Bodite pozorni, da je veliko črk.

Letalski model vesoljskega plovila z jedrskim pogonskim sistemom (NPP) naj bi v Rusiji izdelali do leta 2025. Ustrezno delo je vključeno v osnutek Zveznega vesoljskega programa za 2016–2025 (FKP-25), ki ga je Roscosmos poslal v odobritev ministrstvom.

Jedrski energetski sistemi veljajo za glavne obetajoče vire energije v vesolju pri načrtovanju obsežnih medplanetarnih odprav. V prihodnosti bo jedrska elektrarna, ki jo trenutno ustvarjajo podjetja Rosatom, lahko zagotavljala megavatno moč v vesolju.

Vsa dela pri izgradnji jedrske elektrarne potekajo v skladu z načrtovanimi roki. Z visoko stopnjo zaupanja lahko trdimo, da bodo dela končana v roku, ki ga predvideva ciljni program,« pravi Andrej Ivanov, projektni vodja oddelka za komunikacije državne korporacije Rosatom.

zadaj Zadnje čase V okviru projekta sta bili zaključeni dve pomembni fazi: ustvarjena je bila edinstvena zasnova gorivnega elementa, ki zagotavlja delovanje v pogojih visokih temperatur, velikih temperaturnih gradientov in visokih odmerkov sevanja. Uspešno so bila zaključena tudi tehnološka testiranja reaktorske posode bodoče vesoljske elektrarne. Kot del teh preskusov je bilo ohišje izpostavljeno nadtlaku in opravljene so bile 3D meritve na območjih osnovne kovine, obodnega zvara in stožčastega prehoda.

Princip delovanja. Zgodovina nastanka.

Z jedrskim reaktorjem za uporabo v vesolju ni bistvenih težav. V obdobju od leta 1962 do 1993 je naša država nabrala bogate izkušnje s proizvodnjo podobnih naprav. Podobno delo je bilo opravljeno v ZDA. Od zgodnjih šestdesetih let prejšnjega stoletja je bilo v svetu razvitih več vrst električnih pogonskih motorjev: ionski, stacionarni plazemski, anodni slojni motor, impulzni plazemski motor, magnetoplazma, magnetoplazmodinamični.

Ustvarjalno delo jedrski motorji za vesoljska plovila so se v prejšnjem stoletju aktivno izvajale v ZSSR in ZDA: Američani so projekt zaprli leta 1994, ZSSR - leta 1988. Zaprtje dela je v veliki meri pripomogla černobilska katastrofa, ki je negativno vplivala na javno mnenje glede uporabe jedrske energije. Poleg tega preizkusi jedrskih naprav v vesolju niso vedno potekali po načrtih: leta 1978 je sovjetski satelit Kosmos-954 vstopil v atmosfero in razpadel ter razpršil na tisoče radioaktivnih drobcev na površini 100 tisoč kvadratnih metrov. km v severozahodni Kanadi. Sovjetska zveza Kanadi plačal denarno odškodnino v višini več kot 10 milijonov dolarjev.

Maja 1988 sta dve organizaciji - Zveza ameriških znanstvenikov in Odbor sovjetskih znanstvenikov za mir proti jedrski grožnji - skupaj predlagali prepoved uporabe jedrske energije v vesolju. Ta predlog ni dobil nobenih formalnih posledic, vendar od takrat nobena država ni izstrelila vesoljskih plovil z jedrskimi elektrarnami na krovu.

Velike prednosti projekta so praktično pomembne obratovalne lastnosti - dolga življenjska doba (10 let delovanja), velik remontni interval in dolg čas delovanja na enem stikalu.

V letu 2010 so bili oblikovani tehnični predlogi za projekt. Oblikovanje se je začelo letos.

Jedrska elektrarna vsebuje tri glavne naprave: 1) reaktorsko napravo z delovno tekočino in pomožnimi napravami (toplotni izmenjevalnik-rekuperator in turbogenerator-kompresor); 2) električni raketni pogonski sistem; 3) hladilnik-oddajnik.

Reaktor.

S fizikalnega vidika je to kompakten plinsko hlajen hitri nevtronski reaktor.
Uporabljeno gorivo je spojina (dioksid ali karbonitrid) urana, a ker mora biti zasnova zelo kompaktna, ima uran večjo obogatitev z izotopom 235 kot v gorivnih palicah v običajnih (civilnih) jedrskih elektrarnah, morda nad 20 %. In njihova lupina je monokristalna zlitina ognjevzdržnih kovin na osnovi molibdena.

To gorivo bo moralo delovati pri zelo visokih temperaturah. Zato je bilo treba izbrati materiale, ki lahko vsebujejo negativni dejavniki, povezane s temperaturo, hkrati pa omogočajo gorivu, da opravlja svojo glavno funkcijo - segreva plinsko hladilno sredstvo, s pomočjo katerega bo proizvedena električna energija.

Hladilnik.

Hlajenje plina med delovanjem jedrske naprave je nujno potrebno. Kako odvajati toploto v vesolje? Edina možnost je hlajenje s sevanjem. Segreta površina v praznini se ohladi in oddaja elektromagnetne valove v širokem razponu, vključno z vidno svetlobo. Edinstvenost projekta je uporaba posebne hladilne tekočine - mešanice helija in ksenona. Namestitev zagotavlja visoko učinkovitost.

Motor.

Načelo delovanja ionskega motorja je naslednje. V komori za praznjenje plina se z anodami in katodnim blokom, ki se nahajajo v magnetnem polju, ustvari redka plazma. Iz nje ione delovne tekočine (ksenona ali druge snovi) »potegne« emisijska elektroda in pospeši v reži med njo in pospeševalno elektrodo.

Za uresničitev načrta je bilo med letoma 2010 in 2018 obljubljenih 17 milijard rubljev. Od teh sredstev je bilo 7,245 milijarde rubljev namenjenih državni korporaciji Rosatom za izdelavo samega reaktorja. Še 3,955 milijarde - FSUE "Center Keldysh" za ustvarjanje jedrske pogonske elektrarne. Še 5,8 milijarde rubljev bo šlo v RSC Energia, kjer bo treba v istem roku oblikovati delovni videz celotnega transportno-energetskega modula.

Po načrtih bo do konca leta 2017 pripravljen jedrski pogonski sistem za dokončanje transportno-energetskega modula (modul za medplanetarni prenos). Do konca leta 2018 bo jedrska elektrarna pripravljena za preizkuse letenja. Projekt se financira iz zveznega proračuna.

Ni skrivnost, da so se dela na ustvarjanju jedrskih raketnih motorjev začela v ZDA in ZSSR že v 60. letih prejšnjega stoletja. Kako daleč so prišli? In na kakšne težave ste naleteli na poti?

Anatolij Korotejev: Dejansko so se dela na področju uporabe jedrske energije v vesolju začela in aktivno izvajala pri nas in v ZDA v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja.

Sprva je bila postavljena naloga ustvariti raketne motorje, ki bi namesto kemične energije zgorevanja goriva in oksidanta uporabljali segrevanje vodika na temperaturo okoli 3000 stopinj. A izkazalo se je, da je tako neposredna pot še vedno neučinkovita. Za kratek čas dobimo velik potisk, a hkrati izpustimo curek, ki se ob nenormalnem delovanju reaktorja lahko izkaže za radioaktivno onesnaženega.

Nekaj ​​izkušenj je bilo nabranih, vendar ne mi ne Američani nismo mogli ustvariti zanesljivih motorjev. Delali so, a ne veliko, saj je segrevanje vodika na 3000 stopinj v jedrskem reaktorju resna naloga. Poleg tega so se med zemeljskimi preizkusi takih motorjev pojavile okoljske težave, saj so se v ozračje izpuščali radioaktivni curki. Ni več skrivnost, da je bilo takšno delo opravljeno na poligonu Semipalatinsk, posebej pripravljenem za jedrske poskuse, ki je ostal v Kazahstanu.

Se pravi, dva parametra sta se izkazala za kritična - ekstremna temperatura in emisije sevanja?

Anatolij Korotejev: Na splošno da. Zaradi teh in nekaterih drugih razlogov je bilo delo pri nas in v ZDA ustavljeno ali prekinjeno - to je mogoče oceniti na različne načine. In zdelo se nam je nespametno, da bi jih tako, rekel bi, čelno obnavljali, da bi naredili jedrski motor z vsemi že omenjenimi pomanjkljivostmi. Predlagali smo popolnoma drugačen pristop. Od starega se razlikuje tako, kot se hibridni avto razlikuje od običajnega. Pri navadnem avtomobilu motor obrača kolesa, pri hibridnih avtomobilih pa se elektrika proizvaja iz motorja in ta elektrika vrti kolesa. Se pravi, nastaja nekakšna vmesna elektrarna.

