Vad är en kärnraketmotor?
Nuclear raketmotor (NRE) är en typ av raket
Det traditionella kärnkraftsframdrivningssystemet som helhet ären konstruktion bestående av en värmekammare med en kärnreaktor som värmekälla, ett arbetsvätskeförsörjningssystem och ett munstycke. Arbetsvätskan (vanligtvis väte) tillförs från tanken till reaktorhärden, där den passerar genom kanaler som värms upp av den nukleära sönderfallsreaktionen, värms upp till höga temperaturer och kastas sedan ut genom munstycket, vilket skapar strålkraft.
Det finns olika utföranden av NRE:fastfas, vätskefas och gasfas - motsvarande det samlade tillståndet för kärnbränsle i reaktorkärnan - fast, smält eller högtemperaturgas (eller till och med plasma).
YARD NERVA
Kärnraketmotor i fast fas
I fastfas kärnbränsleraketmotorer (SPNRD) är det klyvbara ämnetsom i konventionella kärnreaktorer placeras den i stavar (bränslestavar) av komplex form med en utvecklad yta, vilket gör det möjligt att effektivt värma upp den gasformiga arbetsvätskan (vanligtvis väte, mer sällan ammoniak), som också är ett kylmedel som kyler de strukturella elementen och själva monteringarna.
Uppvärmningstemperatur begränsad av temperatursmältning av strukturella element (högst 3000 K). Den specifika impulsen för en fastfas kärnraketmotor, enligt moderna uppskattningar, kommer att vara 850–900 s, vilket är mer än dubbelt så högt som de mest avancerade kemiska raketmotorerna.
Mark demonstranter av TfNRD-teknik under 1900-talet skapades och testades framgångsrikt på monter (NERVA-programmet i USA, RD-0410 i Sovjetunionen).
TFYARD
Gasfas kärnraketmotor
Gasfas kärnjetmotor (GNRE) -en konceptuell typ av jetmotor där reaktiv kraft skapas genom att ett kylmedel (arbetsvätska) frigörs från en kärnreaktor, i vilken bränslet är i gasform eller plasmaform. Man tror att i sådana motorer kommer den specifika impulsen att vara 30–50 tusen m/s.
Värmeöverföring från bränslet till kylvätskan uppnås huvudsakligen på grund av strålning, mestadels i det ultravioletta området i spektrumet (vid bränsletemperaturer på cirka 25 000 ° C).
Kärnpulsmotor
Atomladdningar med en effekt av cirka en kiloton perUnder start bör de explodera med en hastighet av en laddning per sekund. Stötvågen - ett expanderande plasmamoln - var tänkt att tas emot av en "pusher" - en kraftfull metallskiva med en värmeskyddande beläggning och sedan, reflekterad från den, för att skapa strålkraft.
Impulsen mottagen av tryckplattan igenomstrukturella element måste överföras till fartyget. Sedan höjden och hastigheten ökar kan explosionernas frekvens minskas. Under start måste rymdfarkosten flyga strikt vertikalt för att minimera området för radioaktiv förorening av atmosfären.
I USA genomfördes rymdutveckling med pulserande kärnraketmotorer från 1958 till 1965 som en del av Orion-projektet av General Atomics på order av US Air Force.
För Orion-projektet genomfördes inte bara beräkningar,men också test i full skala. Flygprov av impulsdrivna flygplanmodeller (konventionella kemiska sprängämnen användes för explosioner).
Orion-projekt rymdskepp, konstnärsteckning
Positiva resultat erhölls caden grundläggande möjligheten för kontrollerad flygning av en anordning med en pulsmotor. För att studera styrkan hos dragplattan utfördes även tester på Enewetak Atoll.
Under kärnprov på denna atollgrafitbelagda stålkulor placerades 9 m från explosionens centrum. Sfärerna hittades intakta efter explosionen; ett tunt lager grafit avdunstade (ablaterades) från deras ytor.
I Sovjetunionen utvecklades ett liknande projekt i1950–1970-talet. Enheten innehöll ytterligare kemiska jetmotorer som drev den 30–40 km från jordens yta. Sedan var det meningen att den skulle slå på den huvudsakliga kärnkraftspulsmotorn.
Hållbarhet var det största problemeten skjutskärm som inte tål de enorma värmebelastningarna från närliggande kärnexplosioner. Samtidigt föreslogs flera tekniska lösningar som möjliggör design av tryckplattan med en tillräcklig resurs. Projektet slutfördes inte. Inga riktiga tester av pulserande NRM med detonation av kärnanordningar har utförts.
Kärnkraftsdrivningssystem
Ett kärnkraftsdrivningssystem (NPP) används för att generera elektricitet, som i sin tur används för att driva en elektrisk raketmotor.
