Akta dig för många bokstäver.

En flygmodell av en rymdfarkost med ett kärnkraftverk (NPP) i Ryssland planeras att skapas 2025. Det relevanta arbetet ingår i utkastet till federalt rymdprogram för 2016–2025 (FKP-25), som skickades av Roscosmos till ministerierna för godkännande.

Kärnkraftssystem anses vara de främsta lovande energikällorna i rymden när man planerar storskaliga interplanetära expeditioner. I framtiden kommer kärnkraftverk, som för närvarande utvecklas av Rosatom-företag, att kunna tillhandahålla megawattkraft i rymden i framtiden.

Allt arbete med att skapa kärnkraftverk fortskrider i enlighet med de planerade tidsfristerna. Vi kan med stor tillförsikt säga att arbetet kommer att slutföras i tid, fastställt av målprogrammet, - säger Andrey Ivanov, projektledare för kommunikationsavdelningen för det statliga företaget Rosatom.

Nyligen har projektet avslutat två milstolpar: en unik design av bränsleelementet har skapats, vilket säkerställer drift vid höga temperaturer, stora temperaturgradienter och högdosbestrålning. Teknologiska tester av reaktorkärlet i den framtida rymdkraftenheten har också slutförts framgångsrikt. Som en del av dessa tester trycksattes kroppen och 3D-mätningar gjordes i områdena basmetall, omkretssvets och konövergång.

Funktionsprincip. Skapelsens historia.

FRÅN kärnreaktor det finns inga grundläggande svårigheter för rymdtillämpningar. Under perioden 1962 till 1993 ackumulerades en rik erfarenhet av produktion av liknande installationer i vårt land. Liknande arbete utfördes i USA. Sedan början av 1960-talet har flera typer av elektriska jetmotorer utvecklats i världen: jon, stationär plasma, en anodlagermotor, pulsad plasmamotor, magnetoplasma, magnetoplasmodynamisk.

Arbeta med att skapa kärnkraftsmotorer för rymdskepp genomfördes aktivt i Sovjetunionen och USA under det senaste århundradet: amerikanerna stängde projektet 1994, Sovjetunionen - 1988. Nedläggningen av arbetet underlättades till stor del av Tjernobyl-katastrofen, som påverkade den allmänna opinionen negativt när det gäller användningen av kärnenergi. Dessutom ägde tester av kärnkraftsinstallationer i rymden inte alltid rum regelbundet: 1978 kom den sovjetiska satelliten Kosmos-954 in i atmosfären och föll isär och spred tusentals radioaktiva fragment över ett område på 100 tusen kvadratmeter. km i nordvästra Kanada. Sovjetunionen betalade Kanada skadeståndöver 10 miljoner dollar.

I maj 1988 lade två organisationer – Federation of American Scientists och Committee of Soviet Scientists for Peace Against the Nuclear Threat – fram ett gemensamt förslag om att förbjuda användningen av kärnenergi i rymden. Det förslaget fick inga formella konsekvenser, men sedan dess har inget land skjutit upp rymdfarkoster med kärnkraftverk ombord.

De stora fördelarna med projektet är praktiskt taget viktiga prestandaegenskaper - en lång livslängd (10 års drift), ett betydande översynsintervall och lång drifttid på en strömbrytare.

Under 2010 formulerades tekniska förslag för projektet. Designen började i år.

Kärnkraftverket innehåller tre huvudanordningar: 1) en reaktoranläggning med en arbetsvätska och hjälpanordningar (en värmeväxlare-rekuperator och en turbogenerator-kompressor); 2) elektriskt framdrivningssystem för raketer; 3) kyl-sändare.

Reaktor.

Ur fysisk synvinkel är detta en kompakt gaskyld snabb neutronreaktor.
Bränslet som används är en förening (dioxid eller karbonitrid) av uran, men eftersom konstruktionen måste vara mycket kompakt har uran en högre anrikning i 235-isotopen än i konventionella (civila) bränslestavar. kärnkraftverk möjligen högre än 20%. Och deras skal är en monokristallin legering av eldfasta metaller baserad på molybden.

Detta bränsle måste arbeta vid mycket höga temperaturer. Därför var det nödvändigt att välja material som kunde begränsa de negativa faktorerna förknippade med temperatur, och samtidigt tillåta bränslet att utföra sin huvudfunktion - att värma gaskylvätskan, som kommer att användas för att producera el.

Kylskåp.