Zato smo predlagali shemo, v kateri vesoljski reaktor ne segreva curka, ki ga izvrže, ampak proizvaja elektriko. Vroč plin iz reaktorja vrti turbino, turbina vrti električni generator in kompresor, ki kroži delovno tekočino v zaprti zanki. Generator proizvaja elektriko za plazemski motor s specifičnim potiskom, ki je 20-krat višji od kemičnih analogov.

Zapletena shema. V bistvu je to mini jedrska elektrarna v vesolju. In kakšne so njegove prednosti pred ramjet jedrskim motorjem?

Anatolij Korotejev: Glavno je, da curek, ki prihaja iz novega motorja, ne bo radioaktiven, saj gre skozi reaktor popolnoma drugačna delovna tekočina, ki je v zaprtem krogu.

Poleg tega nam s to shemo ni treba segrevati vodika do prepovedanih vrednosti: v reaktorju kroži inertna delovna tekočina, ki se segreje do 1500 stopinj. Stvari si resnično olajšamo. In posledično bomo povečali specifični potisk ne za dvakrat, ampak za 20-krat v primerjavi s kemičnimi motorji.

Pomembno je še nekaj: ni potrebe po zapletenih testih v polnem obsegu, ki zahtevajo infrastrukturo nekdanjega poligona Semipalatinsk, zlasti bazo preskusne mize, ki ostaja v mestu Kurchatov.

V našem primeru je mogoče vse potrebne preizkuse opraviti na ozemlju Rusije, ne da bi bili vpleteni v dolga mednarodna pogajanja o uporabi jedrske energije zunaj meja svoje države.

Ali podobno delo trenutno poteka tudi v drugih državah?

Anatolij Korotejev: Imel sem srečanje z namestnikom vodje Nase, razpravljali smo o vprašanjih, povezanih z vrnitvijo k delu na področju jedrske energije v vesolju, in rekel je, da Američani kažejo veliko zanimanje za to.

Povsem možno je, da se bo Kitajska odzvala s svojimi aktivnimi dejanji, zato moramo delovati hitro. Pa ne samo zaradi tega, da bi bili pol koraka pred nekom.

Najprej moramo hitro delati, da bomo videti spodobni v nastajajočem mednarodnem sodelovanju, ki se de facto oblikuje.

Ne izključujem, da se lahko v bližnji prihodnosti začne mednarodni program jedrske vesoljske elektrarne, podoben programu nadzorovane termonuklearne fuzije, ki se trenutno izvaja.

Sergejev Aleksej, 9. "A" razred, Mestna izobraževalna ustanova "Srednja šola št. 84"

Znanstveni svetovalec: , namestnik direktorja neprofitnega partnerstva za znanstvene in inovativne dejavnosti "Tomsk Atomic Center"

Vodja: , učitelj fizike, Mestna izobraževalna ustanova "Srednja šola št. 84" CATO Seversk

Uvod

Pogonski sistemi na krovu vesoljskega plovila so zasnovani za ustvarjanje potiska ali zagona. Glede na vrsto uporabljenega potiska se pogonski sistem deli na kemični (CHRD) in nekemični (NCRD). CRD delimo na motorje na tekoče gorivo (LPRE), raketne motorje na trdo gorivo (motorji na trdo gorivo) in kombinirane raketne motorje (RCR). Nekemične pogonske sisteme delimo na jedrske (NRE) in električne (EP). Veliki znanstvenik Konstantin Eduardovič Ciolkovski je pred stoletjem ustvaril prvi model pogonskega sistema, ki je deloval na trdo in tekoče gorivo. Kasneje, v drugi polovici 20. stoletja, je bilo opravljenih na tisoče poletov predvsem z motorji na tekoča goriva in raketnimi motorji na trda goriva.

Vendar pa trenutno za polete na druge planete, da ne omenjamo zvezd, postaja uporaba raketnih motorjev na tekoče gorivo in raketnih motorjev na trdo gorivo vse bolj nedonosna, čeprav je bilo razvitih veliko raketnih motorjev. Najverjetneje so zmogljivosti raketnih motorjev na tekoče gorivo in raketnih motorjev na trdo gorivo popolnoma izčrpane. Razlog je v tem, da je specifični impulz vseh kemičnih propelerjev nizek in ne presega 5000 m/s, kar zahteva dolgotrajno delovanje propelerja in s tem velike rezerve goriva za razvoj dovolj velikih hitrosti oz. kot je običajno v astronavtiki, so potrebne velike vrednosti števila Ciolkovskega, t.j. razmerje med maso napolnjene rakete in maso prazne. Tako ima nosilna raketa Energia, ki v nizko orbito izstreli 100 ton tovora, izstrelitveno maso približno 3000 ton, kar daje številu Ciolkovskega vrednost znotraj 30.

Za let na Mars, na primer, bi moralo biti število Ciolkovskega še višje in dosegati vrednosti od 30 do 50. Zlahka je oceniti, da je pri tovoru približno 1000 ton in v teh mejah najmanjša masa zahteva za zagotovitev vsega, kar je potrebno za posadko, ki se poda na Mars, se razlikuje. Ob upoštevanju zaloge goriva za povratni let na Zemljo mora biti začetna masa vesoljskega plovila vsaj 30.000 ton, kar očitno presega stopnjo razvoja sodobne astronavtike, temelji na uporabi motorjev na tekoče gorivo in raketnih motorjev na trdo gorivo.

Da bi lahko posadke s posadko dosegle celo najbližje planete, je treba razviti nosilne rakete z motorji, ki delujejo na principih, ki niso kemični pogon. Najbolj obetavni v tem pogledu so električni reaktivni motorji (EPE), termokemični raketni motorji in jedrski reaktivni motorji (NRE).

1.Osnovni pojmi

Raketni motor je reaktivni motor, ki za delovanje ne uporablja okolja (zrak, voda). Najpogosteje se uporabljajo kemični raketni motorji. Razvijajo in preizkušajo se tudi druge vrste raketnih motorjev - električni, jedrski in drugi. Najpreprostejši raketni motorji na stisnjene pline se pogosto uporabljajo tudi na vesoljskih postajah in vozilih. Običajno kot delovno tekočino uporabljajo dušik. /1/

Razvrstitev pogonskih sistemov

2. Namen raketnih motorjev

Raketni motorji so glede na namen razdeljeni na več glavnih vrst: pospeševalne (zagonske), zavorne, pogonske, krmilne in druge. Raketni motorji se uporabljajo predvsem na raketah (od tod tudi ime). Poleg tega se raketni motorji včasih uporabljajo v letalstvu. Raketni motorji so glavni motorji v astronavtiki.

Vojaške (bojne) rakete imajo običajno motorje na trdo gorivo. To je posledica dejstva, da se tak motor tovarniško polni z gorivom in ne potrebuje vzdrževanja za celotno skladiščenje in življenjsko dobo same rakete. Motorji na trdo gorivo se pogosto uporabljajo kot pospeševalci vesoljskih raket. Še posebej pogosto se v tej vlogi uporabljajo v ZDA, Franciji, na Japonskem in Kitajskem.

Raketni motorji na tekoče-kapljevito gorivo imajo višje karakteristike potiska kot raketni motorji na trdo gorivo. Zato jih uporabljajo za izstreljevanje vesoljskih raket v orbito okoli Zemlje in za medplanetarne lete. Glavna tekoča goriva za rakete so kerozin, heptan (dimetilhidrazin) in tekoči vodik. Za takšne vrste goriva je potreben oksidant (kisik). Kot oksidanti v takšnih motorjih se uporabljata dušikova kislina in utekočinjeni kisik. Dušikova kislina je slabša od utekočinjenega kisika oksidativne lastnosti, vendar ne zahteva vzdrževanja posebnega temperaturnega režima med skladiščenjem, polnjenjem goriva in uporabo raket

Motorji za polete v vesolje se od zemeljskih razlikujejo po tem, da morajo proizvesti čim več moči s čim manjšo maso in prostornino. Poleg tega so predmet zahtev, kot so izjemno visoka učinkovitost in zanesljivost ter velik čas delovanja. Glede na vrsto uporabljene energije se pogonski sistemi vesoljskih plovil delijo na štiri vrste: termokemični, jedrski, električni in sončno-jadrni. Vsaka od naštetih vrst ima svoje prednosti in slabosti in se lahko uporablja v določenih pogojih.

