Внимавайте, има много букви.

Планира се до 2025 г. в Русия да бъде създаден летателен модел на космически кораб с ядрена двигателна система (АЕЦ). Съответната работа е включена в проекта на Федералната космическа програма за 2016–2025 г. (ФКП-25), изпратен от Роскосмос за одобрение в министерствата.

Ядрените енергийни системи се считат за основните обещаващи източници на енергия в космоса при планирането на мащабни междупланетни експедиции. В бъдеще атомната електроцентрала, която в момента се създава от предприятията на Росатом, ще може да осигурява мегаватова мощност в космоса.

Цялата работа по създаването на атомна електроцентрала върви в съответствие с планираните срокове. С голяма степен на увереност можем да кажем, че работата ще бъде завършена в срок, предвиден в целевата програма“, казва Андрей Иванов, ръководител на проекта на отдела за комуникации на държавната корпорация „Росатом“.

Отзад напоследъкВ рамките на проекта са изпълнени два важни етапа: създаден е уникален дизайн на горивния елемент, осигуряващ работоспособност при условия на високи температури, големи температурни градиенти и високи дози радиация. Успешно приключиха и технологичните изпитания на корпуса на реактора на бъдещия космически енергоблок. Като част от тези тестове, корпусът беше подложен на свръхналягане и бяха направени 3D измервания в основния метал, периферните заварки и заострените преходни зони.

Принцип на действие. История на създаването.

Няма фундаментални трудности с ядрен реактор за космически приложения. В периода от 1962 до 1993 г. страната ни натрупа богат опит в производството на подобни инсталации. Подобна работа е извършена в САЩ. От началото на 60-те години на миналия век в света са разработени няколко вида електрически задвижващи двигатели: йонни, стационарни плазмени, двигатели с аноден слой, импулсни плазмени двигатели, магнитоплазмени, магнитоплазмодинамични.

Творческа работа ядрени двигателиза космически кораби се извършваха активно в СССР и САЩ през миналия век: американците закриха проекта през 1994 г., СССР - през 1988 г. Затварянето на работата беше до голяма степен улеснено от катастрофата в Чернобил, която повлия негативно на общественото мнение относно използването на ядрена енергия. Освен това тестовете на ядрени инсталации в космоса не винаги протичат по план: през 1978 г. съветският сателит Космос-954 навлиза в атмосферата и се разпада, разпръсквайки хиляди радиоактивни фрагменти върху площ от 100 хиляди квадратни метра. км в северозападна Канада. съветски съюзплати на Канада парична компенсация в размер на над 10 милиона долара.

През май 1988 г. две организации - Федерацията на американските учени и Комитетът на съветските учени за мир срещу ядрената заплаха - направиха съвместно предложение за забрана на използването на ядрена енергия в космоса. Това предложение не получи никакви официални последици, но оттогава никоя страна не е изстреляла космически кораб с атомни електроцентрали на борда.

Големите предимства на проекта са практически важни експлоатационни характеристики - дълъг експлоатационен живот (10 години експлоатация), значителен междуремонтен интервал и дълго време на работа на един ключ.

През 2010 г. бяха формулирани технически предложения за проекта. Проектирането започна тази година.

Атомната електроцентрала съдържа три основни устройства: 1) реакторна инсталация с работен флуид и спомагателни устройства (топлообменник-рекуператор и турбогенератор-компресор); 2) електрическа ракетна двигателна система; 3) хладилник-емитер.

Реактор.

От физическа гледна точка това е компактен реактор с газово охлаждане на бързи неутрони.
Използваното гориво е съединение (диоксид или карбонитрид) на уран, но тъй като дизайнът трябва да е много компактен, уранът има по-високо обогатяване на изотопа 235, отколкото в горивните пръти в конвенционалните (цивилни) ядрени централи, може би над 20%. И черупката им е монокристална сплав от огнеупорни метали на основата на молибден.

Това гориво ще трябва да работи при много високи температури. Поради това беше необходимо да се изберат материали, които могат да съдържат негативни фактори, свързани с температурата, и в същото време позволяват на горивото да изпълнява основната си функция - да загрява газовия топлоносител, с помощта на който ще се произвежда електричество.

Хладилник.

Охлаждането на газа по време на работа на ядрена инсталация е абсолютно необходимо. Как да изхвърлите топлината в космическо пространство? Единствената възможност е охлаждане чрез радиация. Нагрятата повърхност в празното пространство се охлажда, излъчвайки електромагнитни вълни в широк диапазон, включително видима светлина. Уникалността на проекта е използването на специална охлаждаща течност - хелиево-ксенонова смес. Инсталацията осигурява висока ефективност.

Двигател.

Принципът на работа на йонния двигател е следният. В газоразрядната камера се създава разредена плазма с помощта на аноди и катоден блок, разположени в магнитно поле. От него йоните на работната течност (ксенон или друго вещество) се „изтеглят“ от емисионния електрод и се ускоряват в пролуката между него и ускоряващия електрод.

За изпълнението на плана бяха обещани 17 милиарда рубли между 2010 и 2018 г. От тези средства 7,245 милиарда рубли бяха предназначени за държавната корпорация "Росатом" за създаването на самия реактор. Други 3,955 милиарда - FSUE "Keldysh Center" за създаване на ядрена задвижваща установка. Други 5,8 милиарда рубли ще отидат в RSC Energia, където в същия срок ще трябва да се оформи работният облик на целия транспортен и енергиен модул.

Според плановете до края на 2017 г. ще бъде подготвена ядрена задвижваща система за завършване на транспортния и енергиен модул (модул за междупланетен трансфер). До края на 2018 г. атомната електроцентрала ще бъде подготвена за летателни изпитания. Проектът се финансира от федералния бюджет.

Не е тайна, че работата по създаването на ядрени ракетни двигатели започва в САЩ и СССР още през 60-те години на миналия век. Докъде са стигнали? И какви проблеми срещнахте по пътя?

Анатолий Коротеев: Наистина работата по използването на ядрената енергия в космоса беше започната и активно се провеждаше тук и в САЩ през 60-70-те години на миналия век.

Първоначално беше поставена задачата да се създадат ракетни двигатели, които вместо химическата енергия на изгаряне на гориво и окислител да използват нагряване на водород до температура от около 3000 градуса. Но се оказа, че такъв пряк път все още е неефективен. Получаваме висока тяга за кратко време, но в същото време изпускаме струя, която при ненормална работа на реактора може да се окаже радиоактивно замърсена.

Беше натрупан известен опит, но нито ние, нито американците успяхме да създадем надеждни двигатели. Работиха, но не много, защото нагряването на водород до 3000 градуса в ядрен реактор е сериозна задача. Освен това по време на наземните тестове на такива двигатели възникнаха екологични проблеми, тъй като в атмосферата бяха изпуснати радиоактивни струи. Вече не е тайна, че такава работа е извършена на Семипалатинския полигон, специално подготвен за ядрени опити, който остана в Казахстан.

Тоест два параметъра се оказаха критични - екстремни температури и радиационни емисии?

Анатолий Коротеев: Като цяло да. Поради тези и някои други причини работата у нас и в САЩ беше спряна или преустановена - това може да се оцени по различни начини. И ни се стори неразумно да ги възобновим по такъв, бих казал, челен начин, за да направим ядрен двигател с всички вече споменати недостатъци. Ние предложихме съвсем различен подход. Различава се от стария по същия начин, по който хибридната кола се различава от обикновената. При обикновената кола двигателят завърта колелата, но при хибридните автомобили електричеството се генерира от двигателя и това електричество завърта колелата. Тоест създава се някаква междинна електроцентрала.