Gaskylning under driften av en kärnkraftsanläggning är absolut nödvändig. Hur dumpar man värme i yttre rymden? Den enda möjligheten är strålningskylning. Den uppvärmda ytan i tomrummet kyls genom att sända ut elektromagnetiska vågor inom ett brett område, inklusive synligt ljus. Det unika med projektet är användningen av en speciell kylvätska - helium-xenon-blandning. Installationen ger en hög effektivitet.

Motor.

Principen för driften av jonmotorn är som följer. En förtärnad plasma skapas i gasurladdningskammaren med hjälp av anoder och ett katodblock placerat i ett magnetfält. Joner av arbetsvätskan (xenon eller annan substans) "dras" från den av emissionselektroden och accelereras i gapet mellan den och accelerationselektroden.

För genomförandet av planen utlovades 17 miljarder rubel under perioden 2010 till 2018. Av dessa medel var 7,245 miljarder rubel öronmärkta för det statliga företaget Rosatom för att bygga själva reaktorn. Övriga 3,955 miljarder - FSUE "Center of Keldysh" för skapandet av en kärnkraftsframdrivningsanläggning. Ytterligare 5,8 miljarder rubel kommer att gå till RSC Energia, där arbetsbilden för hela transport- och energimodulen måste bildas inom samma tidsram.

Enligt planerna, i slutet av 2017, kommer ett kärnkraftverk att förberedas för att färdigställa transport- och energimodulen (interplanetär flygmodul). I slutet av 2018 kommer kärnkraftverket att vara klart för flygdesigntest. Projektet finansieras från den federala budgeten.

Det är ingen hemlighet att arbetet med att skapa kärnraketmotorer startade i USA och i Sovjetunionen redan på 60-talet av förra seklet. Hur långt har de kommit? Och vilka utmaningar stötte du på på vägen?

Anatoly Koroteev: Arbetet med användningen av kärnenergi i rymden började och utfördes aktivt i vårt land och i USA på 1960- och 70-talen.

Till en början var uppgiften att skapa raketmotorer som skulle använda vätgasuppvärmning till en temperatur på cirka 3000 grader istället för den kemiska energin från bränsle och oxidationsmedelsförbränning. Men det visade sig att en sådan direkt väg fortfarande är ineffektiv. Vi får hög dragkraft under kort tid, men samtidigt kastar vi ut en jet, som vid onormal drift av reaktorn kan visa sig vara radioaktivt förorenad.

Viss erfarenhet fick man, men varken vi eller amerikanerna kunde skapa pålitliga motorer då. De fungerade, men inte tillräckligt, för att värma upp vätgas till 3000 grader i en kärnreaktor är en allvarlig uppgift. Och dessutom fanns det miljöproblem under marktester av sådana motorer, eftersom radioaktiva jetstrålar släpptes ut i atmosfären. Det är inte längre en hemlighet att sådant arbete utfördes på Semipalatinsk-testplatsen speciellt förberedd för kärnvapenprovning, som förblev i Kazakstan.

Det vill säga två parametrar visade sig vara kritiska - oöverkomlig temperatur och strålningsemissioner?

Anatoly Koroteev: I allmänhet, ja. Av dessa och några andra skäl avslutades eller avbröts arbetet i vårt land och i USA - det kan bedömas på olika sätt. Och det föreföll oss orimligt att återuppta dem på ett sådant sätt, skulle jag säga, på ett frontalt sätt, för att göra en kärnkraftsmotor med alla de brister som redan nämnts. Vi har föreslagit ett helt annat tillvägagångssätt. Den skiljer sig från den gamla på samma sätt som en hybridbil skiljer sig från en konventionell. I en konventionell bil vrider motorn hjulen, medan i hybridbilar genereras elektricitet från motorn, och denna elektricitet vrider hjulen. Det vill säga att ett visst mellankraftverk skapas.

Så vi föreslog ett schema där rymdreaktorn inte värmer strålen som kastas ut från den, utan genererar elektricitet. Den heta gasen från reaktorn vänder turbinen, turbinen vänder den elektriska generatorn och kompressorn, som cirkulerar arbetsvätskan i en sluten krets. Generatorn, å andra sidan, genererar elektricitet till en plasmamotor med en specifik dragkraft som är 20 gånger högre än den för kemiska motsvarigheter.

Smart upplägg. I huvudsak är detta ett minikärnkraftverk i rymden. Och vilka är dess fördelar jämfört med en ramjet-kärnmotor?

Anatoly Koroteev: Huvudsaken är att strålen som kommer ut ur den nya motorn inte kommer att vara radioaktiv, eftersom en helt annan arbetsvätska passerar genom reaktorn, som finns i en sluten krets.

