini atomice cu o putere de aproximativ un kiloton perÎn timpul decolare, acestea ar trebui să explodeze cu o rată de încărcare pe secundă. Unda de șoc - un nor de plasmă în expansiune - trebuia să fie primită de un „împingător” - un disc puternic metalic cu un strat de protecție împotriva căldurii și apoi, reflectat din acesta, pentru a crea tracțiunea jetului.
Impulsul primit de placa împingător prinelementele structurale trebuie transferate navei. Apoi, pe măsură ce altitudinea și viteza cresc, frecvența exploziilor poate fi redusă. În timpul decolării, nava spațială trebuie să zboare strict vertical pentru a reduce la minimum zona de contaminare radioactivă a atmosferei.
În Statele Unite, dezvoltarea spațiului utilizând motoare cu rachete nucleare pulsate a fost realizată în perioada 1958-1965 ca parte a proiectului Orion de către General Atomics din ordinul Forțelor Aeriene ale SUA.
Pentru proiectul Orion, nu numai că s-au efectuat calcule,dar și teste la scară completă. Testele de zbor ale modelelor de avioane cu impulsuri (pentru explozii s-au folosit explozivi chimici convenționali).
Navă spațială proiect Orion, desenul artistului
S-au obţinut rezultate pozitive ccaposibilitatea fundamentală de zbor controlat a unui dispozitiv cu motor cu impulsuri. De asemenea, pentru a studia rezistența plăcii de tracțiune, au fost efectuate teste pe atolul Enewetak.
În timpul testelor nucleare pe acest atolsferele de oțel acoperite cu grafit au fost plasate la 9 m de epicentrul exploziei. Sferele au fost găsite intacte după explozie, un strat subțire de grafit s-a evaporat (ablat) de pe suprafețele lor.
În URSS, un proiect similar a fost dezvoltat în1950–1970. Dispozitivul conținea motoare cu reacție chimice suplimentare care l-au propulsat la 30-40 km de suprafața Pământului. Apoi trebuia să pornească motorul principal cu impulsuri nucleare.
Durabilitatea a fost principala preocupareun ecran împingător care nu putea rezista la încărcăturile enorme de căldură generate de exploziile nucleare din apropiere. În același timp, au fost propuse mai multe soluții tehnice care permit dezvoltarea unui design al plăcii de împingere cu o resursă suficientă. Proiectul nu a fost finalizat. Nu au fost efectuate teste reale ale RMN pulsat cu detonarea dispozitivelor nucleare.
Sistem de propulsie electrică nucleară
Un sistem de propulsie electrică nucleară (NEP) este utilizat pentru a genera electricitate, care la rândul său este utilizat pentru a alimenta un motor rachetă electrică.
Un program similar în SUA (proiectul NERVA) a fostînchis în 1971, dar în 2020 americanii au revenit la acest subiect, comandând dezvoltarea unei propulsii termice nucleare (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) de la Gryphon Technologies pentru raiderii spațiali militari de pe motoarele nucleare pentru a patrula spațiul lunar și apropiat de Pământ. din 2015 lucrează la proiectul Kilopower.
Din 2010, lucrările la proiect au început în Rusiasistem de propulsie electrică nucleară de clasă megawatt pentru sisteme de transport spațial (remorcher spațial „Nuclon”). Aspectul este dezvoltat pentru 2021; până în 2025, este planificată crearea prototipurilor acestei centrale nucleare; se anunță data planificată a testelor de zbor ale unui tractor spațial cu o centrală nucleară - 2030.
putere
Potrivit lui A.V. Bagrov, M.A. Smirnov și S.A.Smirnov, un motor de rachetă nucleară poate ajunge la Pluto în 2 luni și se întoarce înapoi în 4 luni cu un cost de 75 de tone de combustibil, la Alpha Centauri în 12 ani și la Epsilon Eridani în 24,8 ani.
Este periculos un motor nuclear?
Principalul dezavantaj este riscul ridicat de radiații al sistemului de propulsie:
- fluxurile de radiații penetrante (radiații gamma, neutroni) în reacțiile nucleare;
- reportarea compușilor cu uraniu foarte radioactivi și a aliajelor sale;
- scurgerea de gaze radioactive cu un fluid de lucru.