Затова предложихме схема, при която космическият реактор не загрява изхвърлената от него струя, а генерира електричество. Горещият газ от реактора върти турбината, турбината върти електрическия генератор и компресора, който циркулира работния флуид в затворен контур. Генераторът произвежда електричество за плазмения двигател със специфична тяга 20 пъти по-висока от тази на химическите аналози.

Хитра схема. По същество това е мини-ядрена електроцентрала в космоса. И какви са предимствата му пред полуреактивен ядрен двигател?

Анатолий Коротеев: Основното е, че струята, излизаща от новия двигател, няма да бъде радиоактивна, тъй като през реактора преминава съвсем друга работна течност, която се съдържа в затворен кръг.

Освен това с тази схема не е необходимо да загряваме водорода до забранителни стойности: в реактора циркулира инертен работен флуид, който се нагрява до 1500 градуса. Ние правим нещата наистина лесни за себе си. И в резултат на това ще увеличим специфичната тяга не два пъти, а 20 пъти в сравнение с химическите двигатели.

Друго нещо също е важно: няма нужда от сложни пълномащабни тестове, които изискват инфраструктурата на бившия полигон Семипалатинск, по-специално базата на стенда, която остава в град Курчатов.

В нашия случай всички необходими тестове могат да бъдат извършени на територията на Русия, без да бъдат въвлечени в дълги международни преговори за използване на ядрена енергия извън границите на държавата.

Провежда ли се подобна работа в момента в други страни?

Анатолий Коротеев: Имах среща със заместник-ръководителя на НАСА, обсъдихме въпроси, свързани с връщането на работата по ядрената енергия в космоса и той каза, че американците проявяват голям интерес към това.

Напълно възможно е Китай да отговори с активни действия от своя страна, така че трябва да работим бързо. И не само заради това да бъдеш половин крачка пред някого.

Трябва да работим бързо, на първо място, за да изглеждаме достойни в оформящото се международно сътрудничество, а де факто то се формира.

Не изключвам, че в близко бъдеще може да бъде инициирана международна програма за ядрена космическа електроцентрала, подобна на програмата за контролиран термоядрен синтез, която се изпълнява в момента.

Сергеев Алексей, 9 „А” клас, ОУ „Средно училище № 84”

Научен консултант: , Заместник-директор на партньорството с нестопанска цел за научни и иновационни дейности "Томски атомен център"

Ръководител: , учител по физика, Общинска образователна институция „Средно училище № 84” CATO Северск

Въведение

Системите за задвижване на борда на космически кораб са проектирани да създават тяга или импулс. Според вида на използваната тяга системата за задвижване се разделя на химическа (CHRD) и нехимическа (NCRD). CRD се разделят на двигатели с течно гориво (LPRE), ракетни двигатели с твърдо гориво (двигатели с твърдо гориво) и комбинирани ракетни двигатели (RCR). От своя страна системите за нехимическо задвижване се разделят на ядрени (NRE) и електрически (EP). Великият учен Константин Едуардович Циолковски преди век създава първия модел на задвижваща система, работеща с твърдо и течно гориво. След това, през втората половина на 20-ти век, са извършени хиляди полети, използващи главно двигатели с течно гориво и ракетни двигатели с твърдо гориво.

Понастоящем обаче за полети до други планети, да не говорим за звездите, използването на ракетни двигатели с течно гориво и ракетни двигатели с твърдо гориво става все по-нерентабилно, въпреки че са разработени много ракетни двигатели. Най-вероятно възможностите на ракетните двигатели с течно гориво и ракетните двигатели с твърдо гориво са напълно изчерпани. Причината тук е, че специфичният импулс на всички химически тласкачи е нисък и не надвишава 5000 m/s, което изисква продължителна работа на тласкащото устройство и съответно големи запаси от гориво за развиване на достатъчно високи скорости, или както е обичайно в космонавтиката, са необходими големи стойности на числото на Циолковски, т.е. съотношението на масата на заредена с гориво ракета към масата на празна. По този начин ракетата-носител "Енергия", която изстрелва 100 тона полезен товар в ниска орбита, има стартова маса от около 3000 тона, което дава стойност на числото на Циолковски в рамките на 30.

За полет до Марс, например, числото на Циолковски трябва да бъде още по-високо, достигайки стойности от 30 до 50. Лесно е да се изчисли, че при полезен товар от около 1000 тона и именно в тези граници минималната маса необходимо за осигуряване на всичко необходимо за екипажа, който тръгва към Марс, варира. Като се има предвид доставката на гориво за обратния полет до Земята, първоначалната маса на космическия кораб трябва да бъде най-малко 30 000 тона, което очевидно надхвърля нивото на развитие на съвременната астронавтика, въз основа на използването на двигатели с течно гориво и ракетни двигатели с твърдо гориво.

По този начин, за да могат пилотираните екипажи да достигнат дори до най-близките планети, е необходимо да се разработят ракети-носители с двигатели, работещи на принципи, различни от химическото задвижване. Най-обещаващи в това отношение са електрореактивните двигатели (ЕРД), термохимичните ракетни двигатели и ядрените реактивни двигатели (ЯРД).

1.Основни понятия

Ракетният двигател е реактивен двигател, който не използва околната среда (въздух, вода) за работа. Химическите ракетни двигатели са най-широко използвани. Разработват се и се изпитват и други видове ракетни двигатели – електрически, ядрени и др. Най-простите ракетни двигатели, работещи със сгъстен газ, също се използват широко на космически станции и превозни средства. Обикновено те използват азот като работна течност. /1/

Класификация на задвижващите системи

2. Предназначение на ракетните двигатели

Според предназначението си ракетните двигатели се делят на няколко основни типа: ускорителни (пускови), спирачни, задвижващи, управляващи и др. Ракетните двигатели се използват предимно на ракети (оттук и името). В допълнение, ракетните двигатели понякога се използват в авиацията. Ракетните двигатели са основните двигатели в космонавтиката.

Военните (бойни) ракети обикновено имат двигатели с твърдо гориво. Това се дължи на факта, че такъв двигател се зарежда с гориво във фабриката и не изисква поддръжка за целия срок на съхранение и експлоатация на самата ракета. Двигателите с твърдо гориво често се използват като ускорители за космически ракети. Те се използват особено широко в това си качество в САЩ, Франция, Япония и Китай.

Ракетните двигатели с течно гориво имат по-високи характеристики на тягата от ракетните двигатели с твърдо гориво. Поради това те се използват за изстрелване на космически ракети в орбита около Земята и за междупланетни полети. Основните течни горива за ракети са керосин, хептан (диметилхидразин) и течен водород. За такива видове гориво е необходим окислител (кислород). Като окислители в такива двигатели се използват азотна киселина и втечнен кислород. Азотната киселина е по-ниска от втечнения кислород окислителни свойства, но не изисква поддържане на специален температурен режим при съхранение, презареждане и използване на ракетите

Двигателите за космически полети се различават от тези на Земята по това, че трябва да произвеждат възможно най-голяма мощност с възможно най-малка маса и обем. Освен това към тях се предявяват изисквания като изключително висока ефективност и надеждност и значително време на работа. Въз основа на вида на използваната енергия, системите за задвижване на космически кораби се разделят на четири типа: термохимични, ядрени, електрически, слънчеви платна. Всеки от изброените видове има своите предимства и недостатъци и може да се използва при определени условия.

В момента космически кораби, орбитални станции и безпилотни спътници на Земята се изстрелват в космоса с ракети, оборудвани с мощни термохимични двигатели. Има и миниатюрни двигатели с ниска тяга. Това е по-малко копие на мощни двигатели. Някои от тях могат да се поберат в дланта ви. Силата на тягата на такива двигатели е много малка, но е достатъчна, за да контролира позицията на кораба в космоса

3.Термохимични ракетни двигатели.