Trenutno vesoljske ladje, orbitalne postaje in zemeljske satelite brez posadke v vesolje izstreljujejo rakete, opremljene z močnimi termokemičnimi motorji. Obstajajo tudi miniaturni motorji z nizkim potiskom. To je manjša kopija močnih motorjev. Nekateri od njih se lahko prilegajo vaši dlani. Potisna sila takih motorjev je zelo majhna, vendar je dovolj za nadzor položaja ladje v vesolju

3. Termokemični raketni motorji.

Znano je, da je pri motorju z notranjim zgorevanjem kurišče parnega kotla – kjerkoli pride do zgorevanja, največ Aktivno sodelovanje sprejema atmosferski kisik. V vesolju ni zraka in za delovanje raketnih motorjev v vesolju sta potrebni dve komponenti - gorivo in oksidant.

Tekočinski termokemični raketni motorji uporabljajo kot gorivo alkohol, kerozin, bencin, anilin, hidrazin, dimetilhidrazin in tekoči vodik. Kot oksidant se uporabljajo tekoči kisik, vodikov peroksid in dušikova kislina. Morda se bo v prihodnosti tekoči fluor uporabljal kot oksidant, ko bodo izumljene metode za shranjevanje in uporabo takšne aktivne kemikalije

Gorivo in oksidant za tekoče reaktivne motorje sta shranjena ločeno v posebnih rezervoarjih in dovajana v zgorevalno komoro s pomočjo črpalk. Ko se združijo v zgorevalni komori, dosežejo temperature 3000 – 4500 °C.

Produkti zgorevanja, ki se širijo, dosežejo hitrost od 2500 do 4500 m / s. Odrivajo se od telesa motorja in ustvarjajo reaktivni potisk. Istočasno, večja kot je masa in hitrost pretoka plina, večji je potisk motorja.

Specifični potisk motorjev se običajno ocenjuje s količino potiska, ustvarjenega na enoto mase goriva, ki zgori v eni sekundi. Ta količina se imenuje specifični impulz raketnega motorja in se meri v sekundah (kg potiska / kg zgorelega goriva na sekundo). Najboljši raketni motorji na trdo gorivo imajo specifični impulz do 190 s, kar pomeni, da 1 kg goriva, ki zgori v eni sekundi, ustvari potisk 190 kg. Raketni motor vodik-kisik ima specifični impulz 350 s. Teoretično lahko vodikovo-fluorov motor razvije specifični impulz več kot 400 s.

Običajno uporabljeno vezje raketnega motorja na tekoče-kapljevitost deluje na naslednji način. Stisnjen plin ustvari potreben tlak v rezervoarjih s kriogenim gorivom, da prepreči nastanek plinskih mehurčkov v cevovodih. Črpalke dovajajo gorivo raketnim motorjem. Gorivo se v zgorevalno komoro vbrizga skozi veliko število injektorjev. Skozi šobe se v zgorevalno komoro vbrizga tudi oksidant.

V katerem koli avtomobilu pri zgorevanju goriva nastanejo veliki toplotni tokovi, ki segrejejo stene motorja. Če sten komore ne ohladite, bo hitro izgorela, ne glede na to, iz katerega materiala je. Tekočinski reaktivni motor se običajno hladi z eno od komponent goriva. V ta namen je komora izdelana iz dveh sten. Hladna komponenta goriva teče v reži med stenami.

Aluminij" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">aluminij itd. Zlasti kot dodatek k običajnim gorivom, kot je vodik-kisik. Takšne "ternarne sestave" lahko zagotovijo najvišjo možno hitrost za kemijsko izpuh goriva - do 5 km/s. Toda to je praktično meja virov kemije. Več praktično ne more. Čeprav v predlaganem opisu še vedno prevladujejo raketni motorji na tekoče tekočino, je treba reči, da prvi v zgodovini človeštva je bil ustvarjen termokemični raketni motor na trdo gorivo - Raketni motor na trdo gorivo. Gorivo - na primer poseben smodnik - se nahaja neposredno v zgorevalni komori. Zgorevalna komora z reaktivno šobo, napolnjeno s trdnim gorivom - to je celotna zasnova. Način zgorevanja trdega goriva je odvisen od namena raketnega motorja na trdo gorivo (izstrelitveni, vzdrževalni ali kombinirani).Za rakete na trdo gorivo, ki se uporabljajo v vojaških zadevah, je značilna prisotnost lansirnih in pogonskih motorjev.Raketni motor na trdo gorivo se razvija velik potisk za zelo kratek čas, ki je potreben za izstrelitev rakete iz lanserja in za njen začetni pospešek. Vzdrževalni raketni motor na trdo gorivo je zasnovan za vzdrževanje konstantne hitrosti leta rakete na glavnem (pogonskem) odseku poti leta. Razlike med njima so predvsem v zasnovi zgorevalne komore in profilu zgorevalne površine polnila, ki določata hitrost zgorevanja goriva, od katere sta odvisna čas delovanja in potisk motorja. Za razliko od takšnih raket vesoljska nosilna vozila za izstrelitev zemeljskih satelitov, orbitalnih postaj in vesoljskih plovil ter medplanetarne postaje delujejo le v načinu izstrelitve od izstrelitve rakete do izstrelitve predmeta v orbito okoli Zemlje ali na medplanetarno pot. Raketni motorji na trdo gorivo na splošno nimajo veliko prednosti pred motorji na tekoče gorivo: enostavni so za izdelavo, dolgotrajno skladiščenje, vedno pripravljeni za delovanje in razmeroma protieksplozijska odpornost. Toda glede specifičnega potiska so motorji na trda goriva 10-30% slabši od tekočih motorjev.

4. Električni raketni motorji

Skoraj vsi zgoraj obravnavani raketni motorji razvijejo ogromen potisk in so zasnovani za izstrelitev vesoljskih plovil v orbito okoli Zemlje in njihovo pospeševanje do kozmičnih hitrosti za medplanetarne lete. Povsem druga zadeva so pogonski sistemi vesoljskih plovil, ki so že izstreljena v orbito ali na medplanetarni poti. Pri tem praviloma potrebujemo motorje majhne moči (nekaj kilovatov ali celo vatov), ​​ki lahko delujejo na stotine in tisoče ur ter se večkrat vklapljajo in izklapljajo. Omogočajo vam ohranjanje leta v orbiti ali vzdolž dane trajektorije, s čimer kompenzirajo ustvarjeni upor leta zgornje plasti ozračje in sončni veter. Pri elektroraketnih motorjih delovno tekočino pospešimo do določene hitrosti s segrevanjem z električno energijo. Električna energija prihaja iz sončnih kolektorjev ali jedrske elektrarne. Metode segrevanja delovne tekočine so različne, v resnici pa se v glavnem uporablja električni oblok. Izkazal se je kot zelo zanesljiv in prenese veliko število zagonov. Vodik se uporablja kot delovna tekočina v elektroobločnih motorjih. Z električnim oblokom se vodik segreje na zelo visoko temperaturo in se spremeni v plazmo – električno nevtralno zmes pozitivnih ionov in elektronov. Hitrost izliva plazme iz motorja doseže 20 km/s. Ko bodo znanstveniki rešili problem magnetne izolacije plazme od sten motorne komore, bo mogoče bistveno povečati temperaturo plazme in povečati hitrost izpušnih plinov na 100 km/s. Prvi električni raketni motor so razvili v Sovjetski zvezi v letih. pod vodstvom (pozneje je postal ustvarjalec motorjev za sovjetske vesoljske rakete in akademik) v znamenitem Laboratoriju za plinsko dinamiko (GDL)./10/

5.Druge vrste motorjev

Obstajajo tudi bolj eksotične zasnove jedrskih raketnih motorjev, pri katerih je cepljivi material v tekočem, plinastem ali celo plazemskem stanju, vendar je izvedba takšnih zasnov na trenutni ravni tehnike in tehnologije nerealna. Obstajajo naslednji projekti raketnih motorjev, ki so še vedno v teoretični ali laboratorijski fazi:

Impulzni jedrski raketni motorji, ki uporabljajo energijo eksplozij majhnih jedrskih nabojev;

Termonuklearni raketni motorji, ki lahko kot gorivo uporabljajo izotop vodika. Energijska produktivnost vodika pri takšni reakciji je 6,8 * 1011 KJ/kg, kar je približno dva reda velikosti večja od produktivnosti reakcij jedrske fisije;

Motorji s sončnimi jadri – ki izkoriščajo pritisk sončne svetlobe (sončni veter), katerih obstoj je že leta 1899 empirično dokazal ruski fizik. Z izračunom so znanstveniki ugotovili, da lahko naprava, ki tehta 1 tono, opremljena z jadrom s premerom 500 m, leti od Zemlje do Marsa v približno 300 dneh. Vendar učinkovitost sončnega jadra z oddaljenostjo od Sonca hitro upada.

