Čo je to jadrový raketový motor?
Jadrový raketový motor (NRE) je typ rakety
Tradičný jadrový pohonný systém ako celok jekonštrukcia pozostávajúca z vykurovacej komory s jadrovým reaktorom ako zdrojom tepla, systému prívodu pracovnej tekutiny a trysky. Pracovná tekutina (zvyčajne vodík) sa privádza z nádrže do aktívnej zóny reaktora, kde sa cez kanály vyhrievané reakciou jadrového rozpadu zahreje na vysoké teploty a potom sa vyvrhne cez dýzu, čím sa vytvorí prúdový ťah.
Existujú rôzne vzory NRE:pevná fáza, kvapalná fáza a plynná fáza - zodpovedajúce agregátnemu stavu jadrového paliva v aktívnej zóne reaktora - pevný, roztavený alebo vysokoteplotný plyn (alebo dokonca plazma).
YARD NERVA
Tuhý jadrový raketový motor
V raketových motoroch na jadrové pohonné látky na tuhej fáze (SPNRD) je štiepna látkaako v bežných jadrových reaktoroch je umiestnený v tyčových zostavách (palivových tyčiach) zložitého tvaru s rozvinutým povrchom, ktorý umožňuje efektívne ohrievať plynnú pracovnú kvapalinu (spravidla vodík, menej často amoniak), ktorá je zároveň chladivom, ochladzuje konštrukčné prvky a samotné zostavy.
Teplota vykurovania obmedzená teplotoutavenie konštrukčných prvkov (nie viac ako 3000 K). Špecifický impulz jadrového raketového motora na tuhú fázu bude podľa moderných odhadov 850–900 s, čo je viac ako dvakrát viac ako u najpokročilejších chemických raketových motorov.
Na stánkoch boli vytvorené a úspešne otestované pozemné demonštrácie technológií TfNRD v 20. storočí (program NERVA v USA, RD-0410 v ZSSR).
TFYARD
Jadrový raketový motor v plynnej fáze
Plynový jadrový prúdový motor (GNRE) -koncepčný typ prúdového motora, v ktorom reaktívna sila vzniká uvoľnením chladiva (pracovnej tekutiny) z jadrového reaktora, v ktorom je palivo v plynnej alebo plazmovej forme. Predpokladá sa, že v takýchto motoroch bude špecifický impulz 30–50 tisíc m/s.
Prenos tepla z paliva do chladiacej kvapaliny sa dosahuje hlavne žiarením, väčšinou v ultrafialovej oblasti spektra (pri teplotách paliva okolo 25 000 ° C).
Jadrový pulzný motor
Atómové náboje so silou približne kilotony zaPočas vzletu by mali explodovať rýchlosťou jedného náboja za sekundu. Rázová vlna - rozširujúci sa plazmový oblak - mala byť prijatá „tlačidlom“ - silným kovovým diskom s tepelne ochranným povlakom a potom, odrazená od neho, aby vytvorila prúdový ťah.
Impulz prijatý tlačnou doskou cezkonštrukčné prvky sa musia preniesť na loď. S rastúcou nadmorskou výškou a rýchlosťou sa potom môže frekvencia výbuchov znížiť. Počas vzletu musí kozmická loď letieť striktne vertikálne, aby sa minimalizovala oblasť rádioaktívnej kontaminácie atmosféry.
V Spojených štátoch sa vesmírny vývoj využívajúci impulzné jadrové raketové motory uskutočňoval v rokoch 1958 až 1965 v rámci projektu Orion spoločnosťou General Atomics na základe príkazu amerického letectva.
Pre projekt Orion neboli vykonané iba výpočty,ale aj testy v plnom rozsahu. Letové skúšky impulzom poháňaných modelov lietadiel (pri výbuchoch sa používali konvenčné chemické výbušniny).
Kozmická loď projektu Orion, kresba umelca
Pozitívne výsledky boli dosiahnuté ozásadná možnosť riadeného letu zariadenia s pulzným motorom. Na preskúmanie pevnosti trakčnej dosky sa tiež vykonali testy na atole Enewetak.
Počas jadrových skúšok na tomto atolegrafitom potiahnuté oceľové gule boli umiestnené 9 m od epicentra výbuchu. Po výbuchu boli guľky nájdené neporušené; z ich povrchov sa odparila (odstránila) tenká vrstva grafitu.
V ZSSR bol podobný projekt vyvinutý v r1950-1970. Zariadenie obsahovalo ďalšie chemické prúdové motory, ktoré ho poháňali 30–40 km od povrchu Zeme. Potom sa mal zapnúť hlavný jadrový impulzný motor.
Hlavným záujmom bola trvanlivosťtlačná clona, ktorá nemohla vydržať obrovské tepelné zaťaženie z blízkych jadrových výbuchov. Súčasne bolo navrhnutých niekoľko technických riešení, ktoré umožňujú návrh tlačnej dosky s dostatočnými prostriedkami. Projekt nebol dokončený. Skutočné testy impulzných NRM s detonáciou jadrových zariadení sa neuskutočnili.
Jadrový elektrický pohonný systém
Na výrobu elektriny sa používa jadrový elektrický pohonný systém (NEP), ktorý sa zase používa na pohon elektrického raketového motora.
Podobný program v USA (projekt NERVA) boluzavretá v roku 1971, ale v roku 2020 sa Američania k tejto téme vrátili a nariadili vývoj jadrového tepelného pohonu (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) od spoločnosti Gryphon Technologies pre vojenských vesmírnych nájazdníkov na jadrových motoroch, ktorí budú hliadkovať v mesačnom a blízkozemskom vesmíre od roku 2015 práce na projekte Kilopower.