Известно е, че в двигателя с вътрешно горене, пещта на парния котел - където и да има горене, най-много Активно участиеприема атмосферния кислород. В космическото пространство няма въздух, а за да работят ракетните двигатели в космическото пространство, е необходимо да има два компонента - гориво и окислител.

Течните термохимични ракетни двигатели използват алкохол, керосин, бензин, анилин, хидразин, диметилхидразин и течен водород като гориво. Като окислител се използват течен кислород, водороден пероксид и азотна киселина. Може би в бъдеще течният флуор ще се използва като окислител, когато бъдат измислени методи за съхранение и използване на такъв активен химикал

Горивото и окислителят за течни реактивни двигатели се съхраняват отделно в специални резервоари и се доставят в горивната камера с помощта на помпи. Когато се комбинират в горивната камера, температурите достигат 3000 – 4500 °C.

Продуктите от горенето, разширявайки се, придобиват скорости от 2500 до 4500 m/s. Изтласквайки се от тялото на двигателя, те създават реактивна тяга. В същото време, колкото по-голяма е масата и скоростта на газовия поток, толкова по-голяма е тягата на двигателя.

Специфичната тяга на двигателите обикновено се оценява чрез количеството тяга, създадена на единица маса гориво, изгорено за една секунда. Това количество се нарича специфичен импулс на ракетен двигател и се измерва в секунди (kg тяга / kg изгорено гориво за секунда). Най-добрите ракетни двигатели с твърдо гориво имат специфичен импулс до 190 s, т.е. 1 kg гориво, изгарящо за една секунда, създава тяга от 190 kg. Водородно-кислороден ракетен двигател има специфичен импулс от 350 s. Теоретично, водородно-флуорен двигател може да развие специфичен импулс от повече от 400 s.

Обикновено използваната схема на ракетен двигател с течно гориво работи по следния начин. Сгъстеният газ създава необходимото налягане в резервоари с криогенно гориво, за да се предотврати появата на газови мехурчета в тръбопроводите. Помпите доставят гориво на ракетните двигатели. Горивото се впръсква в горивната камера чрез голям брой инжектори. През дюзите в горивната камера се впръсква и окислител.

Във всяка кола, когато горивото изгаря, се образуват големи топлинни потоци, които загряват стените на двигателя. Ако не охладите стените на камерата, тя бързо ще изгори, независимо от какъв материал е направена. Течният реактивен двигател обикновено се охлажда от един от горивните компоненти. За тази цел камерата е двустенна. Студеният компонент на горивото тече в пролуката между стените.

Алуминий" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">алуминий и т.н. Особено като добавка към конвенционалните горива, като водород-кислород. Такива „тройни състави“ могат да осигурят възможно най-високата скорост за хим. изгорели газове - до 5 km/s. Но това е практически границата на ресурсите на химията. Тя практически не може да направи повече. Въпреки че предложеното описание все още е доминирано от течни ракетни двигатели, трябва да се каже, че първите в историята на човечеството е създаден термохимичен ракетен двигател, използващ твърдо гориво - Ракетен двигател с твърдо гориво Горивото - например специален барут - се намира директно в горивната камера Горивна камера с реактивна дюза, пълна с твърдо гориво - това е целият дизайн. Режимът на изгаряне на твърдо гориво зависи от предназначението на ракетния двигател с твърдо гориво (стартиране, поддържащ или комбиниран).За ракетите с твърдо гориво, използвани във военните дела, се характеризира с наличието на стартови и задвижващи двигатели.Стартиращият ракетен двигател с твърдо гориво се развива висока тяга за много кратко време, което е необходимо на ракетата да напусне пусковата установка и за нейното първоначално ускорение. Поддържащият ракетен двигател с твърдо гориво е предназначен да поддържа постоянна скорост на полета на ракетата в основния (задвижващ) участък от траекторията на полета. Разликите между тях се състоят главно в конструкцията на горивната камера и профила на горивната повърхност на горивния заряд, които определят скоростта на изгаряне на горивото, от която зависи времето на работа и тягата на двигателя. За разлика от такива ракети, космическите ракети-носители за изстрелване на земни спътници, орбитални станции и космически кораби, както и междупланетни станции работят само в режим на изстрелване от изстрелването на ракетата до изстрелването на обекта в орбита около Земята или на междупланетна траектория. Като цяло ракетните двигатели с твърдо гориво нямат много предимства пред двигателите с течно гориво: те са лесни за производство, могат да се съхраняват дълго време, винаги са готови за действие и са относително взривобезопасни. Но по отношение на специфичната тяга двигателите на твърдо гориво са с 10-30% по-ниски от течните двигатели.

4. Електрически ракетни двигатели

Почти всички ракетни двигатели, обсъдени по-горе, развиват огромна тяга и са предназначени да извеждат космически кораби в орбита около Земята и да ги ускоряват до космически скорости за междупланетни полети. Съвсем различен въпрос са задвижващите системи за космически кораби, които вече са изведени в орбита или на междупланетна траектория. Тук по правило се нуждаем от двигатели с ниска мощност (няколко киловата или дори вата), способни да работят стотици и хиляди часове и да се включват и изключват многократно. Те ви позволяват да поддържате полет в орбита или по дадена траектория, компенсирайки създаденото съпротивление на полета горни слоевеатмосфера и слънчев вятър. В електрическите ракетни двигатели работният флуид се ускорява до определена скорост чрез нагряване с електрическа енергия. Електричеството идва от слънчеви панели или атомна електроцентрала. Методите за нагряване на работната течност са различни, но в действителност се използва главно електрическа дъга. Той се е доказал като много надежден и издържа на голям брой стартирания. Водородът се използва като работна течност в електродъговите двигатели. С помощта на електрическа дъга водородът се нагрява до много висока температура и се превръща в плазма - електрически неутрална смес от положителни йони и електрони. Скоростта на изтичане на плазмата от двигателя достига 20 km/s. Когато учените решат проблема с магнитната изолация на плазмата от стените на камерата на двигателя, тогава ще бъде възможно значително да се повиши температурата на плазмата и да се увеличи скоростта на изгорелите газове до 100 km/s. Първият електрически ракетен двигател е разработен в Съветския съюз през годините. под ръководството (по-късно става създател на двигатели за съветски космически ракети и академик) в известната Газодинамична лаборатория (ГДЛ)./10/

5.Други видове двигатели

Има и по-екзотични проекти за ядрени ракетни двигатели, в които делящият се материал е в течно, газообразно или дори плазмено състояние, но прилагането на такива проекти на сегашното ниво на технологиите и технологиите е нереалистично. Съществуват следните проекти за ракетни двигатели, които все още са на теоретичен или лабораторен етап:

Импулсни ядрени ракетни двигатели, използващи енергията от експлозии на малки ядрени заряди;

Термоядрени ракетни двигатели, които могат да използват водороден изотоп като гориво. Енергийната производителност на водорода при такава реакция е 6,8 * 1011 KJ/kg, т.е. приблизително с два порядъка по-висока от производителността на реакциите на ядрено делене;

Двигатели със слънчеви платна - които използват налягането на слънчевата светлина (слънчев вятър), чието съществуване е емпирично доказано от руски физик през 1899 г. Чрез изчисления учените са установили, че устройство с тегло 1 тон, оборудвано с платно с диаметър 500 м, може да лети от Земята до Марс за около 300 дни. Ефективността на слънчевото платно обаче намалява бързо с разстоянието от Слънцето.