6.Jedrski raketni motorji

Ena glavnih pomanjkljivosti raketnih motorjev na tekoče gorivo je povezana z omejena hitrost uhajanje plinov. Zdi se, da je v jedrskih raketnih motorjih mogoče uporabiti ogromno energijo, ki se sprošča med razgradnjo jedrskega "goriva", za ogrevanje delovne snovi. Princip delovanja jedrskih raketnih motorjev se skoraj ne razlikuje od principa delovanja termokemičnih motorjev. Razlika je v tem, da se delovna tekočina segreje ne zaradi lastne kemične energije, temveč zaradi "tuje" energije, ki se sprosti med intranuklearno reakcijo. Delovna tekočina poteka skozi jedrski reaktor, v katerem pride do reakcije cepitve atomskih jeder (na primer urana), in se segreje. Jedrski raketni motorji odpravljajo potrebo po oksidantu, zato je mogoče uporabiti samo eno tekočino. Kot delovno tekočino je priporočljivo uporabiti snovi, ki omogočajo motorju, da razvije večjo vlečno silo. Ta pogoj najbolj izpolnjuje vodik, sledijo mu amoniak, hidrazin in voda. Procese, pri katerih se sprošča jedrska energija, delimo na radioaktivne transformacije, cepitvene reakcije težkih jeder in fuzijske reakcije lahkih jeder. Radioizotopske transformacije se izvajajo v tako imenovanih izotopskih virih energije. Specifična masna energija (energija, ki jo lahko sprosti 1 kg težka snov) umetnih radioaktivnih izotopov je bistveno večja kot pri kemičnih gorivih. Tako je za 210Po enaka 5*10 8 KJ/kg, medtem ko za energetsko najučinkovitejše kemično gorivo (berilij s kisikom) ta vrednost ne presega 3*10 4 KJ/kg. Na žalost uporaba takšnih motorjev na vesoljskih nosilnih raketah še ni racionalna. Razlog za to so visoki stroški izotopske snovi in ​​težave pri delovanju. Navsezadnje izotop nenehno sprošča energijo, tudi ko se prevaža v posebnem zabojniku in ko je raketa parkirana na izstrelišču. Jedrski reaktorji uporabljajo energijsko učinkovitejše gorivo. Tako je specifična masna energija 235U (cepljivega izotopa urana) enaka 6,75 * 10 9 KJ/kg, kar je približno za red velikosti več kot izotop 210Po. Te motorje je mogoče »vklopiti« in »ugasniti«, jedrsko gorivo (233U, 235U, 238U, 239Pu) je veliko cenejše od izotopskega. V takšnih motorjih se kot delovna tekočina lahko uporablja ne samo voda, ampak tudi učinkovitejše delovne snovi - alkohol, amoniak, tekoči vodik. Specifični potisk motorja s tekočim vodikom je 900 s. Pri najenostavnejši zasnovi jedrskega raketnega motorja z reaktorjem na trdno jedrsko gorivo je delovna tekočina nameščena v rezervoarju. Črpalka ga dovaja v komoro motorja. Delovna tekočina, razpršena s šobami, pride v stik z jedrskim gorivom, ki proizvaja gorivo, se segreje, razširi in z veliko hitrostjo vrže ven skozi šobo. Jedrsko gorivo je po zalogah energije boljše od katere koli druge vrste goriva. Potem se pojavi logično vprašanje: zakaj imajo naprave, ki uporabljajo to gorivo, še vedno relativno nizek specifični potisk in velika masa? Dejstvo je, da je specifični potisk jedrskega raketnega motorja na trdno fazo omejen s temperaturo cepljivega materiala, elektrarna pa med delovanjem oddaja močno ionizirajoče sevanje, ki škodljivo vpliva na žive organizme. Biološka zaščita pred takim sevanjem je zelo pomembna in je na vesoljskih plovilih ne uporabljamo. Praktični razvoj jedrske raketne motorje na trdo jedrsko gorivo so začeli izdelovati sredi 50. let 20. stoletja v Sovjetski zvezi in ZDA, skoraj sočasno z gradnjo prvih jedrskih elektrarn. Delo je potekalo v ozračju visoke tajnosti, a znano je, da prava aplikacija v astronavtiki takih raketnih motorjev še niso uporabljali. Vse je bilo doslej omejeno na uporabo izotopskih virov električne energije relativno majhne moči na umetnih zemeljskih satelitih brez posadke, medplanetarnih vesoljskih plovilih in svetovno znanem sovjetskem »lunarnem roverju«.

7. Jedrski reaktivni motorji, principi delovanja, načini pridobivanja impulza v jedrskem pogonskem motorju.

Jedrski raketni motorji so svoje ime dobili zaradi dejstva, da ustvarjajo potisk z uporabo jedrske energije, torej energije, ki se sprošča kot posledica jedrskih reakcij. V splošnem smislu te reakcije pomenijo kakršne koli spremembe v energijskem stanju atomskih jeder, pa tudi transformacije nekaterih jeder v druge, povezane s prestrukturiranjem strukture jeder ali spremembo števila elementarnih delcev, ki jih vsebujejo - nukleoni. Poleg tega se jedrske reakcije, kot je znano, lahko zgodijo bodisi spontano (tj. spontano) bodisi umetno povzročene, na primer, ko nekatera jedra bombardirajo druga (ali osnovni delci). Jedrska cepitev in fuzijske reakcije presegajo energijsko velikost kemične reakcije milijone oziroma desetmilijonkrat. To je razloženo z dejstvom, da je energija kemične vezi atomov v molekulah večkrat manjša od energije jedrske vezi nukleonov v jedru. Jedrsko energijo v raketnih motorjih lahko uporabljamo na dva načina:

1. Sprosteno energijo porabimo za segrevanje delovne tekočine, ki se nato razširi v šobi, tako kot pri klasičnem raketnem motorju.

2. Jedrska energija se pretvori v električno energijo in nato uporabi za ionizacijo in pospeševanje delcev delovne tekočine.

3. Nazadnje, impulz ustvarijo sami produkti cepitve, ki nastanejo v procesu (na primer ognjevarne kovine - volfram, molibden), se uporabljajo za dodajanje posebnih lastnosti cepljivim snovem.

Gorivni elementi trdnofaznega reaktorja so prežeti s kanali, skozi katere teče delovna tekočina jedrskega pogonskega motorja, ki se postopoma segreva. Kanali imajo premer približno 1-3 mm, njihova skupna površina pa je 20-30% preseka aktivne cone. Sredica je obešena na posebno mrežo znotraj pogonske posode, tako da se lahko razširi, ko se reaktor segreje (sicer bi se sesedlo zaradi toplotnih obremenitev).

Jedro doživlja visoke mehanske obremenitve, povezane s pomembnimi padci hidravličnega tlaka (do nekaj deset atmosfer) zaradi tekoče delovne tekočine, toplotnih napetosti in vibracij. Povečanje velikosti aktivne cone pri segrevanju reaktorja doseže nekaj centimetrov. Aktivna cona in reflektor sta nameščena v trpežnem močnem ohišju, ki absorbira pritisk delovne tekočine in potisk, ki ga ustvarja brizgalna šoba. Kovček je zaprt s trpežnim pokrovom. V njem so pnevmatski, vzmetni ali električni mehanizmi za pogon regulacijskih teles, pritrdilne točke jedrskega pogonskega motorja na vesoljsko plovilo in prirobnice za povezavo jedrskega pogonskega motorja z dovodnimi cevovodi delovne tekočine. Na pokrovu je lahko tudi turbočrpalka.

8 - Šoba,

9 - Raztegljiva šoba,

10 - Izbira delovne snovi za turbino,

11 - Power Corps,

12 - krmilni boben,

13 - Izpuh turbine (uporablja se za nadzor položaja in povečanje potiska),

14 - Pogonski obroč za krmilne bobne)

V začetku leta 1957 je bila določena končna smer dela v Laboratoriju Los Alamos in sprejeta odločitev o izgradnji grafitnega jedrskega reaktorja z uranovim gorivom, razpršenim v grafitu. Reaktor Kiwi-A, ustvarjen v tej smeri, je bil testiran leta 1959 1. julija.

Ameriški jedrski reaktivni motor na trdni fazi XE Prime na testni mizi (1968)

Laboratorij Los Alamos je poleg gradnje reaktorja v polnem zamahu gradil posebno poligon v Nevadi, izvajal pa je tudi vrsto posebnih naročil ameriških zračnih sil na sorodnih področjih (razvoj posameznih enote TURE). V imenu Laboratorija Los Alamos so vsa posebna naročila za izdelavo posameznih komponent izvedla podjetja: Aerojet General, oddelek Rocketdyne North American Aviation. Poleti 1958 je bil ves nadzor nad programom Rover prenesen z ameriških zračnih sil na novo organizirano Nacionalno upravo za aeronavtiko in vesolje (NASA). Kot rezultat posebnega sporazuma med AEC in NASA sredi poletja 1960 je bil ustanovljen Urad za vesoljski jedrski pogon pod vodstvom G. Fingerja, ki je kasneje vodil program Rover.

