Nükleer roket motoru nedir?
Nükleer roket motoru (NRE) bir roket türüdür
Geleneksel nükleer tahrik sistemi bir bütün olarakısı kaynağı olarak bir nükleer reaktöre sahip bir ısıtma odasından, bir çalışma sıvısı besleme sisteminden ve bir ağızlıktan oluşan bir tasarım. Çalışma sıvısı (genellikle hidrojen) tanktan reaktör çekirdeğine beslenir; burada nükleer bozunma reaksiyonuyla ısıtılan kanallardan geçerek yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve daha sonra nozülden dışarı atılarak jet itme kuvveti oluşturulur.
NRE'nin çeşitli tasarımları vardır:katı faz, sıvı faz ve gaz fazı - reaktör çekirdeğindeki nükleer yakıtın toplam durumuna karşılık gelir - katı, eriyik veya yüksek sıcaklıklı gaz (veya hatta plazma).
YARD NERVA
Katı Fazlı Nükleer Roket Motoru
Katı fazlı nükleer yakıtlı roket motorlarında (SPNRD), bölünebilir maddegeleneksel nükleer reaktörlerde olduğu gibi, gelişmiş bir yüzeye sahip karmaşık şekilli çubuk düzeneklerine (yakıt çubukları) yerleştirilir; bu, aynı zamanda bir soğutucu olan gaz halindeki çalışma sıvısının (genellikle hidrojen, daha az sıklıkla amonyak) etkili bir şekilde ısıtılmasını mümkün kılar. yapısal elemanları ve montajları soğutur.
Isıtma sıcaklığı sıcaklıkla sınırlıdıryapısal elemanların erimesi (en fazla 3000 K). Modern tahminlere göre, katı fazlı bir nükleer roket motorunun spesifik itkisi, en gelişmiş kimyasal roket motorlarının iki katından daha yüksek olan 850-900 s olacaktır.
Yirminci yüzyılda TfNRD teknolojilerinin zemin göstericileri oluşturuldu ve stantlarda başarıyla test edildi (ABD'deki NERVA programı, SSCB'de RD-0410).
TFYARD
Gaz fazlı nükleer roket motoru
Gaz fazlı nükleer jet motoru (GNRE) -yakıtın gaz veya plazma formunda olduğu bir nükleer reaktörden bir soğutucunun (çalışma sıvısı) salınmasıyla reaktif kuvvetin oluşturulduğu kavramsal bir jet motoru türü. Bu tür motorlarda spesifik itici gücün 30-50 bin m/s olacağına inanılmaktadır.
Yakıttan soğutucuya ısı transferi, esas olarak, spektrumun ultraviyole bölgesinde (yaklaşık 25.000 ° C yakıt sıcaklıklarında) radyasyona bağlı olarak sağlanır.
Nükleer Darbe Motoru
Her biri yaklaşık bir kiloton güce sahip atom yükleriKalkış sırasında saniyede bir şarj oranında patlamaları gerekir. Şok dalgasının - genişleyen bir plazma bulutu - bir "itici" - ısıya karşı koruyucu kaplamaya sahip güçlü bir metal disk - tarafından alınması ve ardından jet itme kuvveti oluşturmak için ondan yansıtılması gerekiyordu.
İtici plaka tarafından alınan dürtüyapısal elemanlar gemiye aktarılmalıdır. Daha sonra irtifa ve hız arttıkça patlamaların sıklığı azaltılabilir. Kalkış sırasında, atmosferdeki radyoaktif kirlilik alanını en aza indirmek için uzay aracı kesinlikle dikey olarak uçmalıdır.
Amerika Birleşik Devletleri'nde, ABD Hava Kuvvetleri tarafından görevlendirilen General Atomics tarafından Orion projesinin bir parçası olarak, darbeli nükleer roket motorları kullanan uzay geliştirme çalışmaları 1958'den 1965'e kadar gerçekleştirildi.
