La sfârșitul anului trecut, rusă trupe de racheteîn scopuri strategice, au testat o armă complet nouă, a cărei existență, așa cum se credea anterior, era imposibilă. Racheta de croazieră cu propulsie nucleară, desemnată 9M730 de către experții militari, este tocmai noua armă despre care a vorbit președintele Putin în Discursul adresat Adunării Federale. Testul rachetei a fost efectuat probabil la locul de testare pamant nou, provizoriu la sfârșitul toamnei 2017, însă, datele exacte nu vor fi desecretizate în curând. Dezvoltatorul rachetei, de asemenea, probabil, este Novator Experimental Design Bureau (Ekaterinburg). Potrivit unor surse competente, racheta a lovit ținta în modul normal, iar testele au fost recunoscute ca fiind complet reușite. În plus, în mass-media au apărut presupuse fotografii ale lansării (mai sus) a unei noi rachete cu o centrală nucleară, și chiar și dovezi indirecte legate de prezența la momentul estimat al testării în imediata vecinătate a locului de testare a "zburatorului". laborator" Il-976 LII Gromov cu semne Rosatom. Cu toate acestea, au apărut mai multe întrebări. Este realistă capacitatea declarată a rachetei de a zbura pe o rază nelimitată și cum se realizează?

Caracteristicile unei rachete de croazieră cu o centrală nucleară

Caracteristicile rachetei de croazieră cu propulsie nucleară care au apărut în mass-media imediat după discursul lui Vladimir Putin pot diferi de cele reale, care vor fi cunoscute mai târziu. Până în prezent, următoarele date despre dimensiunea și caracteristicile de performanță ale rachetei au devenit cunoscute publicului:

Lungime
- Acasă- nu mai puțin de 12 metri,
- defilare- nu mai puțin de 9 metri,

Diametrul corpului rachetei- aproximativ 1 metru,
Lățimea cocii- aproximativ 1,5 metri,
înălțimea cozii- 3,6 - 3,8 metri

Principiul de funcționare al rachetelor de croazieră rusești cu propulsie nucleară

Dezvoltarea rachetelor cu o centrală nucleară a fost realizată de mai multe țări simultan, iar dezvoltarea a început încă din îndepărtatul anilor 1960. Proiectele propuse de ingineri diferă doar în detalii; într-un mod simplificat, principiul de funcționare poate fi descris astfel: reactorul nuclear încălzește amestecul intrând în recipiente speciale (diverse opțiuni, de la amoniac la hidrogen) cu evacuare ulterioară prin duze sub presiune ridicata. Cu toate acestea, versiunea rachetei de croazieră despre care a vorbit președintele rus nu se potrivește cu niciunul dintre exemplele de design dezvoltate anterior.

Cert este că, potrivit lui Putin, racheta are o rază de zbor aproape nelimitată. Acest lucru, desigur, nu poate fi înțeles în așa fel încât o rachetă să poată zbura ani de zile, dar poate fi privit ca o indicație directă că raza sa de zbor este de multe ori mai mare decât raza de zbor a rachetelor de croazieră moderne. Al doilea punct, care nu poate fi trecut cu vederea, este, de asemenea, asociat cu raza de zbor nelimitată declarată și, în consecință, cu funcționarea unității de putere a rachetei de croazieră. De exemplu, un reactor cu neutroni termici eterogen testat în motorul RD-0410, care a fost dezvoltat de Kurchatov, Keldysh și Korolev, a avut o durată de viață de doar 1 oră și, în acest caz, nu poate exista o rază de zbor nelimitată a unui astfel de nuclear. -rachetă de croazieră motorizată.vorbire.

Toate acestea sugerează că oamenii de știință ruși au propus un concept complet nou, anterior neconsiderat al structurii, în care o substanță este utilizată pentru încălzire și ejectare ulterioară din duză, care are o resursă mult mai economică pentru cheltuirea pe distanțe lungi. De exemplu, poate fi un motor nuclear cu reacție de aer (NaVRD) de un tip complet nou, în care masa de lucru este aerul atmosferic, pompat in rezervoare de lucru prin compresoare, incalzit de o instalatie nucleara cu evacuare ulterioara prin duze.

De asemenea, merită remarcat faptul că racheta de croazieră cu o unitate nucleară anunțată de Vladimir Putin este capabilă să zboare în zonele de operare activă a sistemelor de apărare aeriană și antirachetă, precum și să mențină calea către țintă la nivel scăzut și ultra- altitudini joase. Acest lucru este posibil doar prin echiparea rachetei cu sisteme de urmărire a terenului care sunt rezistente la interferența creată de echipamentele de război electronice inamice.

Alexandru Losev

Dezvoltarea rapidă a rachetelor și a tehnologiei spațiale în secolul al XX-lea s-a datorat obiectivelor și intereselor militar-strategice, politice și, într-o anumită măsură, ideologice ale celor două superputeri - URSS și SUA, iar toate programele spațiale de stat erau o continuare a proiectelor lor militare, în care sarcina principala era nevoie să se asigure capacitatea de apărare și paritatea strategică cu un potențial adversar. Costul de creare a echipamentelor și costul de funcționare nu aveau atunci o semnificație fundamentală. Au fost alocate resurse enorme pentru crearea vehiculelor de lansare și a navelor spațiale, iar zborul de 108 minute al lui Yuri Gagarin în 1961 și transmisiunea de televiziune a lui Neil Armstrong și Buzz Aldrin de la suprafața Lunii în 1969 nu au fost doar triumfuri ale științifice și tehnice. credeau că au fost considerate și victorii strategice în bătăliile din Războiul Rece.

Dar după ce Uniunea Sovietică s-a prăbușit și a renunțat la cursa pentru conducerea mondială, oponenții săi geopolitici, în primul rând Statele Unite, nu au mai avut nevoie să implementeze proiecte spațiale prestigioase, dar extrem de costisitoare, pentru a demonstra lumii întregi superioritatea Occidentului. sistem economic și concepte ideologice.
În anii 90, principalele sarcini politice din anii trecuți și-au pierdut relevanța, confruntarea blocului a fost înlocuită de globalizare, pragmatismul a predominat în lume, astfel că majoritatea programelor spațiale au fost restrânse sau amânate, doar ISS a rămas din proiectele de anvergură ale trecutul. În plus, democrația occidentală a livrat toate cele scumpe programe guvernamentale dependente de ciclurile electorale.
Sprijinul alegătorilor necesar pentru a câștiga sau a rămâne la putere îi face pe politicieni, parlamentele și guvernele să încline spre populism și să rezolve problemele imediate, astfel încât cheltuielile pentru explorarea spațiului sunt reduse de la an la an.
Majoritatea descoperirilor fundamentale au fost făcute în prima jumătate a secolului al XX-lea, iar astăzi știința și tehnologia au atins anumite limite, în plus, popularitatea a scăzut în întreaga lume. cunoștințe științifice iar calitatea predării în matematică, fizică și alte științe naturale s-a deteriorat. Acesta a fost motivul stagnării, inclusiv în sectorul spațial, din ultimele două decenii.
Dar acum devine evident că lumea se apropie de sfârșitul următorului ciclu tehnologic bazat pe descoperirile secolului trecut. Prin urmare, orice putere care va avea tehnologii fundamental noi promițătoare în momentul schimbării ordinii tehnologice globale va asigura automat conducerea mondială pentru cel puțin următorii cincizeci de ani.

Dispozitivul principal al unui motor de rachetă nucleară cu hidrogen ca fluid de lucru

Acest lucru se realizează în Statele Unite, unde s-a luat un curs de reînvie măreția americană în toate sferele de activitate, și în China, contestând hegemonia americană, și în Uniunea Europeană, care încearcă din toate puterile să-și mențină greutatea în economia globală.
Există o politică industrială acolo și sunt serios implicați în dezvoltarea propriului potențial științific, tehnic și de producție, iar sfera spațială poate deveni cel mai bun teren de testare pentru testarea noilor tehnologii și pentru demonstrarea sau infirmarea ipotezelor științifice care pot pune bazele. pentru crearea unei tehnologii fundamental diferite, mai avansate a viitorului.
Și este destul de firesc să ne așteptăm ca Statele Unite să fie prima țară în care proiectele de explorare a spațiului adânc vor fi reluate pentru a crea tehnologii inovatoare unice în domeniul armelor, transporturilor și materialelor structurale, precum și în biomedicină și telecomunicații.
Adevărat, nici măcar Statele Unite nu au succesul garantat pe calea creării de tehnologii revoluționare. Există un risc mare de a ajunge într-o fundătură, îmbunătățirea motoarelor de rachete cu propulsie chimică vechi de o jumătate de secol, așa cum face SpaceX a lui Elon Musk, sau construirea unor sisteme de susținere a vieții pe distanțe lungi similare celor deja implementate pe ISS.
Poate Rusia, a cărei stagnare în industria spațială devine din ce în ce mai vizibilă în fiecare an, să facă o descoperire în cursa pentru viitorul lider tehnologic pentru a rămâne în clubul superputerilor, și nu în lista țărilor în curs de dezvoltare?
Da, desigur, Rusia poate și, în plus, un pas semnificativ înainte a fost deja făcut în domeniul energiei nucleare și al tehnologiilor motoarelor de rachete nucleare, în ciuda subfinanțării cronice a industriei spațiale.
Viitorul astronauticii este utilizarea energiei nucleare. Pentru a înțelege modul în care tehnologia nucleară și spațiul sunt legate, este necesar să luăm în considerare principiile de bază ale propulsiei cu reacție.
Deci, principalele tipuri de motoare spațiale moderne sunt create pe principiile energiei chimice. Acestea sunt propulsoare cu propulsie solidă și motoare rachete cu propulsie lichidă, în camerele lor de ardere, componentele combustibilului (combustibil și oxidant), intrând într-o reacție de combustie fizico-chimică exotermă, formează un curent jet care ejectează tone de materie din duza motorului. fiecare secunda. Energia cinetică a fluidului de lucru al jetului este transformată într-o forță reactivă suficientă pentru a propulsa racheta. Impulsul specific (raportul dintre forța produsă și masa combustibilului utilizat) al unor astfel de motoare chimice depinde de componentele combustibilului, de presiunea și temperatura din camera de ardere, precum și de greutatea moleculară a amestecului gazos evacuat prin duza motorului.
Și cu cât temperatura substanței și presiunea din interiorul camerei de ardere sunt mai mari și cu cât greutatea moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul specific este mai mare și, prin urmare, eficiența motorului. Impulsul specific este cantitatea de mișcare și se obișnuiește să se măsoare în metri pe secundă, precum și viteza.
În motoarele chimice, amestecurile de combustibil oxigen-hidrogen și fluor-hidrogen (4500–4700 m/s) dau cel mai mare impuls specific, dar motoarele de rachetă alimentate cu kerosen și oxigen, cum ar fi Soyuz și rachete „Falcon” Mask, precum și motoarele pe dimetilhidrazină asimetrică (UDMH) cu un oxidant sub formă de amestec de tetroxid de azot și acid azotic („Proton” sovietic și rusesc, „Arian” francez, „Titan”) american. Eficiența lor este de 1,5 ori mai mică decât cea a motoarelor alimentate cu hidrogen, dar un impuls de 3000 m / s și puterea este destul de suficientă pentru a face profitabilă din punct de vedere economic lansarea de tone de sarcini utile pe orbitele apropiate de Pământ.
Dar zborurile către alte planete necesită mult dimensiune mai mare nave spațiale decât orice a fost creat de omenire înainte, inclusiv ISS modulară. În aceste nave, este necesar să se asigure atât existența autonomă pe termen lung a echipajelor, cât și o anumită aprovizionare cu combustibil și durata de viață a principalelor motoare și motoare pentru manevre și corectarea orbitei, să asigure livrarea astronauților într-un modul special de aterizare la suprafața altei planete și întoarcerea lor pe nava principală de transport, apoi și întoarcerea expediției pe Pământ.
Cunoștințele acumulate de inginerie și tehnică și energia chimică a motoarelor fac posibilă întoarcerea pe Lună și ajungerea pe Marte, așa că este foarte probabil ca în următorul deceniu umanitatea să viziteze Planeta Roșie.
Dacă ne bazăm doar pe tehnologiile spațiale disponibile, atunci masa minimă a unui modul locuibil pentru un zbor cu echipaj uman către Marte sau către sateliții lui Jupiter și Saturn va fi de aproximativ 90 de tone, adică de 3 ori mai mult decât navele lunare de la începutul anilor 1970. , ceea ce înseamnă că vehiculele de lansare pentru inserarea lor în orbitele de referință pentru zborul ulterioară către Marte vor fi cu mult superioare Saturn-5 (greutate de lansare 2965 tone) al proiectului lunar Apollo sau transportatorului sovietic Energia (greutate de lansare 2400 tone). Va fi necesar să se creeze un complex interplanetar cu o greutate de până la 500 de tone pe orbită. Zbor spre nava interplanetară cu motoarele de rachete chimice, va dura de la 8 luni la 1 an de timp doar într-o singură direcție, deoarece va trebui să faceți manevre gravitaționale, folosind forța gravitațională a planetelor pentru accelerarea suplimentară a navei și o aprovizionare uriașă de combustibil.
Dar folosind energia chimică a motoarelor rachete, omenirea nu va zbura dincolo de orbita lui Marte sau a lui Venus. Avem nevoie de alte viteze de zbor ale navelor spațiale și de altă energie de mișcare mai puternică.