Rezultati šestih "vročih testov" jedrskih reaktivnih motorjev so bili zelo spodbudni in v začetku leta 1961 je bilo pripravljeno poročilo o testiranju reaktorskega leta (RJFT). Nato je sredi leta 1961 stekel projekt Nerva (uporaba jedrskega motorja za vesoljske rakete). Za generalnega izvajalca je bil izbran Aerojet General, za podizvajalca za gradnjo reaktorja pa Westinghouse.

10.2 Delo na TURE v Rusiji

Ameriški" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Američani, ruski znanstveniki so uporabili najbolj ekonomične in učinkovite teste posameznih gorivnih elementov v raziskovalnih reaktorjih. Celoten obseg dela, opravljenega v 70-80-ih letih dovolil oblikovalskemu biroju " Salyut ", Design Bureau of Chemical Automatics, IAE, NIKIET in NPO "Luch" (PNITI) razvoj različnih projektov vesoljskih jedrskih pogonskih motorjev in hibridnih jedrskih elektrarn. V Design Bureau of Chemical Avtomatiki pod znanstvenimi vodstvo NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO so bili odgovorni za reaktorske elemente Luch", MAI) DVORIŠČE RD 0411 in jedrski motor najmanjše velikosti RD 0410 potisk 40 oziroma 3,6 tone.

Posledično so izdelali reaktor, "hladen" motor in prototip preskusne naprave za testiranje na plin vodik. Za razliko od ameriškega, s specifičnim impulzom največ 8250 m / s, je imel sovjetski TNRE zaradi uporabe toplotno odpornejših in naprednejših gorivnih elementov ter visoke temperature v jedru ta številka 9100 m /s in višje. Izhodišče za testiranje TURE skupne ekspedicije NPO "Luch" je bilo 50 km jugozahodno od mesta Semipalatinsk-21. Delovati je začela leta 1962. notri Na poligonu so testirali gorivne elemente prototipov raketnih motorjev na jedrski pogon. V tem primeru so izpušni plini vstopili v zaprti izpušni sistem. Kompleks preskusne mize Baikal-1 za testiranje jedrskih motorjev v polni velikosti se nahaja 65 km južno od Semipalatinska-21. Od leta 1970 do 1988 je bilo izvedenih približno 30 "vročih zagonov" reaktorjev. Hkrati moč ni presegla 230 MW s porabo vodika do 16,5 kg / s in njegovo temperaturo na izhodu iz reaktorja 3100 K. Vse izstrelitve so bile uspešne, brez težav in po načrtu.

Sovjetski TNRD RD-0410 je edini delujoč in zanesljiv industrijski jedrski raketni motor na svetu

Trenutno je takšno delo na lokaciji ustavljeno, čeprav je oprema vzdrževana v relativno delujočem stanju. Baza preskusne mize NPO Luch je edini eksperimentalni kompleks na svetu, kjer je mogoče preizkusiti elemente jedrskih pogonskih reaktorjev brez znatnih finančnih in časovnih stroškov. Možno je, da bo ponovni začetek dela na jedrskih pogonskih motorjih za polete na Luno in Mars v okviru programa Pobude za vesoljske raziskave z načrtovano udeležbo strokovnjakov iz Rusije in Kazahstana privedel do ponovnega zagona dejavnosti na baza Semipalatinsk in izvedba »Marsovske« ekspedicije v 2020-ih.

Glavne značilnosti

Specifični impulz na vodik: 910 - 980 sek(teoretično do 1000 sek).

· Hitrost iztoka delovne tekočine (vodik): 9100 - 9800 m/sek.

· Dosegljiv potisk: do sto in tisoč ton.

· Najvišje delovne temperature: 3000°С - 3700°С (kratkotrajni vklop).

· Življenjska doba: do več tisoč ur (periodična aktivacija). /5/

11. Naprava

Zasnova sovjetskega trdnofaznega jedrskega raketnega motorja RD-0410

1 - vod iz rezervoarja delovne tekočine

2 - turbočrpalna enota

3 - krmilni pogon bobna

4 - zaščita pred sevanjem

5 - regulacijski boben

6 - retarder

7 - sklop goriva

8 - reaktorska posoda

9 - požarno dno

10 - cev za hlajenje šob

11- komora šob

12 - šoba

12.Načelo delovanja

Po principu delovanja je TNRE visokotemperaturni reaktorski izmenjevalnik toplote, v katerega se pod tlakom vnaša delovna tekočina (tekoči vodik), ki se pri segrevanju na visoke temperature (nad 3000°C) izloča skozi hlajena šoba. Regeneracija toplote v šobi je zelo koristna, saj omogoča veliko hitrejše segrevanje vodika in z izkoriščanjem znatne količine toplotne energije se lahko specifični impulz poveča na 1000 sec (9100-9800 m/s).

Reaktor z jedrskim raketnim motorjem

MsoNormalTable">

Delovna tekočina

Gostota, g/cm3

Specifični potisk (pri določenih temperaturah v grelni komori, °K), sek

0,071 (tekočina)

0,682 (tekočina)

1.000 (tekoče)

št. Dann

št. Dann

št. Dann

(Opomba: Tlak v grelni komori je 45,7 atm, ekspanzija na tlak 1 atm pri konstantnem kemična sestava delovna tekočina) /6/

15. Koristi

Glavna prednost TNRE pred kemičnimi raketnimi motorji je doseganje višjega specifičnega impulza, znatnih zalog energije, kompaktnosti sistema in zmožnosti doseganja zelo velikega potiska (desetine, stotine in tisoče ton v vakuumu). specifični impulz, dosežen v vakuumu, je večji od izrabljenega dvokomponentnega kemičnega raketnega goriva (kerozin-kisik, vodik-kisik) za 3-4-krat, pri delovanju pri najvišji toplotni intenzivnosti pa za 4-5-krat. Trenutno v ZDA in Rusija imajo veliko izkušenj z razvojem in gradnjo takšnih motorjev, in po potrebi (posebni programi raziskovanja vesolja) je mogoče takšne motorje proizvesti v kratkem času in bodo imeli razumne stroške. V primeru uporabe TURE za pospeševanje vesoljskih plovil v prostoru in pod pogojem dodatna uporaba perturbacijski manevri z uporabo gravitacijskega polja večjih planetov(Jupiter, Uran, Saturn, Neptun) se dosegljive meje proučevanja sončnega sistema močno razširijo, čas, potreben za dosego oddaljenih planetov, pa se znatno skrajša. Poleg tega se lahko TNRE uspešno uporabljajo za naprave, ki delujejo v nizkih orbitah velikanskih planetov in uporabljajo njihovo redko atmosfero kot delovno tekočino ali za delovanje v njihovi atmosferi. /8/

16. Slabosti

Glavna pomanjkljivost TNRE je prisotnost močnega toka prodornega sevanja (gama sevanje, nevtroni), pa tudi odstranjevanje visoko radioaktivnih uranovih spojin, ognjevzdržnih spojin z induciranim sevanjem in radioaktivnih plinov z delovno tekočino. V zvezi s tem je TURE nesprejemljiva za zemeljske izstrelitve, da bi se izognili poslabšanju okoljske situacije na mestu izstrelitve in v ozračju. /14/

17. Izboljšanje lastnosti TURD. Hibridni turbopropelerski motorji

Kot vsaka raketa ali kateri koli motor na splošno ima tudi trdnofazni jedrski reaktivni motor precejšnje omejitve glede najpomembnejših lastnosti, ki jih je mogoče doseči. Te omejitve predstavljajo nezmožnost delovanja naprave (TJRE) v temperaturnem območju, ki presega območje najvišjih delovnih temperatur konstrukcijskih materialov motorja. Za razširitev zmogljivosti in znatno povečanje glavnih delovnih parametrov TNRE je mogoče uporabiti različne hibridne sheme, v katerih TNRE igra vlogo vira toplote in energije ter se uporabljajo dodatne fizikalne metode pospeševanja delovnih tekočin. Najbolj zanesljiva, praktično izvedljiva in z visokimi specifičnimi impulznimi in potisnimi lastnostmi je hibridna shema z dodatnim MHD vezjem (magnetohidrodinamično vezje) za pospeševanje ionizirane delovne tekočine (vodik in posebni dodatki). /13/

18. Nevarnost sevanja jedrskih pogonskih motorjev.

Delujoč jedrski motor je močan vir sevanja - sevanja gama in nevtronov. Brez posebnih ukrepov lahko sevanje povzroči nesprejemljivo segrevanje delovne tekočine in strukture v vesoljskem plovilu, krhkost kovinskih konstrukcijskih materialov, uničenje plastike in staranje gumijastih delov, poškodbe izolacije električnih kablov in okvaro elektronske opreme. Sevanje lahko povzroči inducirano (umetno) radioaktivnost materialov – njihovo aktivacijo.