Orion projesi için sadece hesaplamalar yapılmadı,aynı zamanda tam ölçekli testler. İmpuls tahrikli uçak modellerinin uçuş testleri (patlamalar için geleneksel kimyasal patlayıcılar kullanılmıştır).
Orion projesi uzay aracı, sanatçının çizimi
Hakkında olumlu sonuçlar alındıDarbe motorlu bir cihazın kontrollü uçuşunun temel olasılığı. Ayrıca çekiş plakasının gücünü incelemek için Enewetak Atoll'da testler yapıldı.
Bu atoldeki nükleer testler sırasındagrafit kaplı çelik küreler, patlamanın merkez üssünden 9 m uzağa yerleştirildi. Küreler patlamadan sonra sağlam bulundu; yüzeylerinden ince bir grafit tabakası buharlaştı (aşındırıldı).
SSCB'de de benzer bir proje geliştirildi1950–1970'ler. Cihaz, onu Dünya yüzeyinden 30-40 km uzağa iten ek kimyasal jet motorları içeriyordu. Daha sonra ana nükleer darbe motorunu açması gerekiyordu.
Dayanıklılık ana endişeydiYakındaki nükleer patlamalardan kaynaklanan muazzam ısı yüklerine dayanamayan bir itici ekran. Aynı zamanda, yeterli kaynağa sahip bir itme plakası tasarımının geliştirilmesine izin veren birkaç teknik çözüm önerildi. Proje tamamlanmadı. Nükleer cihazların patlatıldığı darbeli NRM'nin gerçek bir testi yapılmadı.
Nükleer elektrik tahrik sistemi
Elektrik üretmek için bir nükleer elektrik tahrik sistemi (NEPP) kullanılır ve bu da bir elektrikli roket motoruna güç sağlamak için kullanılır.
ABD'de benzer bir program (NERVA projesi)1971'de kapatıldı, ancak 2020'de Amerikalılar bu konuya geri döndüler ve Gryphon Technologies'den nükleer motorlu askeri uzay akıncılarının ay ve Dünya'ya yakın uzayda devriye gezmesi için bir nükleer termal tahrik (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) geliştirilmesini emretti. 2015'ten beri Kilopower projesi üzerinde çalışmaktadır.
2010'dan beri Rusya'da proje üzerinde çalışmalar başladıuzay taşıma sistemleri için megawatt sınıfı nükleer elektrik tahrik sistemi (uzay römorkörü "Nuclon"). Düzen 2021 için geliştiriliyor; 2025 yılına kadar bu nükleer santralin prototiplerinin oluşturulması planlanıyor; nükleer santralli bir uzay traktörünün planlanan uçuş testleri tarihi açıklandı - 2030.
güç
A.V Bagrov, M.A. Smirnov ve S.A.Nükleer roket motoru Smirnov, 75 ton yakıt kullanarak Plüton'a 2 ayda ulaşıp 4 ayda, Alpha Centauri'ye 12 yılda, Epsilon Eridani'ye ise 24,8 yılda dönebiliyor.
Nükleer motor tehlikeli midir?
Ana dezavantaj, tahrik sisteminin yüksek radyasyon tehlikesidir:
- nükleer reaksiyonlarda nüfuz eden radyasyon (gama radyasyonu, nötronlar) akışları;
- yüksek derecede radyoaktif uranyum bileşiklerinin ve alaşımlarının taşınması;
- çalışan bir sıvı ile radyoaktif gazların çıkışı.
Sivil sektörde Rus bilim adamlarının keşiflerinin kullanılması, bir nükleer enerji santralinin güvenliği ile yakından ilgilidir. Egzozunun güvenliğini sağlamak gerekliydi.
Küçük bir nükleer motorun koruması daha küçüktür,ne kadar büyük olursa, nötronlar "yanma odasına" girecek ve böylece bir miktar olasılıkla etrafındaki her şeyi radyoaktif hale getirecektir.