6. Ядрени ракетни двигатели

Един от основните недостатъци на ракетните двигатели с течно гориво е свързан с ограничена скорост изтичане на газове. В ядрените ракетни двигатели изглежда възможно да се използва огромната енергия, отделена по време на разлагането на ядреното „гориво“, за загряване на работното вещество. Принципът на работа на ядрените ракетни двигатели почти не се различава от принципа на работа на термохимичните двигатели. Разликата е, че работната течност се нагрява не поради собствената си химическа енергия, а поради „външна“ енергия, освободена по време на вътрешноядрена реакция. Работната течност преминава през ядрен реактор, в който протича реакцията на делене на атомни ядра (например уран) и се нагрява. Ядрените ракетни двигатели премахват необходимостта от окислител и следователно може да се използва само една течност. Като работна течност е препоръчително да се използват вещества, които позволяват на двигателя да развие по-голяма теглителна сила. На това условие най-пълно отговаря водородът, следван от амоняка, хидразина и водата. Процесите, при които се освобождава ядрена енергия, се разделят на радиоактивни трансформации, реакции на делене на тежки ядра и реакции на синтез на леки ядра. Радиоизотопните трансформации се осъществяват в така наречените изотопни източници на енергия. Специфичната масова енергия (енергията, която вещество с тегло 1 kg може да отдели) на изкуствените радиоактивни изотопи е значително по-висока от тази на химическите горива. Така за 210Po то е равно на 5*10 8 KJ/kg, докато за най-енергийно ефективното химическо гориво (берилий с кислород) тази стойност не надвишава 3*10 4 KJ/kg. За съжаление все още не е рационално да се използват такива двигатели на космически ракети-носители. Причината за това е високата цена на изотопното вещество и оперативните трудности. В крайна сметка изотопът постоянно освобождава енергия, дори когато се транспортира в специален контейнер и когато ракетата е паркирана на мястото за изстрелване. Ядрените реактори използват по-енергийно ефективно гориво. По този начин специфичната масова енергия на 235U (делящият се изотоп на урана) е равна на 6,75 * 10 9 KJ/kg, тоест приблизително с порядък по-висока от тази на изотопа 210Po. Тези двигатели могат да се „включват“ и „изключват“, ядреното гориво (233U, 235U, 238U, 239Pu) е много по-евтино от изотопното гориво. В такива двигатели като работна течност може да се използва не само вода, но и по-ефективни работни вещества - алкохол, амоняк, течен водород. Специфичната тяга на двигател с течен водород е 900 s. В най-простата конструкция на ядрен ракетен двигател с реактор, работещ с твърдо ядрено гориво, работната течност се поставя в резервоар. Помпата го доставя в камерата на двигателя. Разпръсква се с помощта на дюзи, работният флуид влиза в контакт с генериращото гориво ядрено гориво, загрява се, разширява се и се изхвърля с висока скорост през дюзата. Ядреното гориво превъзхожда всеки друг вид гориво по енергийни запаси. Тогава възниква логичен въпрос: защо инсталациите, използващи това гориво, все още имат относително ниска специфична тяга и голяма маса? Факт е, че специфичната тяга на твърдофазен ядрен ракетен двигател е ограничена от температурата на делящия се материал, а електроцентралата по време на работа излъчва силно йонизиращо лъчение, което има вредно въздействие върху живите организми. Биологичната защита срещу такова лъчение е много важна и не е приложима на космически кораби. Практически разработкиядрените ракетни двигатели, използващи твърдо ядрено гориво, са стартирани в средата на 50-те години на 20 век в Съветския съюз и САЩ, почти едновременно с изграждането на първите атомни електроцентрали. Работата се извършваше в атмосфера на повишена секретност, но се знае, че реално приложениев космонавтиката такива ракетни двигатели все още не са използвани. Досега всичко беше ограничено до използването на изотопни източници на електроенергия с относително ниска мощност върху безпилотни изкуствени спътници на Земята, междупланетни космически кораби и световноизвестния съветски „луноход“.

7. Ядрени реактивни двигатели, принципи на работа, методи за получаване на импулс в ядрен двигател.

Ядрените ракетни двигатели получиха името си поради факта, че създават тяга чрез използването на ядрена енергия, тоест енергията, която се отделя в резултат на ядрени реакции. В общ смисъл тези реакции означават всякакви промени в енергийното състояние на атомните ядра, както и трансформации на едни ядра в други, свързани с преструктуриране на структурата на ядрата или промяна в броя на елементарните частици, съдържащи се в тях - нуклони. Освен това, както е известно, ядрените реакции могат да възникнат или спонтанно (т.е. спонтанно), или да бъдат причинени изкуствено, например, когато едни ядра са бомбардирани от други (или елементарни частици). Реакциите на ядрено делене и синтез надвишават енергийната величина химична реакциясъответно милиони и десетки милиони пъти. Това се обяснява с факта, че енергията на химичната връзка на атомите в молекулите е многократно по-малка от енергията на ядрената връзка на нуклоните в ядрото. Ядрената енергия в ракетните двигатели може да се използва по два начина:

1. Освободената енергия се използва за нагряване на работната течност, която след това се разширява в дюзата, точно както в конвенционален ракетен двигател.

2. Ядрената енергия се преобразува в електрическа и след това се използва за йонизиране и ускоряване на частици от работния флуид.

3. И накрая, импулсът се създава от самите продукти на делене, образувани в процеса (например огнеупорни метали - волфрам, молибден) се използват за придаване на специални свойства на делящи се вещества.

Горивните елементи на твърдофазния реактор са пронизани с канали, през които тече работната течност на ядрения задвижващ двигател, като постепенно се нагрява. Каналите са с диаметър около 1-3 mm, а общата им площ е 20-30% от напречното сечение на активната зона. Ядрото е окачено от специална решетка вътре в енергийния съд, така че да може да се разширява, когато реакторът се нагрее (в противен случай ще се срути поради термични напрежения).

Ядрото изпитва големи механични натоварвания, свързани със значителни спадове на хидравлично налягане (до няколко десетки атмосфери) от протичащия работен флуид, топлинни напрежения и вибрации. Увеличаването на размера на активната зона при нагряване на реактора достига няколко сантиметра. Активната зона и рефлекторът са поставени в издръжлив захранващ корпус, който абсорбира налягането на работния флуид и тягата, създавана от струйната дюза. Калъфът се затваря с издръжлив капак. В него са разположени пневматични, пружинни или електрически механизми за задвижване на регулаторните органи, точки за закрепване на ядрения задвижващ двигател към космическия кораб и фланци за свързване на ядрения задвижващ двигател към захранващите тръбопроводи на работната течност. На капака може да се постави и турбопомпено устройство.

8 - Дюза,

9 - Дюза за разширяване на дюзата,

10 - Избор на работно вещество за турбината,

11 - Силов корпус,

12 - Контролен барабан,

13 - Изпускателна система на турбината (използва се за контрол на позицията и увеличаване на тягата),

14 - Задвижващ пръстен за контролни барабани)

В началото на 1957 г. е определена окончателната посока на работа в лабораторията в Лос Аламос и е взето решение за изграждане на графитен ядрен реактор с ураново гориво, диспергирано в графит. Реакторът Kiwi-A, създаден в тази посока, е тестван през 1959 г. на 1 юли.

Американски твърдофазен ядрен реактивен двигател XE Primeна тестов стенд (1968)

В допълнение към изграждането на реактора, лабораторията в Лос Аламос беше в разгара си по изграждането на специален тестов полигон в Невада, а също така изпълни редица специални поръчки от ВВС на САЩ в свързани области (разработването на отделни TURE единици). От името на лабораторията в Лос Аламос всички специални поръчки за производството на отделни компоненти бяха извършени от следните компании: Aerojet General, подразделението Rocketdyne на North American Aviation. През лятото на 1958 г. целият контрол върху програмата Rover е прехвърлен от Военновъздушните сили на Съединените щати към новоорганизираната Национална администрация по аеронавтика и изследване на космоса (НАСА). В резултат на специално споразумение между AEC и НАСА в средата на лятото на 1960 г. беше създадена Службата за космическо ядрено задвижване под ръководството на Г. Фингер, който впоследствие оглави програмата Rover.