Trenutno velja, da je problem zaščite pred sevanjem vesoljskih plovil z jedrskimi pogonskimi motorji načeloma rešen. Rešena so tudi temeljna vprašanja vzdrževanja jedrskih pogonskih motorjev na testnih postajah in izstreliščih. Čeprav delujoč jedrski motor predstavlja nevarnost za obratovalno osebje, je že en dan po koncu delovanja jedrskega motorja mogoče brez kakršnih koli sredstev osebna zaščita biti v nekaj deset minutah na razdalji 50 m od jedrske elektrarne in se ji celo približati. Najenostavnejša zaščitna sredstva vzdrževalcem omogočajo vstop v delovno območje jedrskega pogonskega motorja kmalu po testiranju.

Stopnja kontaminacije lansirnih kompleksov in okolju, očitno ne bo ovira za uporabo jedrskih pogonskih motorjev na spodnjih stopnjah vesoljskih raket. Problem sevalne nevarnosti za okolje in obratovalno osebje v veliki meri omili dejstvo, da se vodik, ki se uporablja kot delovna tekočina, pri prehodu skozi reaktor praktično ne aktivira. Zato curek jedrskega motorja ni nič bolj nevaren kot curek raketnega motorja na tekoče gorivo./4/

Zaključek

Pri obravnavi perspektiv razvoja in uporabe jedrskih pogonskih motorjev v astronavtiki je treba izhajati iz doseženih in pričakovanih lastnosti različnih vrst jedrskih pogonskih motorjev, iz tega, kaj njihova uporaba lahko da astronavtiki, in končno iz tesne povezanosti z problema jedrskih pogonskih motorjev s problemom oskrbe z energijo v vesolju in z vprašanji razvoja energetike sploh.

Kot že omenjeno, sta izmed vseh možnih tipov jedrskih pogonskih motorjev najbolj razvita termični radioizotopni motor in motor s trdnofaznim fisijskim reaktorjem. Toda če značilnosti radioizotopskih jedrskih pogonskih motorjev ne omogočajo upanja na njihovo široko uporabo v astronavtiki (vsaj v bližnji prihodnosti), potem ustvarjanje trdnofaznih jedrskih pogonskih motorjev odpira velike možnosti za astronavtiko.

Predlagana je bila na primer naprava z začetno maso 40.000 ton (tj. približno 10-krat večja od največje sodobne nosilne rakete), pri čemer 1/10 te mase predstavlja tovor, 2/3 pa jedrska dajatve . Če detonirate en naboj vsake 3 sekunde, bo njihova zaloga zadostovala za 10 dni neprekinjenega delovanja jedrskega pogonskega sistema. V tem času bo naprava pospešila do hitrosti 10.000 km/s in v prihodnosti lahko po 130 letih doseže zvezdo Alfa Kentavra.

Jedrske elektrarne imajo edinstvene značilnosti, ki vključujejo praktično neomejeno energijsko intenzivnost, neodvisnost delovanja od okolja in neizpostavljenost zunanji vplivi(kozmično sevanje, poškodbe meteoritov, visoka in nizke temperature itd.). Vendar je največja moč jedrskih radioizotopskih naprav omejena na vrednost reda nekaj sto vatov. Ta omejitev ne obstaja za jedrske reaktorske elektrarne, kar določa donosnost njihove uporabe med dolgotrajnimi poleti težkih vesoljskih plovil v bližnjem zemeljskem prostoru, med poleti na oddaljene planete sončnega sistema in v drugih primerih.

Prednosti trdnih faz in drugih jedrskih pogonskih motorjev s fisijskimi reaktorji se najbolj razkrijejo pri preučevanju tako zapletenih vesoljskih programov, kot so poleti s posadko na planete Osončja (na primer med ekspedicijo na Mars). V tem primeru povečanje specifičnega impulza potisnega motorja omogoča reševanje kvalitativno novih problemov. Vse te težave so močno omilile uporabo jedrskega raketnega motorja na trdno fazo z dvakrat večjim specifičnim impulzom kot pri sodobnih raketnih motorjih na tekoče gorivo. V tem primeru postane tudi mogoče znatno skrajšati čas letenja.

Najverjetneje bodo v bližnji prihodnosti trdnofazni jedrski pogonski motorji postali eni najpogostejših raketnih motorjev. Trdnofazni jedrski pogonski motorji se lahko uporabljajo kot naprave za lete na dolge razdalje, na primer do planetov, kot so Neptun, Pluton, in celo za letenje zunaj Osončja. Za polete do zvezd pa motor na jedrski pogon, ki temelji na principu cepitve, ni primeren. V tem primeru so obetavni jedrski motorji ali natančneje termonuklearni reaktivni motorji (TRE), ki delujejo na principu fuzijskih reakcij, in fotonski reaktivni motorji (PRE), pri katerih je vir zagona reakcija anihilacije snovi in ​​antimaterije. . Vendar pa bo najverjetneje človeštvo za potovanje v medzvezdnem prostoru uporabljalo drugačen način prevoza, drugačen od letala.

Za zaključek bom podal parafrazo slavni stavek Einstein - za potovanje do zvezd mora človeštvo izmisliti nekaj, kar bi bilo po kompleksnosti in dojemanju primerljivo z jedrskim reaktorjem za neandertalca!

LITERATURA

Viri:

1. "Rakete in ljudje. Knjiga 4 Moon Race" - M: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Bitka za zvezde. Kozmično soočenje" - M: znanje, 1998.
4. L. Gilberg "Osvajanje neba" - M: Znanie, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. “Motor”, “Jedrski motorji za vesoljska plovila”, št. 5 1999

7. "Motor", "Jedrski motorji v plinski fazi za vesoljska plovila",

št. 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., Chekalin transport prihodnosti.

M.: Znanje, 1983.

11. , Chekalin raziskovanje vesolja - M.:

Znanje, 1988.

12. Gubanov B. "Energija - Buran" - korak v prihodnost // Znanost in življenje.-

13. Gatland K. Vesoljska tehnologija - M.: Mir, 1986.

14., Sergeyuk in trgovina - M.: APN, 1989.

15. ZSSR v vesolju. 2005 - M.: APN, 1989.

16. Na poti v globoko vesolje // Energy. - 1985. - št. 6.

UPORABA

Glavne značilnosti trdnofaznih jedrskih reaktivnih motorjev

Država proizvajalca	Motor	Potisk v vakuumu, kN	Specifični impulz, sek		Projektno delo, leto
	Mešani cikel NERVA/Lox

Raketni motor, v katerem je delovna tekočina bodisi snov (na primer vodik), ki se segreje z energijo, ki se sprosti med jedrsko reakcijo ali radioaktivnim razpadom, bodisi neposredno produkti teh reakcij. Razlikovati...... Veliki enciklopedični slovar

Raketni motor, v katerem je delovna tekočina bodisi snov (na primer vodik), ki se segreje z energijo, ki se sprosti med jedrsko reakcijo ali radioaktivnim razpadom, bodisi neposredno produkti teh reakcij. Je v…… enciklopedični slovar

jedrski raketni motor- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijei. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas

- (Nuclear Jet) raketni motor, v katerem potisk nastane zaradi energije, ki se sprosti pri radioaktivnem razpadu ali jedrski reakciji. Glede na vrsto jedrske reakcije, ki poteka v jedrskem motorju, ločimo radioizotopski raketni motor ... ...

- (YRD) raketni motor, pri katerem je vir energije jedrsko gorivo. V motorju na jedrski pogon z jedrskim reaktorjem. Torusna toplota, ki se sprosti kot posledica jedrske verižne reakcije, se prenese na delovno tekočino (na primer vodik). Jedro jedrskega reaktorja.....