Proiectul modern de motor de rachetă nucleară Princeton Satellite Systems

Pentru a explora spațiul adânc, este necesar să creșteți semnificativ raportul tracțiune-greutate și eficiența unui motor de rachetă, ceea ce înseamnă creșterea impulsului specific și a duratei de viață. Și pentru aceasta, este necesar să se încălzească gazul sau substanța fluidului de lucru cu o masă atomică scăzută în interiorul camerei motorului la temperaturi de câteva ori mai mari decât temperatura de ardere chimică a amestecurilor de combustibil tradiționale, iar acest lucru se poate face folosind o reacție nucleară. .
Dacă, în loc de o cameră de ardere convențională, un reactor nuclear este plasat în interiorul unui motor de rachetă, în zona activă a căreia va fi furnizată o substanță sub formă lichidă sau gazoasă, atunci acesta, încălzindu-se sub presiune mare până la câteva mii de grade, va începe să fie ejectat prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Impulsul specific al unui astfel de motor nuclear cu reacție va fi de câteva ori mai mare decât cel al unuia convențional bazat pe componente chimice, ceea ce înseamnă că eficiența atât a motorului în sine, cât și a vehiculului de lansare în ansamblu va crește de multe ori. În acest caz, nu este necesar un oxidant pentru arderea combustibilului, iar hidrogenul gazos ușor poate fi utilizat ca substanță care creează tracțiunea jetului, dar știm că cu cât greutatea moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul va fi mai mare, iar acest lucru va fi semnificativ. reduceți masa rachetei cu o putere mai bună a motorului.
Un motor nuclear ar fi mai bun decât unul convențional, deoarece în zona reactorului gazul ușor poate fi încălzit la temperaturi mai mari de 9 mii de grade Kelvin, iar un jet de astfel de gaz supraîncălzit va oferi un impuls specific mult mai mare decât poate motoarele chimice obișnuite. da. Dar asta e in teorie.
Pericolul nu este nici măcar că în timpul lansării unui vehicul de lansare cu o astfel de instalație nucleară, Poluarea nucleară atmosfera și spațiul din jurul rampei de lansare, principala problemă este că la temperaturi ridicate motorul însuși se poate topi împreună cu nava spațială. Designerii și inginerii înțeleg acest lucru și încearcă de câteva decenii să găsească soluții potrivite.
Motoarele de rachete nucleare (NRE) au deja propria lor istorie de creare și funcționare în spațiu. Prima dezvoltare a motoarelor nucleare a început la mijlocul anilor 1950, adică chiar înainte de zborul spațial cu echipaj și aproape simultan în URSS și SUA, și însăși ideea de a folosi reactoare nucleare pentru a încălzi substanța de lucru într-o rachetă. motorul sa născut împreună cu primele reactoare la mijlocul anilor 40, adică acum mai bine de 70 de ani.
În țara noastră, termofizicianul Vitali Mikhailovici Ievlev a devenit inițiatorul creării NRE. În 1947, a prezentat un proiect care a fost susținut de S. P. Korolev, I. V. Kurchatov și M. V. Keldysh. Inițial, s-a planificat utilizarea unor astfel de motoare pentru rachete de croazieră și apoi montarea lor pe rachete balistice. Birourile de conducere de proiectare a apărării din Uniunea Sovietică, precum și institutele de cercetare NIITP, CIAM, IAE, VNIINM au preluat dezvoltarea.
Motorul nuclear sovietic RD-0410 a fost asamblat la mijlocul anilor ’60 de către „Biroul de proiectare al automatizării chimice” Voronezh, unde au fost create majoritatea motoarelor de rachete cu propulsie lichidă pentru tehnologia spațială.
Hidrogenul a fost folosit ca fluid de lucru în RD-0410, care în formă lichidă a trecut prin „manta de răcire”, eliminând excesul de căldură de pe pereții duzei și împiedicând-o să se topească, apoi a intrat în miezul reactorului, unde a fost încălzit. la 3000K și ejectat prin duzele canalului, transformând astfel energia termică în energie cinetică și creând un impuls specific de 9100 m/s.
În SUA, proiectul NRE a fost lansat în 1952, iar primul motor de funcționare a fost creat în 1966 și a fost numit NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). În anii 60 - 70, Uniunea Sovietică și Statele Unite au încercat să nu cedeze reciproc.
Adevărat, atât RD-0410-ul nostru, cât și NERVA american au fost NRE în fază solidă (combustibilul nuclear pe bază de carburi de uraniu era în reactor în stare solidă), iar temperatura de lucru a fost în intervalul 2300-3100K.
Pentru a crește temperatura miezului fără riscul unei explozii sau topiri a pereților reactorului, este necesar să se creeze astfel de condiții pentru o reacție nucleară în care combustibilul (uraniul) trece în stare gazoasă sau se transformă într-o plasmă. și este păstrat în interiorul reactorului datorită puternicei camp magnetic fără a atinge pereții. Și apoi hidrogenul care intră în miezul reactorului „curge în jurul” uraniului în fază gazoasă și, transformându-se în plasmă, este aruncat prin canalul duzei la o viteză foarte mare.
Acest tip de motor se numește YRD în fază gazoasă. Temperaturile combustibilului gazos uraniu din astfel de motoare nucleare pot varia de la 10.000 la 20.000 de grade Kelvin, iar impulsul specific poate ajunge la 50.000 m/s, care este de 11 ori mai mare decât cele mai eficiente motoare cu rachete chimice.
Crearea și utilizarea în tehnologia spațială a NRE-urilor în fază gazoasă de tipuri deschise și închise este cea mai mare direcție promițătoare dezvoltarea motoarelor de rachete spațiale și exact ceea ce umanitatea are nevoie pentru a explora planetele sistemului solar și sateliții lor.
Primele studii asupra proiectului NRE în fază gazoasă au început în URSS în 1957 la Institutul de Cercetare a Proceselor Termice (NRC numit după M. V. Keldysh), iar însăși decizia de a dezvolta centrale nucleare spațiale bazate pe reactoare nucleare în fază gazoasă a fost luată. în 1963 de către academicianul V. P. Glushko (NPO Energomash), apoi aprobat printr-o rezoluție a Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS.
Dezvoltarea NRE în fază gazoasă a fost realizată în Uniunea Sovietică timp de două decenii, dar, din păcate, nu a fost niciodată finalizată din cauza finanțării insuficiente și a necesității de suplimentare. cercetare fundamentalăîn domeniul termodinamicii combustibilului nuclear și al plasmei de hidrogen, fizicii neutronilor și magnetohidrodinamicii.
Oamenii de știință nucleari sovietici și inginerii de proiectare s-au confruntat cu o serie de probleme, cum ar fi atingerea criticității și asigurarea stabilității funcționării unui reactor nuclear în fază gazoasă, reducerea pierderii de uraniu topit în timpul eliberării hidrogenului încălzit la câteva mii de grade, protecție termică. a duzei și a generatorului de câmp magnetic, acumularea de produse de fisiune a uraniului, alegerea materialelor structurale rezistente chimic etc.
Și când vehiculul de lansare Energia a început să fie creat pentru programul sovietic Mars-94, primul zbor cu echipaj personal către Marte, proiectul motorului nuclear a fost amânat pe termen nelimitat. Uniunea Sovietică nu a avut suficient timp și, cel mai important, voință politică și eficiență economică, pentru a ateriza cosmonauții noștri pe planeta Marte în 1994. Aceasta ar fi o realizare incontestabilă și o dovadă a liderului nostru în domeniul tehnologiei înalte în următoarele câteva decenii. Dar spațiul, ca multe alte lucruri, a fost trădat de ultima conducere a URSS. Istoria nu poate fi schimbată, oamenii de știință și inginerii plecați nu pot fi returnați, iar cunoștințele pierdute nu pot fi restaurate. O mulțime de lucruri vor trebui să fie recreate.
Dar energia nucleară spațială nu se limitează la sfera NRE-urilor în fază solidă și gazoasă. Pentru a crea un flux încălzit de materie într-un motor cu reacție, puteți folosi energie electrică. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky în 1903 în lucrarea sa „Studiul spațiilor mondiale cu instrumente reactive”.
Iar primul motor de rachetă electrotermal din URSS a fost creat în anii 1930 de Valentin Petrovici Glushko, viitor academician al Academiei de Științe a URSS și șef al NPO Energia.
Principiile de funcționare a motoarelor electrice cu rachete pot fi diferite. Ele sunt de obicei împărțite în patru tipuri:

• electrotermic (încălzire sau arc electric). În ele, gazul este încălzit la temperaturi de 1000-5000K și este evacuat din duză în același mod ca în NRE.
• motoarele electrostatice (coloidale și ionice), în care substanța de lucru este ionizată mai întâi, iar apoi ionii pozitivi (atomi lipsiți de electroni) sunt accelerați într-un câmp electrostatic și sunt, de asemenea, ejectați prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Motoarele cu plasmă staționare aparțin și ele motoarelor electrostatice.
• magnetoplasmă și motoare rachete magnetodinamice. Acolo, plasma gazoasă este accelerată de forța Ampère în câmpuri magnetice și electrice care se intersectează perpendicular.
• motoarele cu rachete cu impulsuri, care folosesc energia gazelor rezultate din evaporarea fluidului de lucru într-o descărcare electrică.