Utilizarea descoperirii oamenilor de știință ruși în sectorul civil este strâns legată de siguranța unei centrale nucleare. A fost necesar să se asigure siguranța evacuării.
Protecția unui motor nuclear mic este mai mică,cu cât este mai mare, astfel încât neutronii vor pătrunde în „camera de ardere”, astfel încât, cu o oarecare probabilitate, totul va face radioactiv.
Azotul și oxigenul au izotopi radioactivi cu un timp de înjumătățire scurt și nu sunt periculoși. Carbonul radioactiv este un lucru de lungă durată. Dar există și vești bune.
Carbonul radioactiv este generat în atmosfera superioară de raze cosmice. Dar cel mai important, concentrația de dioxid de carbon în aerul uscat este de numai 0,02 ÷ 0,04%.
Având în vedere că procentul de carbon devineradioactiv, valoarea este încă cu câteva ordine de mărime mai mică, preliminar se poate presupune că evacuarea motoarelor nucleare nu este mai periculoasă decât evacuarea unei centrale electrice pe cărbune.
Vor folosi un motor nuclear pentru cele mai recente zboruri spațiale?
Da, la începutul lunii februarie a devenit cunoscut faptul că NASAva testa cel mai recent motor nuclear pentru zboruri către Marte. Se așteaptă ca, cu ajutorul său, să fie posibil să ajungem la Planeta Roșie în doar trei luni.
În ultimii ani, oamenii de știință și inginerii de la NASA și alte agenții spațiale din întreaga lume au discutat activ despre planurile de construire a unor baze locuibile permanente pe suprafața Lunii și a Marte.
- Care sunt avantajele sale?
Cheia principală pentru asigurarea autonomiei lor șiExperții NASA consideră că tehnologiile de tipărire tridimensională care fac posibilă utilizarea apei și a resurselor locale - sol, roci și gaze din atmosferă - pentru a construi clădiri de bază pe șantier, reduc construcția.
Imprimante similare, așa cum arată experiențele de la bordISS și pe Pământ fac posibilă imprimarea a aproape tot ce este necesar pentru viața coloniștilor de pe Marte, cu excepția uneia dintre ele, cea mai importantă componentă a bazei - o sursă de energie, a cărei putere ar fi suficientă pentru a asigura funcționarea Imprimanta 3D în sine, precum și alimentarea și încălzirea întregii baze.
Ca parte a pregătirilor NASA pentru aterizarea pe Marte în 2035, compania americană Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) din Seattle și-a propus soluția - un motor nuclear termic (NTP)
- Cum va fi motorul nuclear?
USNT oferă o soluție clasică - nuclearămotor folosind hidrogen lichefiat ca fluid de lucru: un reactor nuclear produce căldură din combustibilul cu uraniu, această energie încălzește hidrogenul lichid care trece prin lichidele de răcire, care se extinde într-un gaz și este expulzat prin duza motorului, creând tracțiune.
Una dintre principalele probleme la crearea acestui tipmotoare - găsiți combustibil cu uraniu care poate rezista la fluctuațiile bruște de temperatură din interiorul motorului. USNT spune că a rezolvat această problemă prin dezvoltarea unui combustibil care poate funcționa la temperaturi de până la 2.400 de grade Celsius.
Ansamblul combustibil conține carbură de siliciu:Acest material, utilizat în stratul de acoperire trisstructural-izotrop, formează o barieră etanșă la gaze care previne scurgerea de produse radioactive din reactorul nuclear, protejând astronauții.
- siguranță
În plus, pentru a proteja echipajul și în cazÎn situații neprevăzute, motorul nuclear nu va fi utilizat în timpul lansării de pe Pământ - va începe să funcționeze deja pe orbită pentru a reduce la minimum posibilele daune în caz de accident sau de funcționare anormală.
Citeste mai mult
Uită-te la o imagine de 8 trilioane de pixeli a lui Marte
Avortul și știința: ce se va întâmpla cu copiii care vor naște
Oamenii de știință explică de ce planta Wolfia este cea mai rapidă creștere