Резултатите, получени от шест "горещи теста" на ядрени реактивни двигатели, бяха много обнадеждаващи и в началото на 1961 г. беше изготвен доклад за тестване на полета на реактора (RJFT). След това, в средата на 1961 г., стартира проектът "Нерва" (използване на ядрен двигател за космически ракети). Aerojet General е избрана за главен изпълнител, а Westinghouse е избрана за подизпълнител, отговорен за изграждането на реактора.

10.2 Работа по TURE в Русия

Американски" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Американците, руските учени използваха най-икономичните и ефективни тестове на отделни горивни елементи в изследователски реактори. Цялата гама от работи, извършени през 70-80-те години позволи на конструкторското бюро " Салют ", Конструкторското бюро за химическа автоматика, IAE, NIKIET и НПО "Луч" (PNITI) да разработят различни проекти на космически ядрени задвижващи двигатели и хибридни ядрени електроцентрали. В Конструкторското бюро за химическа автоматика под научната ръководството на NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO отговаряха за реакторните елементи Луч", MAI) бяха създадени ДВОР РД 0411и ядрен двигател с минимален размер RD 0410тяга съответно 40 и 3,6 тона.

В резултат на това бяха произведени реактор, „студен“ двигател и прототип на стенд за тестване с водороден газ. За разлика от американския, със специфичен импулс не повече от 8250 m / s, съветският TNRE, поради използването на по-топлоустойчиви и усъвършенствани горивни елементи и висока температура в активната зона, имаше тази цифра равна на 9100 m /s и по-високи. Стендовата база за тестване на TURE на съвместната експедиция на НПО "Луч" се намираше на 50 км югозападно от град Семипалатинск-21. Започва работа през 1962 г. в На полигона бяха тествани пълномащабни горивни елементи на прототипи на ракетни двигатели с ядрен двигател. В този случай отработените газове влизат в затворената изпускателна система. На 65 км южно от Семипалатинск-21 се намира комплексът за тестване на пълноразмерни ядрени двигатели Байкал-1. От 1970 до 1988 г. са извършени около 30 „горещи пуска“ на реактори. В същото време мощността не надвишава 230 MW с разход на водород до 16,5 kg/sec и температура на изхода на реактора от 3100 K. Всички изстрелвания бяха успешни, безпроблемни и по план.

Съветският ТНРД РД-0410 е единственият работещ и надежден индустриален ядрен ракетен двигател в света

В момента подобна работа на обекта е спряна, въпреки че оборудването се поддържа в относително работно състояние. Базата на изпитателния стенд на NPO Luch е единственият експериментален комплекс в света, където е възможно да се тестват елементи на реактори за ядрено задвижване без значителни финансови и времеви разходи. Възможно е възобновяването в САЩ на работата по ядрени задвижващи двигатели за полети до Луната и Марс в рамките на програмата Space Research Initiative с планираното участие на специалисти от Русия и Казахстан да доведе до възобновяване на дейността на базата в Семипалатинск и осъществяването на „марсианска“ експедиция през 2020-те години.

Основни характеристики

Специфичен импулс на водород: 910 - 980 сек(теоретично до 1000 сек).

· Скорост на изтичане на работния флуид (водород): 9100 - 9800 m/sec.

· Достижима тяга: до стотици и хиляди тона.

· Максимални работни температури: 3000°С - 3700°С (кратковременно включване).

· Експлоатационен живот: до няколко хиляди часа (периодично активиране). /5/

11.Устройство

Дизайнът на съветския твърдофазен ядрен ракетен двигател РД-0410

1 - линия от резервоара за работна течност

2 - турбопомпено устройство

3 - управление на барабана

4 - радиационна защита

5 - регулиращ барабан

6 - ретардер

7 - горивен възел

8 - корпус на реактора

9 - огнено дъно

10 - линия за охлаждане на дюзата

11- дюзова камера

12 - дюза

12. Принцип на действие

Според принципа на действие TURE е високотемпературен реактор-топлообменник, в който се вкарва работна течност (течен водород) под налягане и при нагряване до високи температури (над 3000°C) се изхвърля през охладена дюза. Регенерацията на топлина в дюзата е много полезна, тъй като позволява много по-бързо нагряване на водорода и чрез използване на значително количество топлинна енергия, специфичният импулс може да бъде увеличен до 1000 sec (9100-9800 m/s).

Реактор на ядрен ракетен двигател

MsoNormalTable">

Работна течност

Плътност, g/cm3

Специфична тяга (при определени температури в нагревателната камера, °K), сек

0,071 (течност)

0,682 (течност)

1000 (течност)

Не. Дан

Не. Дан

Не. Дан

(Забележка: Налягането в нагревателната камера е 45,7 atm, разширение до налягане от 1 atm при постоянно химичен съставработна течност) /6/

15.Ползи

Основното предимство на TNRE пред химическите ракетни двигатели е постигането на по-висок специфичен импулс, значителни енергийни резерви, компактност на системата и възможност за получаване на много висока тяга (десетки, стотици и хиляди тона във вакуум. Като цяло, специфичният импулс, постигнат във вакуум, е по-голям от този на отработеното двукомпонентно химическо ракетно гориво (керосин-кислород, водород-кислород) с 3-4 пъти, а при работа при най-висок термичен интензитет с 4-5 пъти. В момента в САЩ и Русия имат значителен опит в разработването и изграждането на такива двигатели и ако е необходимо (специални програми за изследване на космоса), такива двигатели могат да бъдат произведени за кратко време и ще имат разумна цена. В случай на използване на TURE за ускоряване на космически кораби в космоса и при условие допълнителна употребапертурбационни маневри, използващи гравитационното поле големи планети(Юпитер, Уран, Сатурн, Нептун) постижимите граници за изучаване на Слънчевата система значително се разширяват и времето, необходимо за достигане на далечни планети, значително се намалява. В допълнение, TNREs могат да бъдат успешно използвани за устройства, работещи в ниски орбити на гигантски планети, използващи тяхната разредена атмосфера като работна течност, или за работа в тяхната атмосфера. /8/

16.Недостатъци

Основният недостатък на TNRE е наличието на мощен поток от проникваща радиация (гама-лъчение, неутрони), както и отстраняването на силно радиоактивни уранови съединения, огнеупорни съединения с индуцирано лъчение и радиоактивни газове с работния флуид. В тази връзка TURE е неприемливо за наземни изстрелвания, за да се избегне влошаване на екологичната обстановка на мястото на изстрелване и в атмосферата. /14/

17.Подобряване характеристиките на TURD. Хибридни турбовитлови двигатели

Като всяка ракета или всеки двигател като цяло, твърдофазният ядрен реактивен двигател има значителни ограничения по отношение на най-важните постижими характеристики. Тези ограничения представляват неспособността на устройството (TJRE) да работи в температурен диапазон, надвишаващ диапазона на максималните работни температури на структурните материали на двигателя. За разширяване на възможностите и значително увеличаване на основните работни параметри на TNRE могат да се използват различни хибридни схеми, в които TNRE играе ролята на източник на топлина и енергия и се използват допълнителни физически методи за ускоряване на работните течности. Най-надеждната, практически осъществима и имаща високи специфични импулсни и тягови характеристики е хибридна схема с допълнителна MHD верига (магнитохидродинамична верига) за ускоряване на йонизираната работна течност (водород и специални добавки). /13/

18. Радиационна опасност от ядрени задвижващи двигатели.