Avantajul acestor motoare electrice de rachetă este consumul scăzut al fluidului de lucru, eficiența de până la 60% și debitul mare de particule, care poate reduce semnificativ masa navei spațiale, dar există și un minus - densitate scăzută de tracțiune , și, în consecință, putere scăzută, precum și costul ridicat al fluidului de lucru (gaze inerte sau vapori de metale alcaline) pentru a crea o plasmă.
Toate tipurile de motoare electrice enumerate au fost implementate în practică și au fost utilizate în mod repetat în spațiu atât pe vehiculele sovietice, cât și pe cele americane de la mijlocul anilor 1960, dar datorită puterii lor reduse, au fost folosite în principal ca motoare de corectare a orbitei.
Din 1968 până în 1988, URSS a lansat o serie întreagă de sateliți Kosmos cu instalații nucleare la bord. Tipurile de reactoare au fost denumite: „Buk”, „Topaz” și „Yenisei”.
Reactorul proiectului Yenisei avea o putere termică de până la 135 kW și o putere electrică de aproximativ 5 kW. Purtătorul de căldură a fost o topitură de sodiu-potasiu. Acest proiect a fost încheiat în 1996.
Pentru un motor de rachetă susținător adevărat, este necesară o sursă foarte puternică de energie. Și cea mai bună sursă de energie pentru astfel de motoare spațiale este un reactor nuclear.
Energia nucleară este una dintre industriile high-tech în care țara noastră își menține poziția de lider. Și un motor de rachetă fundamental nou este deja creat în Rusia, iar acest proiect este aproape de finalizare cu succes în 2018. Testele de zbor sunt programate pentru 2020.
Și dacă NRE în fază gazoasă este un subiect al deceniilor viitoare la care va trebui să revenim după cercetări fundamentale, atunci alternativa sa actuală este o centrală nucleară de clasă megawați (NPP) și a fost deja creată de întreprinderi. de Rosatom și Roscosmos din 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, care este în prezent singurul dezvoltator și producător de centrale nucleare spațiale din lume, și Centru de cercetare lor. M. V. Keldysh, NIKIET ei. N. A. Dollezhala, Institutul de Cercetare NPO Luch, Institutul Kurchatov, IRM, IPPE, NIIAR și NPO Mashinostroeniya.
Centrala nucleară include un reactor nuclear cu neutroni rapidi răcit cu gaz la temperatură înaltă, cu un sistem de conversie a energiei termice în energie electrică prin turbomașină, un sistem de emițătoare frigorifice pentru îndepărtarea excesului de căldură în spațiu, un compartiment pentru asamblarea instrumentelor, un bloc de motoare electrice cu plasmă sau ion ioni de marș și un container pentru plasarea unei sarcini utile .
Într-un sistem de propulsie, un reactor nuclear servește ca sursă de energie electrică pentru funcționarea motoarelor electrice cu plasmă, în timp ce lichidul de răcire cu gaz al reactorului care trece prin miez intră în turbina generatorului și compresorului electric și se întoarce înapoi în reactor în o buclă închisă și nu este aruncată în spațiu ca în NRE, ceea ce face ca designul să fie mai fiabil și mai sigur și, prin urmare, potrivit pentru astronautica cu echipaj.
Este planificat ca o centrală nucleară să fie utilizată pentru un remorcher spațial reutilizabil pentru a asigura livrarea mărfurilor în timpul explorării Lunii sau crearea de complexe orbitale multifuncționale. Avantajul va fi nu numai utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport (pe care Elon Musk încearcă să-l realizeze în proiecte spațiale SpaceX), dar și capacitatea de a livra de trei ori mai multă masă de încărcătură decât pe rachete cu motoare cu reacție chimice de putere comparabilă datorită scăderii masei de lansare a sistemului de transport. Designul special al instalației o face sigură pentru oameni și mediul de pe Pământ.
În 2014, primul element de combustibil (element de combustibil) de proiectare standard pentru acest nuclear sistem de propulsie electric, iar în 2016 a fost testat un simulator de coș de miez de reactor.
Acum (în 2017), se lucrează la fabricarea elementelor structurale ale instalației și testarea componentelor și ansamblurilor pe machete, precum și testarea autonomă a sistemelor de conversie a energiei de turbomașini și a prototipurilor de unități de putere. Finalizarea lucrărilor este programată pentru sfârșitul anului 2018, însă, din 2015, restanța din program a început să se acumuleze.
Așadar, de îndată ce această instalație va fi creată, Rusia va deveni prima țară din lume care deține tehnologii spațiale nucleare, care vor sta la baza nu numai a proiectelor viitoare de dezvoltare a sistemului solar, ci și a energiei terestre și extraterestre. Centralele nucleare spațiale pot fi folosite pentru a crea sisteme pentru transmiterea de la distanță a energiei electrice către Pământ sau către modulele spațiale folosind radiații electromagnetice. Și aceasta va deveni și tehnologia avansată a viitorului, unde țara noastră va avea o poziție de lider.
Pe baza motoarelor cu plasmă dezvoltate, vor fi create sisteme de propulsie puternice pentru zborurile spațiale umane pe distanțe lungi și, în primul rând, pentru explorarea lui Marte, a cărui orbită poate fi atinsă în doar 1,5 luni și nu mai mult de o an, ca atunci când se utilizează motoare cu reacție chimice convenționale.
Iar viitorul începe întotdeauna cu o revoluție a energiei. Si nimic altceva. Energia este primară și este magnitudinea consumului de energie care afectează progresul tehnic, capacitatea de apărare și calitatea vieții oamenilor.

Motor experimental de rachetă cu plasmă NASA

Astrofizicianul sovietic Nikolai Kardashev a propus o scară pentru dezvoltarea civilizațiilor încă din 1964. Conform acestei scale, nivelul de dezvoltare tehnologică a civilizațiilor depinde de cantitatea de energie pe care populația planetei o folosește pentru nevoile lor. Deci civilizația pe care o scriu folosește toate resursele disponibile disponibile pe planetă; civilizație de tip II - primește energia stelei sale, în sistemul căreia se află; iar o civilizație de tip III folosește energia disponibilă a galaxiei sale. Omenirea nu a ajuns încă la o civilizație de tip I la această scară. Folosim doar 0,16% din totalul aprovizionării cu energie potențială a planetei Pământ. Aceasta înseamnă că Rusia și întreaga lume au loc să crească, iar aceste tehnologii nucleare vor deschide calea țării noastre nu numai în spațiu, ci și pentru prosperitatea economică viitoare.
Și, poate, singura opțiune pentru Rusia în sfera științifică și tehnică este acum să facă o descoperire revoluționară în tehnologiile spațiale nucleare pentru a depăși mulți ani din spatele liderilor într-un singur „salt” și a fi imediat la originile unui nou revoluție tehnologică în următorul ciclu de dezvoltare a civilizației umane. O șansă atât de unică îi revine cutare sau cutare țară doar o dată la câteva secole.
Din păcate, Rusia, care nu a acordat atenția cuvenită în ultimii 25 de ani stiinte fundamentaleși calitatea învățământului superior și secundar, riscă să piardă pentru totdeauna această șansă dacă programul este restrâns și actualii oameni de știință și ingineri nu sunt înlocuiți de o nouă generație de cercetători. Provocările geopolitice și tehnologice cu care se va confrunta Rusia în 10-12 ani vor fi foarte serioase, comparabile cu amenințările de la mijlocul secolului XX. Pentru a păstra suveranitatea și integritatea Rusiei în viitor, este urgent să începem pregătirea specialiștilor capabili să răspundă acestor provocări și să creeze ceva fundamental nou chiar acum.
Mai sunt aproximativ 10 ani pentru a transforma Rusia într-un centru intelectual și tehnologic mondial, iar acest lucru nu se poate face fără o schimbare serioasă a calității educației. Pentru o descoperire științifică și tehnologică, este necesar să se revină sistemului de învățământ (atât școlar, cât și universitar) o viziune sistematică asupra imaginii lumii, fundamentalității științifice și integrității ideologice.
În ceea ce privește stagnarea actuală din industria spațială, acest lucru nu este groaznic. Principiile fizice pe care se bazează tehnologiile spațiale moderne vor fi solicitate de sectorul serviciilor convenționale prin satelit pentru o lungă perioadă de timp. Amintiți-vă că omenirea folosește vela de 5,5 mii de ani, iar epoca aburului a durat aproape 200 de ani și abia în secolul al XX-lea lumea a început să se schimbe rapid, deoarece a existat o altă revoluție științifică și tehnologică care a lansat un val de inovații. și o schimbare a tiparelor tehnologice, care în cele din urmă s-au schimbat și economie mondială si politica. Principalul lucru este să fii la originile acestor schimbări.

Atenție la multe litere.

Un model de zbor al unei nave spațiale cu o centrală nucleară (NPP) în Rusia este planificat să fie creat până în 2025. Lucrarea relevantă este inclusă în proiectul Programului spațial federal pentru 2016–2025 (FKP-25), care a fost trimis de Roscosmos ministerelor pentru aprobare.