Ett liknande program i USA (NERVA-projektet) varstängdes 1971, men 2020 återvände amerikanerna till detta ämne och beordrade utvecklingen av en kärnkraftsdrivning (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) från Gryphon Technologies för militära rymdjärnare på kärnmotorer för att patrullera mån- och jordutrymmet, också sedan 2015 arbetat med Kilopower-projektet.
Sedan 2010 har arbetet med projektet börjat i Rysslandkärnkraftselektriska framdrivningssystem i megawattklass för rymdtransportsystem (rymddragare "Nuclon"). Layouten utvecklas för 2021; 2025 planeras det att skapa prototyper av detta kärnkraftverk; det planerade datumet för flygprov av en rymdtraktor med ett kärnkraftverk tillkännages - 2030.
effekt
Enligt A.V. Bagrov, M.A. Smirnov och S.A.Smirnov, en kärnraketmotor kan ta sig till Pluto på 2 månader och återvända om 4 månader med en kostnad på 75 ton bränsle, till Alpha Centauri om 12 år och till Epsilon Eridani om 24,8 år.
Är en kärnkraftsmotor farlig?
Den största nackdelen är framdrivningssystemets höga strålningsrisk:
- flöden av penetrerande strålning (gammastrålning, neutroner) i kärnreaktioner;
- överföring av starkt radioaktiva uranföreningar och dess legeringar;
- utflödet av radioaktiva gaser med en arbetsvätska.
Användningen av upptäckten av ryska forskare inom den civila sektorn är nära relaterad till säkerheten för ett kärnkraftverk. Det var nödvändigt att säkerställa säkerheten för dess avgas.
Skyddet för en liten kärnkraftsmotor är mindre,ju större den är, så kommer neutroner att tränga in i "förbränningskammaren", vilket med viss sannolikhet gör allt runtomkring radioaktivt.
Kväve och syre har radioaktiva isotoper med kort halveringstid och är inte farliga. Radioaktivt kol är en långlivad sak. Men det finns också goda nyheter.
Radioaktivt kol genereras i den övre atmosfären av kosmiska strålar. Men viktigast av allt är koncentrationen av koldioxid i torr luft bara 0,02 ÷ 0,04%.
Med tanke på att andelen kol blirradioaktivt, är värdet fortfarande flera storleksordningar mindre, preliminärt kan man anta att avgaserna från kärnmotorer inte är farligare än avgaserna från ett koleldat kraftverk.
Kommer de att använda en kärnkraftsmotor för de senaste rymdflygningarna?
Ja, i början av februari blev det känt att NASAkommer att testa den senaste kärnmotorn för flygningar till Mars. Det förväntas att det med sin hjälp kommer att vara möjligt att nå den röda planeten på bara tre månader.
Under de senaste åren har forskare och ingenjörer från NASA och andra rymdorganisationer runt om i världen aktivt diskuterat planer på att bygga permanent bebodda baser på Månens och Mars yta.
- Vilka är dess fördelar?
Huvudnyckeln för att säkerställa deras autonomi ochFör att minska byggkostnaderna överväger NASA-experter tredimensionella utskriftstekniker som gör det möjligt att använda vatten och lokala resurser - jord, stenar och gaser från atmosfären - för att bygga basbyggnader på plats.
Liknande skrivare som visas ombordISS och på jorden gör det möjligt att skriva ut nästan allt som behövs för kolonisternas liv på Mars, med undantag av en, den viktigaste komponenten i basen - en strömkälla vars kraft skulle vara tillräcklig för att driva själva 3D-skrivaren , liksom kraft och värme hela basen.
Som en del av NASA: s förberedelser för landning på Mars 2035, föreslog det amerikanska företaget Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) från Seattle sin lösning - en kärnkraftsmotor (NTP)
- Hur kommer kärnmotorn att se ut?
USNT erbjuder en klassisk lösning - kärnkraftmotor som använder flytande väte som arbetsvätska: en kärnreaktor producerar värme från uranbränsle, denna energi värmer det flytande vätet som passerar genom kylmediet, som expanderar till en gas och drivs ut genom motormunstycket, vilket skapar dragkraft.
Ett av huvudproblemen när man skapar denna typmotorer - hitta uranbränsle som tål plötsliga temperatursvängningar inuti motorn. USNT säger att det har löst detta problem genom att utveckla ett bränsle som kan fungera vid temperaturer upp till 2 400 grader Celsius.
Bränslepatronen innehåller kiselkarbid:Detta material, som används i skiktet av trisstrukturell-isotrop beläggning, bildar en gastät barriär som förhindrar läckage av radioaktiva produkter från kärnreaktorn och skyddar astronauterna.
- säkerhet
Dessutom för att skydda besättningen och i fallI oförutsedda situationer kommer kärnmotorn inte att användas under uppskjutning från jorden - den kommer att börja arbeta redan i omloppsbana för att minimera eventuella skador i händelse av en olycka eller onormal drift.
Läs mer
Titta på en bild på 8 biljoner pixlar av Mars
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda
Forskare förklarar varför wolfia-växten växer snabbast