Работещият ядрен двигател е мощен източник на радиация - гама и неутронно лъчение. Без да се предприемат специални мерки, радиацията може да причини недопустимо нагряване на работния флуид и структурата на космическия кораб, крехкост на метални конструкционни материали, разрушаване на пластмаса и стареене на гумени части, повреда на изолацията на електрически кабели и повреда на електронно оборудване. Радиацията може да предизвика индуцирана (изкуствена) радиоактивност на материалите – тяхното активиране.

Понастоящем проблемът с радиационната защита на космически кораби с ядрени двигатели се счита за принципно решен. Решени са и принципни въпроси, свързани с поддръжката на ядрените двигатели на стендовете и стартовите площадки. Въпреки че работещ ядрен двигател представлява опасност за оперативния персонал, вече един ден след края на работата на ядрения двигател е възможно без никакви средства лична защитабъдете в рамките на няколко десетки минути на разстояние 50 м от атомната електроцентрала и дори я приближете. Най-простите средства за защита позволяват на персонала по поддръжката да влезе в работната зона на ядрения задвижващ двигател малко след тестването.

Нивото на замърсяване на стартовите комплекси и заобикаляща среда, очевидно, няма да бъде пречка за използването на ядрени задвижващи двигатели на долните етапи на космическите ракети. Проблемът с радиационната опасност за околната среда и обслужващия персонал до голяма степен се смекчава от факта, че водородът, използван като работен флуид, практически не се активира при преминаване през реактора. Следователно реактивната струя на ядрен двигател не е по-опасна от струята на ракетен двигател с течно гориво./4/

Заключение

Когато се разглеждат перспективите за развитие и използване на ядрени двигатели в космонавтиката, трябва да се изхожда от постигнатите и очаквани характеристики на различни видове ядрени двигатели, от това, което тяхното приложение може да даде на космонавтиката, и накрая, от тясната връзка на проблема с ядрените задвижващи двигатели с проблема с енергоснабдяването в Космоса и изобщо с проблемите на енергийното развитие.

Както бе споменато по-горе, от всички възможни типове ядрени двигатели най-развити са термичният радиоизотопен двигател и двигателят с твърдофазен реактор на делене. Но ако характеристиките на радиоизотопните ядрени двигатели не ни позволяват да се надяваме на широкото им използване в космонавтиката (поне в близко бъдеще), тогава създаването на твърдофазни ядрени двигатели отваря големи перспективи за космонавтиката.

Например, предложено е устройство с първоначална маса от 40 000 тона (т.е. приблизително 10 пъти по-голяма от тази на най-големите съвременни ракети-носители), като 1/10 от тази маса се отчита за полезния товар, а 2/3 за ядрения обвинения . Ако детонирате един заряд на всеки 3 секунди, тогава техният запас ще бъде достатъчен за 10 дни непрекъсната работа на ядрената задвижваща система. През това време апаратът ще се ускори до скорост от 10 000 км/с и в бъдеще, след 130 години, може да достигне звездата Алфа Кентавър.

Атомните електроцентрали имат уникални характеристики, които включват практически неограничен енергиен интензитет, независимост на работа от околната среда и неизлагане на външни влияния(космическа радиация, увреждане от метеорит, високо и ниски температурии т.н.). Максималната мощност на ядрените радиоизотопни инсталации обаче е ограничена до стойност от порядъка на няколкостотин вата. Това ограничение не съществува за атомни реакторни електроцентрали, което определя рентабилността на тяхното използване по време на дългосрочни полети на тежки космически кораби в околоземното пространство, по време на полети до далечни планети на Слънчевата система и в други случаи.

Предимствата на твърдофазните и други ядрени двигатели с реактори на делене се разкриват най-пълно при изучаването на такива сложни космически програми като пилотирани полети до планетите на Слънчевата система (например по време на експедиция до Марс). В този случай увеличаването на специфичния импулс на тласкача дава възможност за решаване на качествено нови проблеми. Всички тези проблеми значително се облекчават при използване на твърдофазен ракетен двигател с ядрено гориво със специфичен импулс, два пъти по-висок от този на съвременните ракетни двигатели с течно гориво. В този случай също става възможно значително намаляване на времето за полет.

Най-вероятно в близко бъдеще твърдофазните ядрени двигатели ще станат едни от най-разпространените ракетни двигатели. Твърдофазните ядрени задвижващи двигатели могат да се използват като устройства за полети на дълги разстояния, например до планети като Нептун, Плутон и дори за летене извън Слънчевата система. Въпреки това, за полети до звездите, ядрен двигател, базиран на принципите на делене, не е подходящ. В този случай перспективни са ядрените двигатели или по-точно термоядрените реактивни двигатели (ТРД), работещи на принципа на реакциите на термоядрения синтез, и фотонните реактивни двигатели (ФРД), източникът на импулс в които е реакцията на анихилация на материя и антиматерия. . Най-вероятно обаче човечеството ще използва различен транспортен метод за пътуване в междузвездното пространство, различен от реактивния самолет.

В заключение ще дам една парафраза известна фразаАйнщайн - за да пътува до звездите, човечеството трябва да измисли нещо, което би било сравнимо по сложност и възприятие с ядрен реактор за неандерталец!

ЛИТЕРАТУРА

източници:

1. "Ракети и хора. Книга 4 Лунна надпревара" - М: Знание, 1999 г.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Первушин "Битката за звездите. Космическа конфронтация" - М: знание, 1998 г.
4. Л. Гилбърг “Завоюване на небето” - М: Знание, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/библ/молодцов
6. “Двигател”, “Ядрени двигатели за космически кораби”, № 5 1999 г.

7. "Двигател", "Газофазови ядрени двигатели за космически кораби",

№ 6, 1999
7. http://www. *****/content/numbers/263/03.shtml
8. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
9. http://www. *****/content/numbers/219/37.shtml
10., Чекалин транспорт на бъдещето.

М.: Знание, 1983.

11. , Космическо изследване на Чекалин - М.:

Знание, 1988.

12. Губанов Б. „Енергия - Буран” - стъпка към бъдещето // Наука и живот.-

13. Гатланд К. Космическа технология - М.: Мир, 1986.

14., Сергеюк и търговията - М.: APN, 1989.

15.СССР в космоса. 2005 - М.: APN, 1989.

16. По пътя към дълбокия космос // Енергетика. - 1985. - № 6.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Основни характеристики на твърдофазните ядрени реактивни двигатели

Държава производител	Двигател	Тяга във вакуум, kN	Специфичен импулс, сек		Работа по проекта, година
	NERVA/Lox смесен цикъл

Ракетен двигател, в който работната течност е или вещество (например водород), загрято от енергията, освободена по време на ядрена реакция или радиоактивен разпад, или директно продуктите на тези реакции. Разграничете... ... Голям енциклопедичен речник

Ракетен двигател, в който работната течност е или вещество (например водород), загрято от енергията, освободена по време на ядрена реакция или радиоактивен разпад, или директно продуктите на тези реакции. Е в… … енциклопедичен речник

ядрен ракетен двигател- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas

- (Nuclear Jet) ракетен двигател, в който тяга се създава благодарение на енергията, освободена по време на радиоактивен разпад или ядрена реакция. Според вида на ядрената реакция, протичаща в ядрения двигател, се разграничава радиоизотопен ракетен двигател... ...

- (YRD) ракетен двигател, в който източникът на енергия е ядрено гориво. В ядрен двигател с ядрен реактор. Топлината на тора, отделена в резултат на ядрена верижна реакция, се прехвърля към работния флуид (например водород). Ядрото на ядрения реактор ... ...