Sistemele de energie nucleară sunt considerate principalele surse promițătoare de energie în spațiu atunci când se planifică expediții interplanetare la scară largă. În viitor, centralele nucleare, care sunt în prezent dezvoltate de întreprinderile Rosatom, vor putea furniza energie în spațiu în megawați în viitor.

Toate lucrările privind crearea centralelor nucleare se desfășoară în conformitate cu termenele planificate. Putem spune cu mare încredere că lucrările vor fi finalizate la timp, prevăzut de programul țintă, - spune Andrey Ivanov, manager de proiect al departamentului de comunicații al corporației de stat Rosatom.

Recent, în cadrul proiectului au fost trecute două etape importante: a fost creat un design unic al elementului de combustibil, care asigură operabilitatea la temperaturi ridicate, gradienți mari de temperatură și iradiere cu doze mari. Testele tehnologice ale vasului reactor al viitoarei unități de putere spațială au fost, de asemenea, finalizate cu succes. Ca parte a acestor teste, corpul a fost presurizat și s-au făcut măsurători 3D în zonele metalului de bază, sudării circumferinței și tranziției conului.

Principiul de funcționare. Istoria creației.

Nu există dificultăți fundamentale cu un reactor nuclear pentru uz spațial. În perioada 1962-1993 s-a acumulat în țara noastră o bogată experiență în producția de instalații similare. Lucrări similare au fost efectuate în SUA. De la începutul anilor 1960, în lume s-au dezvoltat mai multe tipuri de motoare de propulsie electrice: ionic, plasmă staționară, un motor cu strat anodic, motor cu plasmă pulsată, magnetoplasmă, magnetoplasmodinamică.

Lucrările privind crearea de motoare nucleare pentru nave spațiale au fost desfășurate în mod activ în URSS și SUA în ultimul secol: americanii au închis proiectul în 1994, URSS - în 1988. a contribuit în mare măsură la închidere Dezastrul de la Cernobîl, care a reglat negativ opinia publică cu privire la utilizarea energiei nucleare. În plus, testele instalațiilor nucleare din spațiu nu au fost întotdeauna efectuate în mod regulat: în 1978, satelitul sovietic Kosmos-954 a intrat în atmosferă și s-a prăbușit, împrăștiind mii de fragmente radioactive pe o suprafață de 100 de mii de metri pătrați. km în nord-vestul Canadei. Uniunea Sovietică a plătit Canada despăgubiri bănești în valoare de peste 10 milioane de dolari.

În mai 1988, două organizații - Federația Oamenilor de Știință Americani și Comitetul Oamenilor de Știință Sovietici pentru Pace Împotriva Amenințării Nucleare - au făcut o propunere comună de interzicere a utilizării energiei nucleare în spațiu. Acea propunere nu a primit consecințe formale, dar de atunci nicio țară nu a lansat nave spațiale cu centrale nucleare la bord.

Marile avantaje ale proiectului sunt caracteristicile operaționale practic importante - o durată de viață lungă (10 ani de funcționare), un interval semnificativ de revizie și un timp lung de funcționare pe un singur comutator.

În 2010 au fost formulate propuneri tehnice pentru proiect. Designul a început anul acesta.

Centrala nucleară conține trei dispozitive principale: 1) o centrală reactor cu un fluid de lucru și dispozitive auxiliare (un schimbător de căldură-recuperator și un turbogenerator-compresor); 2) sistem de propulsie rachete electrice; 3) frigider-emițător.

Reactor.

Din punct de vedere fizic, acesta este un reactor compact de neutroni rapid răcit cu gaz.
Combustibilul folosit este un compus (dioxid sau carbonitrură) al uraniului, dar pentru că designul trebuie să fie foarte compact, uraniul are o îmbogățire mai mare în izotopul 235 decât în ​​barele de combustibil din centralele nucleare convenționale (civile), poate peste 20%. Și învelișul lor este un aliaj monocristalin de metale refractare pe bază de molibden.

Acest combustibil va trebui să funcționeze la temperaturi foarte ridicate. Prin urmare, a fost necesar să se aleagă materiale care ar putea reține factorii negativi asociați cu temperatură și, în același timp, să permită combustibilului să își îndeplinească funcția principală - să încălziți lichidul de răcire cu gaz, care va fi folosit pentru a produce energie electrică.

Frigider.

Răcire cu gaz în timpul funcționării instalatie nucleara absolut necesar. Cum să arunci căldura în spațiul cosmic? Singura posibilitate este răcirea cu radiații. Suprafața încălzită din gol este răcită, radiind undele electromagneticeîntr-o gamă largă, inclusiv lumina vizibilă. Unicitatea proiectului constă în utilizarea unui amestec special de lichid de răcire - heliu-xenon. Instalația asigură o eficiență ridicată.

Motor.

Principiul de funcționare al motorului ionic este următorul. O plasmă rarefiată este creată în camera de descărcare în gaz cu ajutorul anozilor și a unui bloc catodic situat într-un câmp magnetic. Ionii fluidului de lucru (xenon sau altă substanță) sunt „trageți” din acesta de către electrodul de emisie și accelerați în spațiul dintre acesta și electrodul de accelerare.

Pentru punerea în aplicare a planului, au fost promise 17 miliarde de ruble în perioada 2010-2018. Dintre aceste fonduri, 7,245 miliarde de ruble au fost alocate corporației de stat Rosatom pentru a construi reactorul în sine. Alte 3,955 miliarde - FSUE „Centrul Keldysh” pentru crearea unei centrale nucleare de propulsie. Alte 5,8 miliarde de ruble vor merge către RSC Energia, unde imaginea de lucru a întregului modul de transport și energie va trebui să se formeze în același interval de timp.

Conform planurilor, până la sfârșitul anului 2017 va fi pregătită o centrală nucleară pentru a finaliza modulul de transport și energie (modul de zbor interplanetar). Până la sfârșitul anului 2018, centrala nucleară va fi pregătită pentru testele de proiectare a zborului. Proiectul este finanțat de la bugetul federal.

Nu este un secret pentru nimeni că lucrările la crearea motoarelor de rachete nucleare au început în SUA și în URSS încă din anii 60 ai secolului trecut. Cât de departe au ajuns? Și ce provocări ați întâlnit pe parcurs?

Anatoly Koroteev: Într-adevăr, lucrările privind utilizarea energiei nucleare în spațiu au început și s-au desfășurat activ în țara noastră și în Statele Unite în anii 1960 și 70.

Inițial, sarcina a fost de a crea motoare-rachetă care să folosească încălzirea cu hidrogen la o temperatură de aproximativ 3000 de grade în loc de energia chimică a combustibilului și a combustiei oxidanților. Dar s-a dovedit că o astfel de cale directă este încă ineficientă. Suntem pe un timp scurt obținem o tracțiune mare, dar în același timp aruncăm un jet, care în cazul unei funcționări anormale a reactorului se poate dovedi a fi contaminat radioactiv.

S-a acumulat ceva experiență, dar nici noi, nici americanii nu am reușit să creăm motoare de încredere atunci. Au funcționat, dar nu suficient, pentru că încălzirea hidrogenului la 3000 de grade într-un reactor nuclear este o sarcină serioasă. Și, în plus, au existat probleme de mediu în timpul testelor la sol ale unor astfel de motoare, deoarece jeturi radioactive au fost emise în atmosferă. Nu mai este un secret faptul că astfel de lucrări au fost efectuate la locul de testare Semipalatinsk special pregătit pentru teste nucleare, care a rămas în Kazahstan.

Adică, doi parametri s-au dovedit a fi critici - temperatura prohibitivă și emisiile de radiații?

Anatoly Koroteev: În general, da. Din aceste motive și din alte câteva motive, munca în țara noastră și în Statele Unite a fost încetată sau suspendată - poate fi evaluată în diferite moduri. Și ni s-a părut nerezonabil să le reluăm în așa fel, aș zice, frontal, pentru a face un motor nuclear cu toate neajunsurile deja menționate. Ne-am propus o abordare complet diferită. Se deosebește de cea veche în același mod în care o mașină hibridă diferă de una convențională. Într-o mașină convențională, motorul învârte roțile, în timp ce în mașinile hibride, electricitatea este generată din motor, iar această energie electrică întoarce roțile. Adică se creează o anumită centrală intermediară.

Așa că am propus o schemă în care reactorul spațial nu încălzește jetul scos din el, ci generează electricitate. Gazul fierbinte din reactor rotește turbina, turbina întoarce generatorul electric și compresorul, care circulă fluidul de lucru într-un circuit închis. Generatorul, pe de altă parte, generează electricitate pentru un motor cu plasmă cu o forță specifică de 20 de ori mai mare decât cea a omologilor chimici.

Schema inteligentă. În esență, aceasta este o minicentrală nucleară în spațiu. Și care sunt avantajele acestuia față de un motor nuclear ramjet?

Anatoly Koroteev: Principalul lucru este că jetul care iese din noul motor nu va fi radioactiv, deoarece un fluid de lucru complet diferit trece prin reactor, care este conținut într-un circuit închis.

În plus, nu trebuie să încălzim hidrogenul la valori extreme cu această schemă: un fluid de lucru inert circulă în reactor, care se încălzește până la 1500 de grade. Ne simplificăm serios sarcina. Și, ca rezultat, vom crește forța specifică nu de două ori, ci de 20 de ori în comparație cu motoarele chimice.

Un alt lucru este, de asemenea, important: nu este nevoie de teste complexe la scară largă, care necesită infrastructura fostului loc de testare Semipalatinsk, în special baza de banc care a rămas în orașul Kurchatov.

În cazul nostru, toate testele necesare pot fi efectuate pe teritoriul Rusiei, fără a ne implica în lungi negocieri internaționale privind utilizarea energiei nucleare în afara statului nostru.

Se fac lucrări similare în alte țări?

Anatoly Koroteev: Am avut o întâlnire cu șeful adjunct al NASA, am discutat chestiuni legate de revenirea la lucrul la energia nucleară în spațiu și a spus că americanii sunt interesați de acest lucru.

Este posibil ca China să poată răspunde actiuni active la rândul ei, prin urmare, este necesar să se lucreze rapid. Și nu doar de dragul de a trece înaintea cuiva cu jumătate de pas.

Trebuie să lucrăm rapid, în primul rând, pentru ca în cooperarea internațională în curs de dezvoltare, și de facto se formează, să parăm demni.

Nu exclud ca în viitorul apropiat să fie inițiat un program internațional pentru o centrală nucleară spațială, similar programului de fuziune termonucleară controlată care se implementează acum.