Od roku 2010 sa na projekte začalo pracovať v Ruskujadrový elektrický pohonný systém megawattovej triedy pre systémy vesmírnej dopravy (vesmírny remorkér „Nuclon“). Dispozičné riešenie sa vyvíja na rok 2021; do roku 2025 sa plánuje vytvorenie prototypov tejto jadrovej elektrárne; je oznámený plánovaný termín letových skúšok vesmírneho ťahača s jadrovou elektrárňou - 2030.
energie
Podľa A.V Bagrova, M.A. Smirnova a S.A.Smirnov, jadrový raketový motor, sa dokáže dostať na Pluto za 2 mesiace a vrátiť sa späť za 4 mesiace s použitím 75 ton paliva, na Alpha Centauri za 12 rokov a na Epsilon Eridani za 24,8 roka.
Je jadrový motor nebezpečný?
Hlavnou nevýhodou je vysoké radiačné riziko pohonného systému:
- toky prenikavého žiarenia (gama žiarenie, neutróny) v jadrových reakciách;
- prenos vysoko rádioaktívnych zlúčenín uránu a jeho zliatin;
- odtok rádioaktívnych plynov s pracovnou tekutinou.
Využitie objavu ruských vedcov v civilnom sektore úzko súvisí s bezpečnosťou jadrovej elektrárne. Bolo potrebné zaistiť bezpečnosť jeho výfuku.
Ochrana malého jadrového motora je menšia,čím je väčšia, tak neutróny preniknú do „spaľovacej komory“, čím sa s určitou pravdepodobnosťou stane všetko okolo rádioaktívne.
Dusík a kyslík majú rádioaktívne izotopy s krátkym polčasom rozpadu a nie sú nebezpečné. Rádioaktívny uhlík je vec s dlhou životnosťou. Ale sú tu aj dobré správy.
Rádioaktívny uhlík je generovaný v horných vrstvách atmosféry kozmickým žiarením. Ale čo je najdôležitejšie, koncentrácia oxidu uhličitého v suchom vzduchu je iba 0,02 ÷ 0,04%.
Ak vezmeme do úvahy, že percento uhlíka sa stávarádioaktívne, hodnota je stále o niekoľko rádov menšia, predbežne sa dá predpokladať, že výfuk z jadrových motorov nie je nebezpečnejší ako výfuk z tepelnej elektrárne na uhlie.
Budú na najnovšie vesmírne lety používať jadrový motor?
Áno, začiatkom februára vyšlo najavo, že NASAbude testovať najnovší jadrový motor pre lety na Mars. Očakáva sa, že s jeho pomocou bude možné dosiahnuť Červenú planétu len za tri mesiace.
V posledných rokoch vedci a inžinieri z NASA a ďalších vesmírnych agentúr po celom svete aktívne diskutovali o plánoch na vybudovanie trvalých obývateľných základní na povrchu Mesiaca a Marsu.
- Aké sú jeho výhody?
Hlavným kľúčom k zabezpečeniu ich autonómie aAby sa znížili náklady na výstavbu, odborníci NASA uvažujú o trojrozmerných tlačových technológiách, ktoré umožňujú na stavbu základných budov na mieste využívať vodu a miestne zdroje - pôdu, skaly a plyny z atmosféry.
Podobné tlačiarne, ako ukazujú skúsenosti na palubeISS a na Zemi umožňujú tlačiť takmer všetko potrebné pre život kolonistov na Marse, s výnimkou jednej, najdôležitejšej súčasti základne - zdroja energie, ktorého výkon by postačoval na napájanie samotnej 3D tlačiarne. , ako aj napájanie a ohrievanie celej základne.
V rámci príprav NASA na pristátie na Marse v roku 2035 navrhla americká spoločnosť Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) zo Seattlu svoje riešenie - jadrový tepelný motor (NTP).
- Aký bude jadrový motor?
USNT ponúka klasické riešenie – jadrovémotor využívajúci ako pracovnú tekutinu skvapalnený vodík: jadrový reaktor vyrába teplo z uránového paliva, táto energia ohrieva kvapalný vodík prechádzajúci chladiacimi kvapalinami, ktorý expanduje na plyn a je vypudzovaný cez dýzu motora, čím vytvára ťah.
Jeden z hlavných problémov pri vytváraní tohto typumotory - nájdite uránové palivo, ktoré dokáže odolať náhlym teplotným výkyvom vo vnútri motora. USNT tvrdí, že tento problém vyriešilo vyvinutím paliva, ktoré môže fungovať pri teplotách až 2 400 stupňov Celzia.
Palivová sústava obsahuje karbid kremíka:Tento materiál, použitý vo vrstve trojštruktúrno-izotropného povlaku, vytvára plynotesnú bariéru, ktorá zabraňuje úniku rádioaktívnych produktov z jadrového reaktora a chráni astronautov.
- bezpečnosť
Okrem toho na ochranu posádky a pre prípadV nepredvídaných situáciách nebude jadrový motor používaný pri štarte zo Zeme - začne pracovať už na obežnej dráhe, aby minimalizoval možné škody v prípade nehody alebo abnormálnej prevádzky.
Čítaj viac
Pozerajte sa na 8 biliónov pixelov z Marsu
Potraty a veda: čo sa stane s deťmi, ktoré budú rodiť
Vedci vysvetľujú, prečo je rastlina wolfia najrýchlejšie rastúca