Тази статия трябва да бъде уикифицирана. Моля, форматирайте го според правилата за форматиране на статията. Ядрен ракетен двигател, използващ хомогенен разтвор на соли за ядрено гориво (английски... Уикипедия

Ядреният ракетен двигател (NRE) е вид ракетен двигател, който използва енергията на делене или сливане на ядра за създаване на реактивна тяга. Те всъщност са реактивни (нагряване на работния флуид в ядрен реактор и освобождаване на газ през... ... Wikipedia

Реактивен двигател, чийто източник на енергия и работна течност се намират в самото превозно средство. Ракетният двигател е единственият практически усвоен за извеждане на полезен товар в орбита на изкуствен спътник на Земята и за използване в ... ... Wikipedia

- (RD) Реактивен двигател, който използва за своята работа само вещества и енергийни източници, налични в резерв на движещо се превозно средство (самолет, земя, под вода). По този начин, за разлика от въздушно-реактивните двигатели (Вижте... ... Велика съветска енциклопедия

Изотопен ракетен двигател, ядрен ракетен двигател, който използва енергията на разпадане на радиоактивни изотопи на химикали. елементи. Тази енергия служи за нагряване на работния флуид, или работният флуид са самите продукти на разпадане, образуващи... ... Голям енциклопедичен политехнически речник

Русия тества охладителната система на атомна електроцентрала (АЕЦ), един от ключовите елементи на бъдещ космически кораб, който ще може да извършва междупланетни полети. Защо е необходим ядрен двигател в космоса, как работи и защо Роскосмос смята тази разработка за основния руски космически коз, пише Известия.

История на атома

Ако сложите ръка на сърцето си, от времето на Королев ракетите носители, използвани за полети в космоса, не са претърпели никакви фундаментални промени. Общ принципработа - химическа, базирана на изгаряне на гориво с окислител, остава същата. Двигателите, системите за управление и видовете гориво се променят. Основата на космическото пътуване остава същата - реактивната тяга тласка ракетата или космическия кораб напред.

Много често се чува, че е необходим голям пробив, разработка, която да замени реактивния двигател, за да се повиши ефективността и да се направят полетите до Луната и Марс по-реалистични. Факт е, че в момента почти повечето отмасата на междупланетните космически кораби е гориво и окислител. Какво ще стане, ако се откажем напълно от химическия двигател и започнем да използваме енергията на ядрен двигател?

Идеята за създаване на ядрена система за задвижване не е нова. В СССР през 1958 г. е подписано подробно правителствено постановление по проблема за създаването на ядрени двигателни системи. Дори тогава бяха проведени проучвания, които показаха, че с помощта на ядрен ракетен двигател с достатъчна мощност можете да стигнете до Плутон (който все още не е загубил своя планетарен статут) и обратно за шест месеца (два там и четири обратно), като харчите 75 тона гориво по време на пътуването.

СССР разработваше ядрен ракетен двигател, но учените едва сега започнаха да се доближават до реален прототип. Не става въпрос за пари, темата се оказа толкова сложна, че нито една страна все още не е успяла да създаде работещ прототип и в повечето случаи всичко завършваше с планове и чертежи. Съединените щати тестваха задвижваща система за полет до Марс през януари 1965 г. Но проектът NERVA за завладяване на Марс с помощта на ядрен двигател не надхвърли тестовете на KIWI и беше много по-прост от текущата руска разработка. Китай е заложил в своите планове за космическо развитие създаването на ядрен двигател по-близо до 2045 г., което също е много, много не скоро.

В Русия през 2010 г. започна нов кръг от работа по проекта за ядрена електрическа задвижваща система (АЕЦ) от мегаватов клас за космически транспортни системи. Проектът се създава съвместно от Роскосмос и Росатом и може да се нарече един от най-сериозните и амбициозни космически проекти напоследък. Водещ изпълнител за ядрена енергетика е Изследователски центъртях. М.В. Келдиш.

Ядрено движение

По време на разработката в пресата изтичат новини за готовността на една или друга част от бъдещия ядрен двигател. В същото време, като цяло, с изключение на специалистите, малко хора си представят как и поради какво ще работи. Всъщност същността на космическия ядрен двигател е приблизително същата като на Земята. Енергията на ядрената реакция се използва за нагряване и работа на турбогенератора-компресор. Казано по-просто, ядрена реакция се използва за производство на електричество, почти точно както в конвенционална атомна електроцентрала. И с помощта на електричество работят електрически ракетни двигатели. В тази инсталация това са йонни двигатели с висока мощност.

В йонните двигатели тягата се създава чрез създаване на реактивна тяга на базата на йонизиран газ, ускорен до високи скорости в електрическо поле. Йонните двигатели все още съществуват и се тестват в космоса. Засега имат само един проблем - почти всички имат много малка тяга, въпреки че харчат много малко гориво. За космически пътувания такива двигатели са отличен вариант, особено ако се реши проблемът с генерирането на електричество в космоса, което ще направи ядрена инсталация. В допълнение, йонните двигатели могат да работят доста дълго време, максималният период на непрекъсната работа на най-модерните модели йонни двигатели е повече от три години.

Ако погледнете диаграмата, ще забележите, че ядрената енергия не започва своята полезна работа веднага. Първо топлообменникът се загрява, след което се генерира електричество, което вече се използва за създаване на тяга за йонния двигател. Уви, човечеството все още не се е научило как да използва ядрените инсталации за задвижване по по-прост и по-ефективен начин.

В СССР сателити с ядрена инсталация бяха изстреляни като част от комплекса за целеуказване на Легенда за военноморски ракетни самолети, но това бяха много малки реактори и тяхната работа беше достатъчна само за генериране на електричество за инструментите, окачени на сателита. Съветските космически кораби са имали инсталационна мощност от три киловата, но сега руски специалисти работят върху създаването на инсталация с мощност над един мегават.

Проблеми от космически мащаб

Естествено, ядрената инсталация в космоса има много повече проблеми, отколкото на Земята, и най-важният от тях е охлаждането. При нормални условия за това се използва вода, която много ефективно абсорбира топлината на двигателя. Това не може да стане в космоса, а ядрените двигатели го изискват ефективна системаохлаждане - и топлината от тях трябва да бъде отведена в открития космос, тоест това може да стане само под формата на радиация. Обикновено за тази цел космическите кораби използват панелни радиатори - изработени от метал, през които циркулира охлаждаща течност. Уви, такива радиатори, като правило, имат голямо тегло и размери, освен това те по никакъв начин не са защитени от метеорити.

През август 2015 г. на авиошоуто MAKS беше показан модел на капково охлаждане на ядрени задвижващи системи. В него течността, диспергирана под формата на капки, лети в открито пространство, охлажда се и след това се сглобява отново в инсталацията. Само си представете огромен космически кораб, в центъра на който има гигантска душ инсталация, от която излитат милиарди микроскопични капки вода, летят през космоса и след това се засмукват в огромната уста на космическа прахосмукачка.

Съвсем наскоро стана известно, че системата за капково охлаждане на ядрена задвижваща система е тествана в земни условия. В същото време охладителната система е най-важният етап от създаването на инсталацията.

Сега е въпрос на тестване на неговата производителност в условия на нулева гравитация и едва след това можем да се опитаме да създадем охладителна система в размерите, необходими за инсталиране. Всеки такъв успешен тест приближава руските специалисти малко по-близо до създаването на ядрена инсталация. Учените бързат с всички сили, защото се смята, че изстрелването на ядрен двигател в космоса ще помогне на Русия да си върне лидерската позиция в космоса.

Ядрена космическа ера

Да кажем, че това успее и след няколко години ядрен двигател ще започне да работи в космоса. Как ще помогне това, как може да се използва? Като начало си струва да се изясни, че във формата, в която ядрената двигателна система съществува днес, тя може да работи само в открития космос. Няма как да излети от Земята и да кацне в този вид, засега не може без традиционните химически ракети.