Oamenii de știință sovietici și americani au dezvoltat motoare de rachete nucleare încă de la mijlocul secolului al XX-lea. Aceste dezvoltări nu au progresat mai mult decât prototipurile și testele individuale, dar acum singurul sistem de propulsie a rachetei care utilizează energia nucleară este creat în Rusia. „Reactor” a studiat istoria încercărilor de a introduce motoare cu rachete nucleare.

Când omenirea tocmai începuse să cucerească spațiul, oamenii de știință s-au confruntat cu sarcina de a furniza energie navelor spațiale. Cercetătorii au atras atenția asupra posibilității de a utiliza energia nucleară în spațiu, creând conceptul de motor de rachetă nucleară. Un astfel de motor trebuia să folosească energia de fisiune sau fuziune a nucleelor ​​pentru a crea tracțiunea jetului.

În URSS deja în 1947, au început lucrările la crearea unui motor de rachetă nucleară. În 1953 specialiști sovietici a remarcat că „utilizarea energiei atomice va face posibilă obținerea unor distanțe practic nelimitate și reducerea drastică a greutății de zbor a rachetelor” (citat din publicația „Nuclear Rocket Engines”, editată de A.S. Koroteev, M, 2001). La acea vreme, sistemele de propulsie cu propulsie nucleară erau destinate, în primul rând, să echipeze rachete balistice, așa că interesul guvernului față de evoluții a fost mare. Președintele american John F. Kennedy în 1961 a numit programul național de creare a unei rachete cu motor de rachetă nucleară (Project Rover) una dintre cele patru priorități în cucerirea spațiului.

Reactorul KIWI, 1959 Foto: NASA.

La sfârșitul anilor 1950, oamenii de știință americani au creat reactoarele KIWI. Au fost testate de multe ori, dezvoltatorii au făcut un număr mare de modificări. Adesea au existat defecțiuni în timpul testelor, de exemplu, odată ce miezul motorului a fost distrus și s-a descoperit o scurgere mare de hidrogen.

La începutul anilor 1960, atât Statele Unite, cât și URSS au creat premisele pentru implementarea planurilor de creare a motoarelor de rachete nucleare, dar fiecare țară a urmat propriul drum. Statele Unite au creat multe modele de reactoare în fază solidă pentru astfel de motoare și le-au testat pe bancuri deschise. URSS testa ansamblul de combustibil și alte elemente ale motorului, pregătind producția, testarea, baza de personal pentru o „ofensivă” mai largă.

Schema CANTA NERVA. Ilustrație: NASA.

În Statele Unite deja în 1962, președintele Kennedy a spus că „o rachetă nucleară nu va fi folosită în primele zboruri către Lună”, așa că merită să direcționați fondurile alocate pentru explorarea spațiului către alte dezvoltări. La începutul anilor 1960 și 1970, încă două reactoare au fost testate (PEWEE în 1968 și NF-1 în 1972) ca parte a programului NERVA. Dar finanțarea s-a concentrat pe programul lunar, așa că programul de propulsie nucleară din SUA sa diminuat și s-a încheiat în 1972.

Film NASA despre motorul cu reacție nuclear NERVA.

În Uniunea Sovietică, dezvoltarea motoarelor de rachete nucleare a continuat până în anii 1970 și au fost conduse de acum faimoasa triadă de oameni de știință academicieni: Mstislav Keldysh, Igor Kurchatov și. Ei au evaluat mai degrabă cu optimism posibilitățile de a crea și de a utiliza rachete cu motoare nucleare. Se părea că URSS era pe cale să lanseze o astfel de rachetă. Testele de incendiu au fost efectuate la locul de testare Semipalatinsk - în 1978, a fost lansat primul reactor al motorului de rachetă nucleară 11B91 (sau RD-0410), apoi încă două serii de teste - a doua și a treia dispozitive 11B91-IR-100. Acestea au fost primele și ultimele motoare de rachete nucleare sovietice.

M.V. Keldysh și S.P. Korolev în vizită la I.V. Kurchatov, 1959

Sergeev Alexey, 9 clasa "A" MOU "Școala secundară nr. 84"

Consultant științific: , Director adjunct al parteneriatului non-profit pentru activități științifice și inovatoare „Tomsk Atomic Center”

Conducător: , profesor de fizică, MOU „Școala Gimnazială Nr. 84” ZATO Seversk

Introducere

Sistemele de propulsie de la bordul unei nave spațiale sunt proiectate pentru a genera forță sau impuls. În funcție de tipul de tracțiune utilizat de sistemul de propulsie, acestea sunt împărțite în chimice (CRD) și nechimice (NCRD). HRD sunt împărțite în lichid (LRE), combustibil solid (RDTT) și combinat (KRD). La rândul lor, sistemele de propulsie nechimică sunt împărțite în nucleare (NRE) și electrice (EP). Grozav savantul Konstantin Eduardovici Ciolkovski, în urmă cu un secol, a creat primul model de sistem de propulsie care funcționa cu combustibili solizi și lichizi. După ce, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, au fost efectuate mii de zboruri folosind în principal motoare de rachete LRE și cu combustibil solid.

Cu toate acestea, în prezent, pentru zborurile către alte planete, ca să nu mai vorbim de stele, utilizarea motoarelor de rachete cu combustibil lichid și a motoarelor de rachete cu combustibil solid devine din ce în ce mai nerentabilă, deși au fost dezvoltate multe motoare de rachete. Cel mai probabil, posibilitățile LRE și motoarele de rachetă cu combustibil solid s-au epuizat complet. Motivul este că impulsul specific al tuturor motoarelor cu rachete chimice este scăzut și nu depășește 5000 m/s, ceea ce necesită funcționarea pe termen lung a sistemului de propulsie și, în consecință, rezerve mari de combustibil pentru a dezvolta viteze suficient de mari sau, după cum este obișnuit în astronautică, valori mari ale numărului Tsiolkovsky, adică raportul dintre masa unei rachete alimentate și masa uneia goale. Astfel, RN Energia, care pune 100 de tone de sarcină utilă pe orbită joasă, are o masă de lansare de aproximativ 3.000 de tone, ceea ce conferă numărului Tsiolkovsky o valoare în intervalul 30.

Pentru un zbor spre Marte, de exemplu, numărul Tsiolkovsky ar trebui să fie și mai mare, atingând valori de la 30 la 50. Este ușor de estimat că, cu o sarcină utilă de aproximativ 1.000 de tone, și anume, masa minimă necesară pentru a furniza tot ceea ce este necesar. pentru un echipaj care pleacă pe Marte ținând cont de aprovizionarea cu combustibil pentru zborul de întoarcere pe Pământ, masa inițială a navei spațiale trebuie să fie de cel puțin 30.000 de tone, ceea ce depășește în mod clar nivelul de dezvoltare a astronauticii moderne bazate pe utilizarea lichidului. motoare rachete cu propulsor și motoare rachete cu combustibil solid.

Astfel, pentru ca echipajele echipate să ajungă chiar și pe cele mai apropiate planete, este necesară dezvoltarea vehiculelor de lansare pe motoare care funcționează pe principii diferite de propulsia chimică. Cele mai promițătoare în acest sens sunt motoarele electrice cu reacție (EP), motoarele cu rachete termochimice și motoarele cu reacție nucleare (NJ).

1.Concepte de bază

Un motor rachetă este un motor cu reacție care nu utilizează mediul (aer, apă) pentru funcționare. Cele mai utilizate motoare cu rachete chimice. Alte tipuri de motoare rachete sunt dezvoltate și testate - electrice, nucleare și altele. La stațiile și vehiculele spațiale, cele mai simple motoare de rachetă care funcționează cu gaze comprimate sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă. De obicei, folosesc azot ca fluid de lucru. /unu/

Clasificarea sistemelor de propulsie

2. Scopul motoarelor rachete

În funcție de scopul lor, motoarele de rachetă sunt împărțite în mai multe tipuri principale: accelerare (pornire), frânare, susținere, control și altele. Motoarele de rachete sunt folosite în principal pe rachete (de unde și numele). În plus, motoarele de rachete sunt uneori folosite în aviație. Motoarele rachete sunt principalele motoare în astronautică.

Rachetele militare (de luptă) au de obicei motoare cu propulsie solidă. Acest lucru se datorează faptului că un astfel de motor este alimentat în fabrică și nu necesită întreținere pentru întreaga perioadă de depozitare și service a rachetei în sine. Motoarele cu combustibil solid sunt adesea folosite ca propulsoare pentru rachetele spațiale. Mai ales pe scară largă, în această calitate, sunt utilizate în SUA, Franța, Japonia și China.

Motoarele rachete cu combustibil lichid au caracteristici de tracțiune mai mari decât cele cu combustibil solid. Prin urmare, ele sunt folosite pentru a lansa rachete spațiale pe orbită în jurul Pământului și în zboruri interplanetare. Principalii propulsori lichizi pentru rachete sunt kerosenul, heptanul (dimetilhidrazină) și hidrogenul lichid. Pentru astfel de combustibili, este necesar un agent oxidant (oxigen). Acidul azotic și oxigenul lichefiat sunt folosite ca agent oxidant în astfel de motoare. Acidul azotic este inferior oxigenului lichefiat în ceea ce privește proprietățile oxidante, dar nu necesită întreținere specială. regim de temperatură la depozitarea, realimentarea și utilizarea rachetelor

Motoarele de zbor spațial sunt diferite de teme pământeşti ca ele, cu cea mai mică masă și volum posibil, să producă cât mai multă putere. În plus, acestea sunt supuse unor cerințe precum eficiența și fiabilitatea excepțional de ridicate, un timp de funcționare semnificativ. În funcție de tipul de energie utilizată, sistemele de propulsie a navelor spațiale sunt împărțite în patru tipuri: termochimice, nucleare, electrice, solare. Fiecare dintre aceste tipuri are propriile avantaje și dezavantaje și poate fi utilizat în anumite condiții.

În prezent, navele spațiale, stațiile orbitale și sateliții Pământului fără pilot sunt lansate în spațiu de rachete echipate cu motoare termochimice puternice. Există și motoare miniaturale cu tracțiune joasă. Aceasta este o copie redusă a motoarelor puternice. Unele dintre ele pot încăpea în palma mâinii tale. Forța de împingere a unor astfel de motoare este foarte mică, dar este suficientă pentru a controla poziția navei în spațiu.

3. Motoare de rachete termochimice.

Se știe că motorul combustie interna, cuptorul unui cazan cu abur - oriunde are loc arderea, oxigenul atmosferic ocupă partea cea mai activă. Nu există aer în spațiul cosmic, iar pentru funcționarea motoarelor rachete în spațiul cosmic, este necesar să existe două componente - combustibil și un oxidant.