Ta članek je treba Wikificirati. Prosimo, da ga oblikujete v skladu s pravili oblikovanja članka. Jedrski raketni motor, ki uporablja homogeno raztopino soli jedrskega goriva (angleško... Wikipedia

Jedrski raketni motor (NRE) je vrsta raketnega motorja, ki uporablja energijo cepitve ali fuzije jeder za ustvarjanje reaktivnega potiska. Pravzaprav so reaktivni (segrevajo delovno tekočino v jedrskem reaktorju in sproščajo plin skozi... ... Wikipedia

Reaktivni motor, katerega vir energije in delovna tekočina se nahajata v samem vozilu. Raketni motor je edini praktično obvladan za izstrelitev tovora v orbito umetnega zemeljskega satelita in za uporabo v ... ... Wikipedia

- (RD) Reaktivni motor, ki za svoje delovanje uporablja samo snovi in ​​vire energije, ki so na razpolago v rezervi na premikajočem se vozilu (letalu, zemlji, pod vodo). Tako za razliko od zračnih reaktivnih motorjev (glej... ... Velika sovjetska enciklopedija

Izotopski raketni motor, jedrski raketni motor, ki uporablja energijo razpada radioaktivnih izotopov kemikalij. elementi. Ta energija služi za ogrevanje delovne tekočine ali pa so delovna tekočina sami produkti razgradnje, ki tvorijo... ... Veliki enciklopedični politehnični slovar

Rusija je preizkusila hladilni sistem jedrske elektrarne (NPP), enega ključnih elementov bodočega vesoljskega plovila, ki bo lahko izvajalo medplanetarne lete. Zakaj je jedrski motor potreben v vesolju, kako deluje in zakaj Roscosmos ta razvoj smatra za glavnega ruskega vesoljskega aduta, poroča Izvestija.

Zgodovina atoma

Če položite roko na srce, od časa Koroljova nosilne rakete, ki se uporabljajo za polete v vesolje, niso doživele bistvenih sprememb. Splošno načelo delo - kemično, ki temelji na zgorevanju goriva z oksidantom, ostaja enako. Spreminjajo se motorji, krmilni sistemi in vrste goriva. Osnova vesoljskih potovanj ostaja enaka - reaktivni potisk potiska raketo ali vesoljsko plovilo naprej.

Zelo pogosto je slišati, da je potreben velik preboj, razvoj, ki bi lahko nadomestil reaktivni motor, da bi povečali učinkovitost in naredili polete na Luno in Mars bolj realistične. Dejstvo je, da trenutno skoraj večina masa medplanetarnega vesoljskega plovila je gorivo in oksidant. Kaj pa, če popolnoma opustimo kemični motor in začnemo uporabljati energijo jedrskega motorja?

Ideja o ustvarjanju jedrskega pogonskega sistema ni nova. V ZSSR je bil leta 1958 podpisan podroben vladni odlok o problemu ustvarjanja jedrskih pogonskih sistemov. Že takrat so bile izvedene študije, ki so pokazale, da lahko z jedrskim raketnim motorjem zadostne moči pridete do Plutona (ki še ni izgubil statusa planeta) in nazaj v šestih mesecih (dva tja in štiri nazaj), pri čemer porabite 75 ton goriva na potovanju.

ZSSR je razvijala jedrski raketni motor, vendar so se znanstveniki šele zdaj začeli približevati pravemu prototipu. Ne gre za denar, tema se je izkazala za tako kompleksno, da še nobeni državi ni uspelo ustvariti delujočega prototipa, v večini primerov pa se je vse končalo pri načrtih in risbah. ZDA so januarja 1965 preizkusile pogonski sistem za polet na Mars. Toda projekt NERVA za osvojitev Marsa z jedrskim motorjem ni presegel testov KIWI in je bil veliko preprostejši od trenutnega ruskega razvoja. Kitajska je v svojih načrtih za vesoljski razvoj postavila ustvarjanje jedrskega motorja bližje letu 2045, kar je tudi zelo, zelo ne kmalu.

V Rusiji se je leta 2010 začel nov krog dela na projektu jedrskega električnega pogonskega sistema (NPP) megavatnega razreda za vesoljske transportne sisteme. Projekt skupaj ustvarjata Roscosmos in Rosatom in ga lahko imenujemo eden najbolj resnih in ambicioznih vesoljskih projektov v zadnjem času. Glavni izvajalec jedrske energetike je Raziskovalno središče njim. M.V. Keldysh.

Jedrsko gibanje

Med razvojem v tisk uhajajo novice o pripravljenosti enega ali drugega dela bodočega jedrskega motorja. Hkrati si na splošno, razen strokovnjakov, malo ljudi predstavlja, kako in zaradi česa bo delovalo. Pravzaprav je bistvo vesoljskega jedrskega motorja približno enako kot na Zemlji. Energija jedrske reakcije se uporablja za ogrevanje in delovanje turbogeneratorja-kompresorja. Poenostavljeno povedano, jedrska reakcija se uporablja za proizvodnjo električne energije, skoraj popolnoma enako kot v klasični jedrski elektrarni. In s pomočjo elektrike delujejo električni raketni motorji. V tej namestitvi so to ionski motorji velike moči.

Pri ionskih motorjih potisk nastane z ustvarjanjem potiska reaktivnega curka na osnovi ioniziranega plina, pospešenega do visokih hitrosti v električnem polju. Ionski motorji še vedno obstajajo in se preizkušajo v vesolju. Zaenkrat imajo le eno težavo - skoraj vsi imajo zelo malo potiska, čeprav porabijo zelo malo goriva. Za vesoljska potovanja so takšni motorji odlična možnost, še posebej, če se reši problem pridobivanja električne energije v vesolju, kar bo jedrska naprava naredila. Poleg tega lahko ionski motorji delujejo precej dolgo, največje obdobje neprekinjenega delovanja najsodobnejših modelov ionskih motorjev je več kot tri leta.

Če pogledate diagram, boste opazili, da jedrska energija ne začne svojega koristnega dela takoj. Najprej se toplotni izmenjevalnik segreje, nato se ustvari elektrika, ki se že uporablja za ustvarjanje potiska za ionski motor. Žal, človeštvo se še ni naučilo uporabljati jedrskih naprav za pogon na preprostejši in učinkovitejši način.

V ZSSR so satelite z jedrsko napravo izstrelili kot del kompleksa za označevanje ciljev Legend za mornariška raketna letala, vendar so bili to zelo majhni reaktorji in njihovo delo je zadostovalo le za proizvodnjo električne energije za instrumente, obešene na satelitu. Sovjetska vesoljska plovila so imela namestitveno moč tri kilovate, zdaj pa ruski strokovnjaki delajo na izdelavi naprave z močjo več kot megavata.

Težave v vesoljskem merilu

Seveda ima jedrska naprava v vesolju veliko več težav kot na Zemlji, najpomembnejša med njimi pa je hlajenje. V normalnih pogojih se za to uporablja voda, ki zelo učinkovito absorbira toploto motorja. Tega v vesolju ni mogoče narediti, jedrski motorji pa to zahtevajo učinkovit sistem hlajenje - in toploto iz njih je treba odvajati v vesolje, to pomeni, da je to mogoče samo v obliki sevanja. Običajno za ta namen vesoljska plovila uporabljajo panelne radiatorje - iz kovine, skozi katere kroži hladilna tekočina. Žal, takšni radiatorji imajo praviloma veliko težo in dimenzije, poleg tega pa nikakor niso zaščiteni pred meteoriti.

Avgusta 2015 je bil na letalskem sejmu MAKS prikazan model kapljičnega hlajenja pogonskih sistemov jedrske energije. V njem tekočina, razpršena v obliki kapljic, leti v odprt prostor, se ohladi in nato ponovno sestavi v instalacijo. Samo predstavljajte si ogromno vesoljsko ladjo, v središču katere je ogromna tuš instalacija, iz katere brihnejo milijarde mikroskopskih kapljic vode, letijo po vesolju, nato pa jih posrka ogromno ustje vesoljskega sesalnika.

Pred kratkim je postalo znano, da je bil sistem za hlajenje kapljic jedrskega pogonskega sistema testiran v zemeljskih razmerah. Hkrati je hladilni sistem najpomembnejša faza pri ustvarjanju instalacije.

Zdaj je treba preizkusiti njegovo delovanje v breztežnostnih pogojih in šele nato lahko poskusimo ustvariti hladilni sistem v dimenzijah, ki so potrebne za namestitev. Vsak tako uspešen preizkus ruske strokovnjake nekoliko približa ustvarjanju jedrske naprave. Znanstveniki hitijo na vso moč, saj se domneva, da bo izstrelitev jedrskega motorja v vesolje pomagala Rusiji ponovno pridobiti vodilni položaj v vesolju.

Jedrska vesoljska doba

Recimo, da to uspe in čez nekaj let bo jedrski motor začel delovati v vesolju. Kako bo to pomagalo, kako se lahko uporablja? Za začetek je vredno pojasniti, da lahko jedrski pogonski sistem v obliki, v kateri obstaja danes, deluje le v vesolju. V takšni obliki nikakor ne more vzleteti z Zemlje in pristati, za zdaj ne more brez klasičnih kemičnih raket.