Azot ve oksijenin yarı ömrü kısa olan radyoaktif izotopları vardır ve tehlikeli değildir. Radyoaktif karbon uzun ömürlü bir şeydir. Ama iyi haberler de var.
Radyoaktif karbon, kozmik ışınlar tarafından üst atmosferde üretilir. Ancak en önemlisi, kuru havadaki karbondioksit konsantrasyonu yalnızca% 0,02 ÷ 0,04'tür.
Oluşan karbon yüzdesininradyoaktif, değer hala birkaç kat daha küçüktür, başlangıç olarak nükleer motorların egzozunun kömürle çalışan bir elektrik santralinin egzozundan daha tehlikeli olmadığı varsayılabilir.
Son uzay uçuşlarında nükleer motor mu kullanacaklar?
Evet, Şubat ayı başlarında NASA'nınMars'a uçuşlar için en son nükleer motoru test edecek. Onun yardımıyla Kızıl Gezegene sadece üç ayda ulaşmanın mümkün olması bekleniyor.
Son yıllarda, NASA ve diğer uzay ajanslarından bilim adamları ve mühendisler, Ay ve Mars yüzeyinde kalıcı yaşanabilir üsler inşa etme planlarını aktif olarak tartışıyorlar.
- Avantajları nelerdir?
Özerkliklerini sağlamanın ana anahtarı veNASA uzmanları, inşaat maliyetini düşürmek için, sahada temel binalar inşa etmek için su ve yerel kaynakları (toprak, kayalar ve atmosferden gazlar) kullanmayı mümkün kılan üç boyutlu baskı teknolojilerini değerlendiriyor.
Yerleşik deneyimler tarafından gösterilen benzer yazıcılarISS ve Dünya, üssün en önemli bileşeni olan ve gücü 3D yazıcının çalışmasını sağlamak için yeterli olacak bir güç kaynağı dışında, Mars'taki kolonistlerin yaşamı için gerekli olan hemen hemen her şeyi yazdırmayı mümkün kılar. Kendisinin yanı sıra tüm tabana güç ve ısı.
NASA'nın 2035'te Mars'a iniş hazırlıklarının bir parçası olarak, Seattle'daki Amerikan şirketi Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) çözümünü önerdi - bir nükleer termal motor (NTP)
- Nükleer motor nasıl olacak?
USNT klasik bir çözüm sunuyor: nükleerÇalışma sıvısı olarak sıvılaştırılmış hidrojen kullanan motor: Bir nükleer reaktör uranyum yakıtından ısı üretir, bu enerji soğutuculardan geçen sıvı hidrojeni ısıtır, bu da bir gaza dönüşür ve motor nozulundan dışarı atılarak itme kuvveti yaratır.
Bu türü oluştururken ana sorunlardan birimotorlar - motor içindeki ani sıcaklık dalgalanmalarına dayanabilecek uranyum yakıtı bulun. USNT, 2.400 santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda çalışabilen bir yakıt geliştirerek bu sorunu çözdüğünü söylüyor.
Yakıt grubu silisyum karbür içerir:Üç yapısal-izotropik kaplama tabakasında kullanılan bu malzeme, radyoaktif ürünlerin nükleer reaktörden sızmasını önleyen gaz geçirmez bir bariyer oluşturarak astronotları korur.
- emniyet
Ek olarak, mürettebatı korumak için ve durumdaÖngörülemeyen durumlarda, nükleer motor Dünya'dan fırlatma sırasında kullanılmayacak - bir kaza veya anormal çalışma durumunda olası hasarı en aza indirmek için zaten yörüngede çalışmaya başlayacak.
Daha fazla oku
Mars'ın 8 trilyon piksellik bir görüntüsüne bakın
Kürtaj ve bilim: doğum yapacak çocuklara ne olacak
Bilim adamları, wolfia bitkisinin neden en hızlı büyüyen bitki olduğunu açıklıyor