În motoarele de rachete termochimice lichide, ca combustibil se folosesc alcoolul, kerosenul, benzina, anilina, hidrazina, dimetilhidrazina, hidrogenul lichid. Oxigenul lichid, peroxidul de hidrogen, acidul azotic sunt utilizate ca agent oxidant. Este posibil ca fluorul lichid să fie utilizat ca agent oxidant în viitor, atunci când sunt inventate metode de depozitare și utilizare a unei astfel de substanțe chimice active.

Combustibilul și oxidantul pentru motoarele cu reacție cu propulsie lichidă sunt depozitate separat, în rezervoare speciale și pompate în camera de ardere. Când sunt combinate în camera de ardere, se dezvoltă o temperatură de până la 3000 - 4500 ° C.

Produsele de ardere, în expansiune, capătă o viteză de 2500 până la 4500 m/s. Pornind de la carcasa motorului, ele creează tracțiunea jetului. În același timp, cu cât masa și viteza de scurgere a gazelor sunt mai mari, cu atât forța de împingere a motorului este mai mare.

Se obișnuiește să se estimeze forța specifică a motoarelor în funcție de cantitatea de forță creată de o unitate de masă de combustibil ars într-o secundă. Această valoare se numește impuls specific al motorului rachetei și se măsoară în secunde (kg de forță / kg de combustibil ars pe secundă). Cele mai bune motoare de rachetă cu propulsie solidă au un impuls specific de până la 190 s, adică 1 kg de combustibil care arde într-o secundă creează o forță de 190 kg. Motorul rachetă cu hidrogen-oxigen are un impuls specific de 350 s. Teoretic, un motor cu hidrogen-fluor poate dezvolta un impuls specific de peste 400 s.

Schema utilizată în mod obișnuit a unui motor de rachetă cu combustibil lichid funcționează după cum urmează. Gazul comprimat creează presiunea necesară în rezervoarele cu combustibil criogenic pentru a preveni apariția bulelor de gaz în conducte. Pompele furnizează combustibil motoarelor rachete. Combustibilul este injectat în camera de ardere printr-un număr mare de injectoare. De asemenea, un agent oxidant este injectat în camera de ardere prin duze.

În orice mașină, în timpul arderii combustibilului, se formează fluxuri mari de căldură care încălzesc pereții motorului. Dacă nu răciți pereții camerei, atunci se va arde rapid, indiferent de materialul din care este făcută. Un motor cu reacție cu propulsor lichid este de obicei răcit cu una dintre componentele propulsorului. Pentru aceasta, camera este realizată cu doi pereți. Componenta de combustibil rece curge în golul dintre pereți.

Aluminiu" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">aluminiu, etc. În special ca aditiv la combustibilii convenționali, cum ar fi hidrogen-oxigen. Astfel de „compoziții triple” sunt capabile să ofere cea mai mare viteză posibilă pentru ieșirea combustibililor chimici - până la 5 km/s. Dar aceasta este aproape limita resurselor chimiei.Practic nu poate face mai mult.Deși descrierea propusă este încă dominată de motoarele cu rachete lichide, trebuie spus că primul din istoria omenirii a fost creat un motor de rachetă termochimic pe combustibil solid - Motor de rachetă cu propulsor solid.Combustibilul - de exemplu, praful de pușcă special - este situat direct în camera de ardere.O cameră de ardere cu o duză cu jet umplută cu combustibil solid - asta este tot proiectare.Modul de ardere a combustibilului solid depinde de scopul motorului rachetei cu combustibil solid (pornire, marș sau combinat).Pentru rachetele cu combustibil solid utilizate în afaceri militare se caracterizează prin prezența motoarelor de pornire și de susținere. Acesta este un timp scurt, care este necesar pentru ca racheta să părăsească lansator și accelerația sa inițială. Motorul rachetei cu combustibil solid în marș este proiectat pentru a menține viteza constanta zbor cu rachete pe secțiunea principală (de marș) a traiectoriei de zbor. Diferențele dintre ele sunt în principal în proiectarea camerei de ardere și în profilul suprafeței de ardere a încărcăturii de combustibil, care determină viteza de ardere a combustibilului, de care depind timpul de funcționare și forța motorului. Spre deosebire de astfel de rachete, vehiculele de lansare spațială pentru lansarea sateliților Pământului, a stațiilor orbitale și a navelor spațiale, precum și a stațiilor interplanetare, funcționează numai în modul de pornire de la lansarea rachetei până la lansarea unui obiect pe orbită în jurul Pământului sau pe un interplanetar. traiectorie. În general, motoarele rachete cu combustibil solid nu au multe avantaje față de motoarele cu combustibil lichid: sunt ușor de fabricat, perioadă lungă de timp poate fi depozitat, întotdeauna gata de acțiune, relativ rezistent la explozie. Dar în ceea ce privește forța specifică, motoarele cu combustibil solid sunt cu 10-30% inferioare celor lichide.

4. Motoare electrice de rachete

Aproape toate motoarele de rachetă discutate mai sus se dezvoltă putere mareîmpins și sunt concepute pentru a lansa nave spațiale pe orbită în jurul Pământului și pentru a le accelera la viteze spațiale pentru zborurile interplanetare. Este o chestiune complet diferită - sistemele de propulsie pentru nave spațiale deja lansate pe orbită sau pe o traiectorie interplanetară. Aici, de regulă, sunt necesare motoare de putere redusă (mai mulți kilowați sau chiar wați) care pot funcționa sute și mii de ore și pot porni și opri în mod repetat. Acestea vă permit să mențineți zborul pe orbită sau de-a lungul unei traiectorii date, compensând rezistența la zbor creată de atmosfera superioară și vântul solar. La motoarele electrice cu rachete, fluidul de lucru este accelerat la o anumită viteză prin încălzirea acestuia cu energie electrică. Electricitatea provine din panouri solare sau o centrală nucleară. Metodele de încălzire a fluidului de lucru sunt diferite, dar în realitate se folosește în principal arcul electric. S-a dovedit a fi foarte fiabil și rezistă la un număr mare de incluziuni. Hidrogenul este utilizat ca fluid de lucru în motoarele cu arc electric. Cu ajutorul unui arc electric, hidrogenul este încălzit la o temperatură foarte ridicată și se transformă în plasmă - un amestec neutru din punct de vedere electric de ioni pozitivi și electroni. Viteza de ieșire a plasmei din propulsor atinge 20 km/s. Când oamenii de știință rezolvă problema izolării magnetice a plasmei de pereții camerei motorului, atunci va fi posibilă creșterea semnificativă a temperaturii plasmei și aducerea vitezei de curgere la 100 km/s. Primul motor electric de rachetă a fost dezvoltat în Uniunea Sovietică de-a lungul anilor. sub conducere (mai târziu a devenit creatorul de motoare pentru rachete spațiale sovietice și un academician) în celebrul laborator de dinamică a gazelor (GDL). / 10 /

5.Alte tipuri de motoare

Există, de asemenea, proiecte mai exotice de motoare de rachete nucleare, în care materialul fisionabil este în stare lichidă, gazoasă sau chiar plasmă, cu toate acestea, implementarea unor astfel de proiecte pe nivel modern tehnica și tehnologia este nerealistă. Există, în stadiul teoretic sau de laborator, următoarele proiecte de motoare rachete

Motoare de rachete nucleare cu impulsuri care folosesc energia exploziilor de mici sarcini nucleare;

Motoare de rachete termonucleare care pot folosi un izotop de hidrogen drept combustibil. Eficiența energetică a hidrogenului într-o astfel de reacție este de 6,8*1011 kJ/kg, adică cu aproximativ două ordine de mărime mai mare decât productivitatea reacțiilor de fisiune nucleară;

Motoare solare cu vele - care folosesc presiune lumina soarelui(vânt solar), a cărui existență a fost dovedită experimental de un fizician rus încă din 1899. Prin calcule, oamenii de știință au stabilit că un dispozitiv cu o greutate de 1 tonă, echipat cu o velă cu diametrul de 500 m, poate zbura de pe Pământ pe Marte în aproximativ 300 de zile. Cu toate acestea, eficiența unei vele solare scade rapid odată cu distanța de la Soare.

6. Motoare de rachete nucleare

Unul dintre principalele dezavantaje ale motoarelor rachete cu combustibil lichid este asociat cu viteza limitată a curgerii gazelor. În motoarele de rachete nucleare, se pare că este posibil să se folosească energia colosală eliberată în timpul descompunerii „combustibilului” nuclear pentru a încălzi substanța de lucru. Principiul de funcționare al motoarelor de rachete nucleare este aproape același cu principiul de funcționare al motoarelor termochimice. Diferența constă în faptul că fluidul de lucru este încălzit nu datorită energiei chimice proprii, ci datorită energiei „străine” eliberate în timpul reacției intranucleare. Fluidul de lucru este trecut printr-un reactor nuclear în care are loc reacția de fisiune nuclee atomice(de exemplu, uraniu) și, în același timp, se încălzește. Motoarele de rachete nucleare elimină necesitatea unui oxidant și, prin urmare, poate fi folosit un singur lichid. Ca fluid de lucru, este recomandabil să folosiți substanțe care permit motorului să dezvolte o forță mare de tracțiune. Hidrogenul satisface această condiție cel mai pe deplin, urmat de amoniac, hidrazină și apă. Procesele în care se eliberează energia nucleară sunt împărțite în transformări radioactive, reacții de fisiune ale nucleelor ​​grele și reacții de fuziune ale nucleelor ​​ușoare. Transformările radioizotopilor sunt realizate în așa-numitele surse de energie izotopică. Energia de masă specifică (energie care poate fi eliberată de o substanță cu o greutate de 1 kg) de artificială izotopi radioactivi mult mai mare decât combustibilii chimici. Astfel, pentru 210Ро este egal cu 5*10 8 KJ/kg, în timp ce pentru cel mai eficient combustibil chimic energetic (beriliu cu oxigen) această valoare nu depășește 3*10 4 KJ/kg. Din păcate, nu este încă rațional să folosiți astfel de motoare pe vehiculele de lansare spațială. Motivul pentru aceasta este costul ridicat al substanței izotopice și dificultatea de funcționare. La urma urmei, izotopul eliberează energie în mod constant, chiar și atunci când este transportat într-un container special și când racheta este parcată la pornire. Reactoarele nucleare folosesc combustibil mai eficient din punct de vedere energetic. Astfel, energia de masă specifică a 235U (izotopul fisionabil al uraniului) este de 6,75 * 10 9 kJ / kg, adică aproximativ cu un ordin de mărime mai mare decât cea a izotopului 210Ро. Aceste motoare pot fi „pornite” și „oprite”, combustibilul nuclear (233U, 235U, 238U, 239Pu) este mult mai ieftin decât izotopul. În astfel de motoare, nu numai apa poate fi folosită ca fluid de lucru, ci și substanțe de lucru mai eficiente - alcool, amoniac, hidrogen lichid. Forța specifică a unui motor cu hidrogen lichid este de 900 s. În cea mai simplă schemă a unui motor de rachetă nucleară cu un reactor care funcționează cu combustibil nuclear solid, fluidul de lucru este plasat într-un rezervor. Pompa îl livrează în camera motorului. Pulverizat cu ajutorul duzelor, fluidul de lucru intră în contact cu combustibilul nuclear generator de căldură, se încălzește, se extinde și este aruncat în exterior prin duză cu viteză mare. Combustibilul nuclear din punct de vedere al rezervelor de energie depășește orice alt tip de combustibil. Atunci apare o întrebare firească - de ce instalațiile pe acest combustibil au încă o forță specifică relativ mică și o masă mare? Faptul este că forța specifică a unui motor de rachetă nuclear în fază solidă este limitată de temperatura materialului fisionabil și centrală electrică atunci când lucrează, emite radiații ionizante puternice, care au un efect dăunător asupra organismelor vii. Protecția biologică împotriva unor astfel de radiații este de mare importanță; nu este aplicabilă spațiului aeronave. Dezvoltarea practică a motoarelor de rachete nucleare cu combustibil nuclear solid a început la mijlocul anilor 1950 în Uniunea Sovietică și Statele Unite, aproape simultan cu construcția primului centrale nucleare. Lucrarea s-a desfășurat într-o atmosferă de mare secret, dar se știe că astfel de motoare de rachete nu au primit încă o utilizare reală în astronautică. Până acum, totul s-a limitat la utilizarea surselor izotopice de electricitate de putere relativ scăzută pe sateliții artificiali fără pilot ai Pământului, nave spațiale interplanetare și celebrul „rover lunar” sovietic.