Защо в космоса? Е, човечеството бързо лети до Марс и Луната и това е всичко? Не със сигурност по този начин. В момента всички проекти на орбитални заводи и фабрики, работещи в околоземна орбита, са в застой поради липса на суровини за работа. Няма смисъл да се строи нещо в космоса, докато не се намери начин да се изведат в орбита големи количества от необходимите суровини, като например метална руда.

Но защо да ги вдигате от Земята, ако, напротив, можете да ги донесете от космоса. В същия астероиден пояс в Слънчевата система има просто огромни запаси от различни метали, включително скъпоценни. И в този случай създаването на ядрен влекач ще бъде просто спасение.

Изведете в орбита огромен астероид, носещ платина или злато, и започнете да го разрязвате направо в космоса. Според експерти такова производство, като се вземе предвид обемът, може да се окаже едно от най-печелившите.

Има ли по-малко фантастично приложение за ядрен влекач? Например, той може да се използва за транспортиране на сателити в необходимите орбити или за извеждане на космически кораби до желаната точка в космоса, например до лунна орбита. В момента за това се използват горни етапи, например руският Fregat. Те са скъпи, сложни и за еднократна употреба. Ядрен влекач ще може да ги вземе в ниска околоземна орбита и да ги достави където е необходимо.

Същото важи и за междупланетните пътувания. Без бърз начинПросто няма шанс да се доставят товари и хора до орбитата на Марс, за да започне колонизация. Сегашното поколение ракети-носители ще направи това много скъпо и за дълго време. Досега продължителността на полета остава една от най-много сериозни проблемикогато летите до други планети. Да оцелееш месеци на пътуване до Марс и обратно в затворена капсула на космически кораб не е лесна задача. Ядрен влекач може да помогне и тук, като значително намали това време.

Необходимо и достатъчно

В момента всичко това изглежда като научна фантастика, но според учените остават само няколко години до тестването на прототипа. Основното, което се изисква, е не само да се завърши разработката, но и да се поддържа необходимото ниво на космонавтика в страната. Дори при спад на финансирането ракетите трябва да продължат да излитат, да се строят космически кораби и да продължат да работят най-ценните специалисти.

В противен случай един ядрен двигател без подходяща инфраструктура няма да помогне, за максимална ефективност разработката ще бъде много важна не само за продажба, но и за самостоятелно използване, показвайки всички възможности на новото космическо превозно средство.

Междувременно всички жители на страната, които не са обвързани с работа, могат само да гледат към небето и да се надяват, че всичко ще се получи за руската космонавтика. И ядрен влекач, и запазване на сегашните способности. Не искам да вярвам в други резултати.

Човек може да започне тази статия с традиционен пасаж за това как писателите на научна фантастика излагат смели идеи, а учените след това ги оживяват. Можете, но не искате да пишете с печати. По-добре е да запомните, че съвременните ракетни двигатели, твърдо гориво и течност, имат повече от незадоволителни характеристики за полети на относително големи разстояния. Те ви позволяват да изстреляте товари в околоземна орбита и да доставите нещо на Луната, въпреки че такъв полет е по-скъп. Но летенето до Марс с такива двигатели вече не е лесно. Дайте им гориво и окислител в необходимите количества. И тези обеми са право пропорционални на разстоянието, което трябва да се преодолее.

Алтернатива на традиционните химически ракетни двигатели са електрическите, плазмените и ядрените двигатели. От всички алтернативни двигатели само една система е достигнала етапа на развитие на двигателя - ядрената (Nuclear Reaction Engine). В Съветския съюз и Съединените щати работата по създаването на ядрени ракетни двигатели започна още през 50-те години на миналия век. Американците работеха и по двата варианта на такава електроцентрала: реактивна и импулсна. Първата концепция включва нагряване на работния флуид с помощта на ядрен реактор и след това освобождаването му през дюзи. Импулсният ядрен задвижващ двигател от своя страна задвижва космическия кораб чрез последователни експлозии на малки количества ядрено гориво.

Също така в САЩ е изобретен проектът Орион, който комбинира и двете версии на ядрения двигател. Това става по следния начин: от опашката на кораба се изхвърлят малки ядрени заряди с капацитет около 100 тона тротил. След тях са изстреляни метални дискове. На разстояние от кораба зарядът беше детониран, дискът се изпари и веществото се разпръсна в различни посоки. Част от него попадна в подсилената опашна част на кораба и го премести напред. Малко увеличение на тягата трябва да се осигури от изпарението на плочата, поемаща ударите. Единичната цена на такъв полет трябваше да бъде само 150 тогавашни долара за килограм полезен товар.

Дори се стигна до точката на тестване: опитът показа, че движението с помощта на последователни импулси е възможно, както и създаването на кърмова плоча с достатъчна здравина. Но проектът Орион беше затворен през 1965 г. като необещаващ. Това обаче засега е единствената съществуваща концепция, която може да позволи експедиции поне в цялата Слънчева система.

Беше възможно да се стигне само до изграждането на прототип с ядрен ракетен двигател. Това бяха съветският RD-0410 и американският NERVA. Те работеха на същия принцип: в „конвенционален“ ядрен реактор работната течност се нагрява, която при изхвърляне от дюзите създава тяга. Работната течност и на двата двигателя е течен водород, но съветският използва хептан като спомагателно вещество.

Тягата на RD-0410 беше 3,5 тона, NERVA даде почти 34, но имаше и големи размери: 43,7 метра дължина и 10,5 в диаметър срещу съответно 3,5 и 1,6 метра за съветския двигател. В същото време американският двигател беше три пъти по-нисък от съветския по отношение на ресурса - RD-0410 можеше да работи цял час.

И двата двигателя обаче, въпреки обещанието си, също останаха на Земята и не отлетяха никъде. Основната причина за закриването на двата проекта (NERVA в средата на 70-те години, RD-0410 през 1985 г.) бяха парите. Характеристиките на химическите двигатели са по-лоши от тези на ядрените двигатели, но цената на едно изстрелване на кораб с ядрен двигател със същия полезен товар може да бъде 8-12 пъти повече от изстрелването на същия Союз с двигател с течно гориво . И това дори не взема предвид всички разходи, необходими за привеждане на ядрените двигатели до степен, годна за практическа употреба.

Извеждането от експлоатация на „евтините“ совалки и скорошната липса на революционни пробиви в космическите технологии изискват нови решения. През април тази година тогавашният ръководител на Роскосмос А. Перминов обяви намерението си да разработи и въведе в експлоатация изцяло нова ядрена двигателна система. Именно това, според Роскосмос, трябва радикално да подобри „ситуацията“ в цялата световна космонавтика. Сега стана ясно кои трябва да станат следващите революционери в космонавтиката: разработването на ядрени задвижващи двигатели ще се извършва от Федералното държавно унитарно предприятие „Център Келдиш“. изпълнителен директорпредприятието А. Коротеев вече зарадва обществеността, че предварителният проект на космическия кораб за новия ядрен задвижващ двигател ще бъде готов през следващата година. Дизайнът на двигателя трябва да бъде готов до 2019 г., като тестовете са планирани за 2025 г.

Комплексът беше наречен ТЕМ - транспортен и енергиен модул. Той ще носи ядрен реактор с газово охлаждане. Системата за директно задвижване все още не е решена: или ще бъде реактивен двигател като RD-0410, или електрически ракетен двигател (ERE). Последният тип обаче все още не е широко използван никъде по света: само три космически кораба са оборудвани с тях. Но фактът, че реакторът може да захранва не само двигателя, но и много други агрегати или дори да използва цялата ТЕМ като космическа електроцентрала, говори в полза на електрическия двигател.