Zakaj v vesolje? No, človeštvo hitro leti na Mars in Luno, in to je vse? Zagotovo ne na ta način. Trenutno vsi projekti orbitalnih obratov in tovarn, ki delujejo v Zemljini orbiti, stojijo zaradi pomanjkanja surovin za delo. V vesolju nima smisla graditi ničesar, dokler se ne najde način, kako v orbito spraviti velike količine potrebnih surovin, kot je kovinska ruda.

Toda zakaj bi jih dvignili z Zemlje, če jih lahko, nasprotno, prinesete iz vesolja. V istem asteroidnem pasu v sončnem sistemu so preprosto ogromne zaloge različnih kovin, vključno s plemenitimi. In v tem primeru bo ustvarjanje jedrskega vlačilca preprosto rešilo življenje.

V orbito pripeljite ogromen asteroid s platino ali zlatom in ga začnite rezati kar v vesolju. Po mnenju strokovnjakov se lahko takšna proizvodnja, glede na obseg, izkaže za eno najbolj donosnih.

Ali obstaja manj fantastična uporaba jedrskega vlačilca? Na primer, lahko se uporablja za prevoz satelitov v zahtevanih orbitah ali pripelje vesoljska plovila na želeno točko v vesolju, na primer v lunino orbito. Trenutno se za to uporabljajo zgornje stopnje, na primer ruski Fregat. So dragi, zapleteni in za enkratno uporabo. Jedrski vlačilec jih bo lahko pobral v nizki zemeljski orbiti in jih dostavil kamorkoli bo treba.

Enako velja za medplanetarna potovanja. brez hiter način Preprosto ni možnosti za dostavo tovora in ljudi v Marsovo orbito, da bi začeli kolonizacijo. Sedanja generacija nosilnih raket bo to počela zelo drago in dolgotrajno. Do zdaj trajanje leta ostaja eno najdaljših resne težave pri letenju na druge planete. Preživeti mesece potovanja na Mars in nazaj v zaprti kapsuli vesoljskega plovila ni lahka naloga. Tudi tu lahko pomaga jedrski vlačilec, ki znatno skrajša ta čas.

Potrebno in zadostno

Trenutno je vse to videti kot znanstvena fantastika, vendar po mnenju znanstvenikov do testiranja prototipa ostane le še nekaj let. Glavna stvar, ki je potrebna, ni samo dokončati razvoj, ampak tudi ohraniti zahtevano raven astronavtike v državi. Tudi ob upadu financiranja morajo rakete še naprej vzletati, vesoljska plovila se izdelujejo in najdragocenejši strokovnjaki morajo še naprej delati.

V nasprotnem primeru en jedrski motor brez ustrezne infrastrukture ne bo pomagal, za maksimalno učinkovitost bo razvoj zelo pomemben ne le za prodajo, temveč za samostojno uporabo, ki bo pokazala vse zmogljivosti novega vesoljskega vozila.

Medtem lahko vsi prebivalci države, ki niso vezani na delo, samo gledajo v nebo in upajo, da se bo ruski kozmonavtiki vse izšlo. In jedrski vlačilec in ohranitev trenutnih zmogljivosti. Nočem verjeti v druge rezultate.

Ta članek bi lahko začeli s tradicionalnim odlomkom o tem, kako pisci znanstvene fantastike podajajo drzne zamisli, znanstveniki pa jih nato uresničijo. Lahko, vendar ne želite pisati z znamkami. Bolje je zapomniti, da imajo sodobni raketni motorji, na trda in tekoča goriva, več kot nezadovoljive lastnosti za lete na razmeroma velike razdalje. Omogočajo izstrelitev tovora v Zemljino orbito in nekaj dostavijo na Luno, čeprav je tak let dražji. A polet na Mars s takimi motorji ni več enostaven. Dajte jim gorivo in oksidant v zahtevanih količinah. In te količine so neposredno sorazmerne z razdaljo, ki jo je treba premagati.

Alternativa tradicionalnim kemičnim raketnim motorjem so električni, plazemski in jedrski motorji. Od vseh alternativnih motorjev je samo en sistem dosegel stopnjo razvoja motorja – jedrski (Nuclear Reaction Engine). V Sovjetski zvezi in Združenih državah se je delo na ustvarjanju jedrskih raketnih motorjev začelo že v 50. letih prejšnjega stoletja. Američani so delali na obeh možnostih za takšno elektrarno: reaktivno in impulzno. Prvi koncept vključuje segrevanje delovne tekočine z jedrskim reaktorjem in nato izpust skozi šobe. Impulzni jedrski pogonski motor pa poganja vesoljsko plovilo z zaporednimi eksplozijami majhnih količin jedrskega goriva.

Tudi v ZDA so izumili projekt Orion, ki združuje obe različici motorja na jedrski pogon. To je bilo storjeno na naslednji način: majhne jedrske polnitve z zmogljivostjo približno 100 ton TNT so bile izvržene iz repa ladje. Za njimi so izstrelili kovinske diske. Na razdalji od ladje je naboj eksplodiral, disk je izhlapel in snov se je razpršila v različne smeri. Del tega je padel v ojačani repni del ladje in jo premaknil naprej. Majhno povečanje potiska bi moralo biti zagotovljeno z izhlapevanjem plošče, ki sprejema udarce. Cena na enoto takega leta bi morala biti le 150 takratnih dolarjev za kilogram tovora.

Prišlo je celo do točke testiranja: izkušnje so pokazale, da je gibanje s pomočjo zaporednih impulzov možno, prav tako je mogoče ustvariti krmno ploščo zadostne trdnosti. Toda projekt Orion je bil leta 1965 zaprt kot neobetaven. Je pa to zaenkrat edini obstoječi koncept, ki lahko omogoča odprave vsaj po sončnem sistemu.

Do izdelave prototipa je bilo mogoče priti le z raketnim motorjem na jedrski pogon. To sta bila sovjetska RD-0410 in ameriška NERVA. Delovali so po istem principu: v "konvencionalnem" jedrskem reaktorju se segreva delovna tekočina, ki ob izlivu iz šob ustvarja potisk. Delovna tekočina obeh motorjev je bil tekoči vodik, sovjetski pa je kot pomožno snov uporabljal heptan.

Potisk RD-0410 je bil 3,5 tone, NERVA je dal skoraj 34, vendar je imel tudi velike dimenzije: 43,7 metra v dolžino in 10,5 v premeru v primerjavi s 3,5 oziroma 1,6 metra za sovjetski motor. Hkrati je bil ameriški motor trikrat slabši od sovjetskega glede virov - RD-0410 je lahko deloval eno uro.

Oba motorja pa sta kljub obljubi prav tako ostala na Zemlji in nista odletela nikamor. Glavni razlog za zaprtje obeh projektov (NERVA sredi 70-ih, RD-0410 leta 1985) je bil denar. Značilnosti kemičnih motorjev so slabše od jedrskih motorjev, vendar so stroški ene izstrelitve ladje z jedrskim pogonskim motorjem z enakim tovorom lahko 8-12-krat višji od izstrelitve istega Sojuza z motorjem na tekoče gorivo . In to niti ne upošteva vseh stroškov, ki so potrebni, da jedrske motorje pripeljemo do te mere, da so primerni za praktično uporabo.

Razgradnja "poceni" raketoplanov in nedavno pomanjkanje revolucionarnih prebojev v vesoljski tehnologiji zahteva nove rešitve. Aprila letos je takratni vodja Roscosmosa A. Perminov napovedal, da namerava razviti in zagnati popolnoma nov jedrski pogonski sistem. Prav to pa bi moralo po mnenju Roscosmosa korenito izboljšati »razmere« v celotni svetovni kozmonavtiki. Zdaj je postalo jasno, kdo naj postane naslednji revolucionar v astronavtiki: razvoj jedrskih pogonskih motorjev bo izvajal center FSUE Keldysh. direktor Podjetje A. Koroteev je že razveselilo javnost, da bo idejni načrt vesoljskega plovila za nov jedrski pogonski motor pripravljen naslednje leto. Zasnova motorja naj bi bila pripravljena do leta 2019, testiranje pa je predvideno za leto 2025.

Kompleks so poimenovali TEM – prometno-energetski modul. Nosil bo plinsko hlajen jedrski reaktor. Neposredni pogonski sistem še ni odločen: ali bo to reaktivni motor, kot je RD-0410, ali električni raketni motor (ERE). Vendar slednja vrsta še ni bila široko uporabljena nikjer na svetu: z njimi so bila opremljena le tri vesoljska plovila. A v prid električnemu pogonskemu motorju govori dejstvo, da lahko reaktor poganja ne samo motor, ampak tudi številne druge enote ali celo celotno TEM uporabi kot vesoljsko elektrarno.