7. Motoare cu reacție nucleare, principiu de funcționare, metode de obținere a impulsului într-un motor de rachetă nucleară.

NRE și-a primit numele datorită faptului că creează impuls prin utilizarea energiei nucleare, adică a energiei care este eliberată ca urmare a reacțiilor nucleare. În sens general, aceste reacții înseamnă orice modificări ale stării energetice a nucleelor ​​atomice, precum și transformarea unor nuclee în altele, asociate cu rearanjarea structurii nucleelor ​​sau o modificare a numărului de particule elementare conținute în acestea. - nucleoni. Mai mult, reacțiile nucleare, după cum se știe, pot avea loc fie spontan (adică spontan) fie induse artificial, de exemplu, atunci când unele nuclee sunt bombardate de altele (sau de particule elementare). Reacțiile nucleare de fisiune și fuziune în termeni de energie depășesc reacțiile chimice de milioane și, respectiv, de zeci de milioane de ori. Acest lucru se explică prin faptul că energia legăturii chimice a atomilor din molecule este de multe ori mai mică decât energia legăturii nucleare a nucleonilor din nucleu. Energia nucleară din motoarele de rachetă poate fi utilizată în două moduri:

1. Energia eliberată este folosită pentru a încălzi fluidul de lucru, care apoi se extinde în duză, la fel ca într-un motor de rachetă convențional.

2. Energie nucleara este transformată în energie electrică și apoi folosită pentru a ioniza și accelera particulele fluidului de lucru.

3. În cele din urmă, impulsul este creat de produsele de fisiune înșiși, formate în proces, de exemplu, metale refractare- wolfram, molibden) sunt folosite pentru a conferi proprietăți speciale substanțelor fisionabile.

Elementele de combustibil ale reactorului în fază solidă sunt străpunse de canale prin care curge fluidul de lucru al NRE, încălzindu-se treptat. Canalele au un diametru de aproximativ 1-3 mm, iar aria lor totală este de 20-30% din secțiunea transversală a miezului. Miezul este suspendat de o grilă specială în interiorul carcasei de putere, astfel încât să se poată extinde atunci când reactorul este încălzit (altfel s-ar prăbuși din cauza solicitărilor termice).

Miezul suferă sarcini mecanice mari asociate cu acțiunea căderilor de presiune hidraulice semnificative (până la câteva zeci de atmosfere) de la curgerea fluidului de lucru, tensiuni termice și vibrații. Creșterea dimensiunii miezului în timpul încălzirii reactorului ajunge la câțiva centimetri. Zona activă și reflectorul sunt plasate în interiorul unei carcase puternice de putere, care percepe presiunea fluidului de lucru și împingerea creată de duza cu jet. Carcasa este închisă cu un capac rezistent. Acesta găzduiește mecanisme pneumatice, arc sau electrice pentru antrenarea organelor de reglementare, puncte de atașare pentru NRE la navă spațială, flanșe pentru conectarea NRE la conductele de alimentare cu fluidul de lucru. Pe capac poate fi amplasată și o unitate turbopompă.

8 - Duza,

9 - duza de expansiune,

10 - Selectarea substanței de lucru la turbină,

11 - Corpul de putere,

12 - Tambur de control

13 - evacuare turbina (folosită pentru a controla atitudinea și a crește tracțiunea),

14 - Tamburi de control al acţionărilor inelare)

La începutul anului 1957 s-a stabilit direcția finală a lucrării Laboratorului Los Alamos și s-a luat decizia de a construi un reactor nuclear de grafit cu combustibil uraniu dispersat în grafit. Reactorul Kiwi-A creat în această direcție a fost testat în 1959 la 1 iulie.

Motor american cu reacție nuclear în fază solidă XE Prime pe un banc de testare (1968)

Pe lângă construcția reactorului, Laboratorul Los Alamos era în plină desfășurare în construcția unui sit special de testare în Nevada și, de asemenea, a efectuat o serie de comenzi speciale de la Forțele Aeriene ale SUA în domenii conexe (dezvoltarea TNRE individuale unități). În numele Laboratorului Los Alamos, toate comenzile speciale pentru fabricarea componentelor individuale au fost efectuate de firmele: Aerojet General, divizia Rocketdyne a Aviației Nord-Americane. În vara lui 1958, întregul control al programului Rover a trecut de la Forțele Aeriene ale SUA la nou organizată Administrație Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA). Ca urmare a unui acord special între AEC și NASA la mijlocul verii anului 1960, sub conducerea lui G. Finger a fost înființat Office of Space Nuclear Engines, care a condus programul Rover în viitor.

Rezultatele a șase „teste fierbinți” ale motoarelor cu reacție nucleare au fost foarte încurajatoare, iar la începutul anului 1961 a fost pregătit un raport privind testele de zbor ale reactoarelor (RJFT). Apoi, la mijlocul anului 1961, a fost lansat proiectul Nerva (folosirea unui motor nuclear pentru rachete spațiale). Aerojet General a fost ales ca antreprenor general, iar Westinghouse ca subcontractant responsabil pentru construcția reactorului.

10.2 Lucrări TNRD în Rusia

American" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Americanii Oamenii de știință ruși au folosit cele mai economice și eficiente teste ale elementelor de combustibil individuale în reactoare de cercetare. Salyut", Biroul de proiectare al automatizării chimice, IAE, NIKIET și NPO „Luch” (PNITI) pentru a dezvolta diverse proiecte de motoare de rachete nucleare spațiale și centrale nucleare hibride. Luch”, MAI) au fost create CORTE RD 0411și un motor nuclear de dimensiune minimă RD 0410 tracțiune de 40 și, respectiv, 3,6 tone.

Ca rezultat, au fost fabricate un reactor, un motor „rece” și un prototip de banc pentru testarea hidrogenului gazos. Spre deosebire de cel american, cu un impuls specific de cel mult 8250 m/s, TNRE sovietic, datorită utilizării unor elemente de combustibil mai rezistente la căldură și mai avansate și a temperaturii ridicate în miez, avea acest indicator egal cu 9100 m/ s și mai sus. Baza de bancă pentru testarea TNRD a expediției comune a NPO Luch a fost situată la 50 km sud-vest de orașul Semipalatinsk-21. A început să lucreze în 1962. În ani elementele de combustibil la scară largă ale prototipurilor NRE au fost testate la locul de testare. În același timp, gazele de eșapament au intrat în sistemul de emisii închis. Complexul de banc pentru testarea la scară largă a motoarelor nucleare „Baikal-1” este situat la 65 km sud de orașul Semipalatinsk-21. Din 1970 până în 1988, au fost efectuate aproximativ 30 de „porniri la cald” ale reactoarelor. În același timp, puterea nu a depășit 230 MW la un debit de hidrogen de până la 16,5 kg / s și temperatura sa la ieșirea reactorului de 3100 K. Toate lansările au avut succes, fără accidente și conform planului.

Sovietic TYARD RD-0410 - singurul motor de rachetă nuclear industrial de încredere și funcțional din lume

În prezent, astfel de lucrări la groapa de gunoi au fost oprite, deși echipamentul este menținut într-o stare relativ funcțională. Baza de bancă a NPO Luch este singurul complex experimental din lume în care este posibil să se testeze elemente ale reactoarelor NRE fără costuri financiare și de timp semnificative. Este posibil ca reluarea în Statele Unite ale Americii a lucrărilor la TNRE pentru zborurile către Lună și Marte, ca parte a programului Space Research Initiative, cu participarea planificată a specialiștilor din Rusia și Kazahstan, să conducă la reluarea activităților Semipalatinsk. baza și implementarea expediției „marțiane” în anii 2020 .

Principalele caracteristici

Impulsul specific asupra hidrogenului: 910 - 980 sec(teoretic până la 1000 sec).

· Viteza de expirare a unui corp de lucru (hidrogen): 9100 - 9800 m/sec.

· Impingerea realizabilă: până la sute și mii de tone.

· Temperaturi maxime de lucru: 3000°С - 3700°С (includere pe termen scurt).

· Durată de viață: până la câteva mii de ore (activare periodică). /5/

11.Dispozitiv

Dispozitivul motorului sovietic de rachetă nucleară în fază solidă RD-0410

1 - conducta din rezervorul fluidului de lucru

2 - unitate turbopompa

3 - controlul antrenării tamburului

4 - protectie impotriva radiatiilor

5 - tambur de control

6 - retarder

7 - ansamblu combustibil

8 - vasul reactorului

9 - fund de foc

10 - Linie de răcire a duzei

11- camera duzei

12 - duza

12. Principiul de lucru

Conform principiului său de funcționare, TNRE este un reactor-schimbător de căldură de înaltă temperatură, în care se introduce sub presiune un fluid de lucru (hidrogen lichid) și, pe măsură ce este încălzit la temperaturi ridicate (peste 3000 ° C), este ejectat printr-o duză răcită. Recuperarea căldurii în duză este foarte benefică, deoarece permite încălzirea mult mai rapidă a hidrogenului și, prin utilizarea unei cantități semnificative de energie termică, creșterea impulsului specific la 1000 sec (9100-9800 m/s).

Reactor cu motor de rachetă nucleară

MsoNormalTable">

corp de lucru

Densitate, g/cm3

Impingerea specifică (la temperaturile indicate în camera de încălzire, °K), sec

0,071 (lichid)

0,682 (lichid)

1.000 (lichid)

Nu. date

Nu. date

Nu. date

(Notă: presiunea din camera de încălzire este de 45,7 atm, expansiune la o presiune de 1 atm cu compoziția chimică a fluidului de lucru neschimbată) /6/

15.Avantaje

Principalul avantaj al TNRD față de motoarele cu rachete chimice este obținerea unui impuls specific mai mare, o rezervă de energie semnificativă, un sistem compact și capacitatea de a obține o tracțiune foarte mare (zeci, sute și mii de tone în vid. În general, impulsul specific realizat în vid este mai mare decât cel al combustibilului chimic uzat pentru rachete (kerosen-oxigen, hidrogen-oxigen) de 3-4 ori, iar atunci când funcționează la cea mai mare intensitate a căldurii de 4-5 ori. În prezent, în SUA și Rusia există o experiență considerabilă în dezvoltarea și construcția unor astfel de motoare și, dacă este necesar (programe speciale de explorare spațială), astfel de motoare pot fi produse într-un timp scurt și vor avea un cost rezonabil. utilizare suplimentară manevrele de perturbare folosind câmpul gravitațional al planetelor mari (Jupiter, Uranus, Saturn, Neptun), limitele realizabile ale studiului sistemului solar sunt extinse semnificativ, iar timpul necesar pentru a ajunge la planetele îndepărtate este semnificativ redus. În plus, TNRD poate fi folosit cu succes pentru vehiculele care operează pe orbite joase ale planetelor gigantice folosind atmosfera lor rarefiată ca fluid de lucru sau pentru a lucra în atmosfera lor. /opt/

16. Dezavantaje

Principalul dezavantaj al TNRD este prezența unui flux puternic de radiații penetrante (radiații gamma, neutroni), precum și îndepărtarea compușilor de uraniu foarte radioactivi, a compușilor refractari cu radiații induse și a gazelor radioactive cu fluidul de lucru. În acest sens, TNRD este inacceptabilă pentru lansările la sol pentru a evita deteriorarea situației mediului la locul de lansare și în atmosferă. /paisprezece/

17. Îmbunătățirea caracteristicilor TJARD. TNRD hibrid

Ca orice rachetă sau orice motor în general, un motor cu reacție nuclear în fază solidă are limitări semnificative asupra caracteristicilor critice realizabile. Aceste limitări reprezintă imposibilitatea dispozitivului (TNRD) de a funcționa în domeniul de temperatură care depășește intervalul de temperaturi maxime de funcționare a materialelor structurale ale motorului. Pentru a extinde capacitățile și a crește semnificativ principalii parametri de funcționare ai TNRD, pot fi aplicate diverse scheme hibride în care TNRD joacă rolul de sursă de căldură și energie și sunt utilizate metode fizice suplimentare de accelerare a corpurilor de lucru. Cea mai fiabilă, practică și cu caracteristici ridicate în ceea ce privește impulsul și forța specifică este o schemă hibridă cu un circuit MHD suplimentar (circuit magnetohidrodinamic) pentru accelerarea fluidului de lucru ionizat (hidrogen și aditivi speciali). /13/

18. Pericol de radiații de la YARD.

Un NRE funcțional este o sursă puternică de radiații - radiații gamma și neutroni. Fără a lua măsuri speciale, radiațiile pot provoca încălzirea inacceptabilă a fluidului de lucru și a structurii din navele spațiale, fragilizarea materialelor structurale metalice, distrugerea plasticului și îmbătrânirea pieselor din cauciuc, încălcarea izolației cablurilor electrice și defecțiunea echipamentelor electronice. Radiațiile pot provoca radioactivitate indusă (artificială) a materialelor - activarea lor.

În prezent, problema protecției împotriva radiațiilor a navelor spațiale cu NRE este considerată a fi rezolvată în principiu. Au fost de asemenea rezolvate problemele fundamentale legate de întreținerea motoarelor de rachete nucleare pe bancurile de încercare și locurile de lansare. Deși un NRE funcțional reprezintă un pericol pentru personalul de exploatare, „încă de la o zi după încheierea operațiunii NRE, este posibil să stați câteva zeci de minute la o distanță de 50 m de NRE fără echipament individual de protecție și chiar se apropie de el.Cele mai simple mijloace de protectie permit personalului de intretinere sa intre in zona de lucru CANTA imediat dupa testare.

Nivelul de contaminare al complexelor de lansare și al mediului, aparent, nu va fi un obstacol în calea utilizării motoarelor de rachete nucleare pe etapele inferioare ale rachetelor spațiale. Problema pericolului de radiații pentru mediu și personalul de exploatare este în mare măsură atenuată de faptul că hidrogenul, folosit ca fluid de lucru, practic nu este activat la trecerea prin reactor. Prin urmare, avionul NRE nu este mai periculos decât avionul LRE. / 4 /

Concluzie

Când se analizează perspectivele de dezvoltare și utilizare a motoarelor de rachete nucleare în astronautică, ar trebui să se pornească de la caracteristicile atinse și așteptate ale diferitelor tipuri de motoare de rachete nucleare, de la ceea ce acestea pot oferi astronauticii, aplicarea lor și, în final, de la prezența unei legături strânse între problema motoarelor de rachete nucleare cu problema aprovizionării cu energie în spațiu și cu dezvoltarea energiei în general.

După cum sa menționat mai sus, dintre toate tipurile posibile de NRE, cele mai dezvoltate sunt motorul radioizotop termic și motorul cu un reactor de fisiune în fază solidă. Dar dacă caracteristicile NRE-urilor radioizotopice nu ne permit să sperăm la aplicarea lor largă în astronautică (cel puțin în viitorul apropiat), atunci crearea NRE-urilor în fază solidă deschide perspective mari pentru astronautică.

De exemplu, a fost propus un dispozitiv cu o masă inițială de 40.000 de tone (adică de aproximativ 10 ori mai mare decât cea a celor mai mari vehicule de lansare moderne), cu 1/10 din această masă căzând pe sarcina utilă și 2/3 pe nuclear. taxe . Dacă la fiecare 3 secunde o încărcare este aruncată în aer, atunci alimentarea lor va fi suficientă pentru 10 zile de funcționare continuă a motorului rachetei nucleare. În acest timp, dispozitivul va accelera până la o viteză de 10.000 km/s, iar în viitor, după 130 de ani, poate ajunge la steaua Alpha Centauri.

Centralele nucleare au caracteristici unice, care includ intensitate energetică practic nelimitată, independență de funcționare față de mediul înconjurător, rezistență la influențe externe (radiații cosmice, deteriorarea meteoriților, înaltă și temperaturi scăzute etc.). Cu toate acestea, puterea maximă a instalațiilor de radioizotopi nucleari este limitată la o valoare de ordinul a câteva sute de wați. Această restricție nu există pentru centralele cu reactoare nucleare, ceea ce predetermina rentabilitatea utilizării lor în timpul zborurilor pe termen lung ale navelor spațiale grele în spațiul apropiat Pământului, în timpul zborurilor către planete îndepărtate ale sistemului solar și în alte cazuri.

Avantajele NRE-urilor în fază solidă și ale altor NRE cu reactoare de fisiune sunt dezvăluite cel mai pe deplin în studiul unor programe spațiale complexe precum zborurile cu echipaj pe planetele sistemului solar (de exemplu, în timpul unei expediții pe Marte). În acest caz, o creștere a impulsului specific al RD face posibilă rezolvarea unor probleme calitativ noi. Toate aceste probleme sunt mult facilitate de utilizarea unui NRE în fază solidă cu un impuls specific de două ori mai mare decât al LRE-urilor moderne. În acest caz, devine posibilă și reducerea semnificativă a timpilor de zbor.

Cel mai probabil, în viitorul apropiat, NRE-urile în fază solidă vor deveni unul dintre cele mai comune RD. NRE în fază solidă poate fi folosit ca vehicule pentru zboruri pe distanțe lungi, de exemplu, către planete precum Neptun, Pluto și chiar zboară din Sistemul Solar. Cu toate acestea, pentru zborurile către stele, NRE, bazată pe principiile fisiunii, nu este potrivită. În acest caz, NRE-urile sau, mai exact, motoarele cu reacție termonucleare (TRD) care funcționează pe principiul reacțiilor de fuziune și motoarele cu reacție fotonice (PRD), în care reacția de anihilare a materiei și antimateriei este sursa impulsului, sunt promițătoare. Cu toate acestea, cel mai probabil ca umanitatea să călătorească în spațiul interstelar va folosi o metodă de mișcare diferită, diferită de cea a jetului.

În concluzie, voi reformula celebra frază a lui Einstein - pentru a călători spre stele, omenirea trebuie să vină cu ceva care să fie comparabil ca complexitate și percepție cu un reactor nuclear pentru un Neanderthal!

LITERATURĂ

Surse:

1. "Rachete și oameni. Cartea a 4-a cursă lunară" - M: Knowledge, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Bătălia pentru stele. Confruntare spațială" - M: cunoaștere, 1998.
4. L. Gilberg „Cucerirea cerului” - M: Knowledge, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. „Motor”, „Motoare nucleare pentru vehicule spațiale”, nr. 5, 1999

7. „Motor”, „Motoare nucleare în fază gazoasă pentru vehicule spațiale”,

Nr. 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., Transportul Chekalin al viitorului.

Moscova: Knowledge, 1983.

11., Explorarea spațiului Chekalin.- M.:

Cunoașterea, 1988.

12. Gubanov B. „Energie – Buran” - un pas în viitor // Știință și viață.-

13. Getland K. Tehnologia spațială.- M.: Mir, 1986.

14., Sergheiuk și comerțul. - M .: APN, 1989.

15 .URSS în spațiu. 2005.-M.: APN, 1989.

16. În drum spre spațiul adânc // Energie. - 1985. - Nr. 6.

APENDICE

Principalele caracteristici ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă

Țara producătorului	Motor	Împingere în vid, kN	impuls specific, sec		Lucru de proiect, an
	Ciclu mixt NERVA/Lox