Dessutom behöver vi inte värma upp väte till extrema värden med detta schema: en inert arbetsvätska cirkulerar i reaktorn, som värms upp till 1500 grader. Vi förenklar på allvar vår uppgift. Och som ett resultat kommer vi att höja den specifika dragkraften inte två gånger, utan 20 gånger jämfört med kemiska motorer.

En annan sak är också viktig: det finns inget behov av komplexa fullskaliga tester, som kräver infrastrukturen från den tidigare Semipalatinsk-testplatsen, i synnerhet bänkbasen som fanns kvar i staden Kurchatov.

I vårt fall kan alla nödvändiga tester utföras på Rysslands territorium, utan att bli involverad i långa internationella förhandlingar om användningen av kärnenergi utanför vår stat.

Utförs liknande arbeten i andra länder?

Anatoly Koroteev: Jag hade ett möte med den biträdande chefen för NASA, vi diskuterade frågor relaterade till återgången till arbetet med kärnenergi i rymden, och han sa att amerikanerna visar stort intresse för detta.

Det är fullt möjligt att Kina också kan svara med aktiva åtgärder från sin sida, så det är nödvändigt att arbeta snabbt. Och inte bara för att komma före någon med ett halvt steg.

Vi måste arbeta snabbt, först och främst, så att vi i det framväxande internationella samarbetet, och de facto det bildas, ser värdiga ut.

Jag utesluter inte att ett internationellt program för ett kärnkraftverk inom rymdfart, liknande det program för kontrollerad termonukleär fusion som genomförs nu, kan komma att initieras inom en snar framtid.

Flytande raketmotorer gjorde det möjligt för människan att ta sig ut i rymden – i omloppsbanor nära jorden. Men hastigheten på jetströmmen i LRE överstiger inte 4,5 km / s, och för flygningar till andra planeter behövs tiotals kilometer per sekund. En möjlig utväg är att använda energin från kärnreaktioner.

Det praktiska skapandet av kärnraketmotorer (NRE) utfördes endast av Sovjetunionen och USA. 1955 började USA implementeringen av Rover-programmet för att utveckla en kärnraketmotor för rymdskepp. Tre år senare, 1958, togs projektet över av NASA, som satte en specifik uppgift för fartyg med YARD - en flygning till månen och Mars. Sedan dess har programmet blivit känt som NERVA, som står för "kärnmotor för installation på raketer."

Vid mitten av 1970-talet, inom ramen för detta program, var det tänkt att den skulle konstruera en kärnraketmotor med en dragkraft på cirka 30 ton (för jämförelse var den karakteristiska dragkraften för en dåvarande raketmotor cirka 700 ton), men med en gasavgashastighet på 8,1 km/s. Men 1973 stängdes programmet på grund av förskjutningen i USA:s intressen mot rymdfärjan.

I Sovjetunionen utfördes designen av den första NRE under andra hälften av 50-talet. Samtidigt började sovjetiska designers, istället för att skapa en fullskalig modell, göra separata delar av YARD. Och sedan testades dessa utvecklingar i samarbete med en specialdesignad pulserad grafitreaktor (IGR).

På 70-80-talet av förra seklet skapade Salyut Design Bureau, Khimavtomatika Design Bureau och Luch Research and Production Association projekt för rymdkärnraketmotorerna RD-0411 och RD-0410 med en dragkraft på 40 och 3,6 ton, respektive. Under designprocessen tillverkades en reaktor, en "kall" motor och en bänkprototyp för testning.

I juli 1961 tillkännagav den sovjetiske akademikern Andrei Sacharov projektet för en kärnvapenexplosion vid ett möte med ledande atomforskare i Kreml. Sprängämnet hade konventionella raketmotorer för flytande drivmedel för start, medan det i rymden var tänkt att explodera små kärnladdningar. Klyvningsprodukterna som genererades under explosionen överförde sitt momentum till fartyget, vilket fick det att flyga. Men den 5 augusti 1963 undertecknades ett avtal i Moskva som förbjöd kärnvapenprov i atmosfären, yttre rymden och under vatten. Detta var anledningen till att kärnsprängprogrammet stängdes.

Det är möjligt att utvecklingen av YARD var före sin tid. De var dock inte alltför för tidigt födda. När allt kommer omkring tar förberedelsen av en bemannad flygning till andra planeter flera decennier, och framdrivningssystemen för det måste förberedas i förväg.

Design av en kärnraketmotor

Kärn raketmotor(NRE) - en jetmotor där energin som härrör från en kärnkraftsnedbrytning eller fusionsreaktion värmer upp arbetsvätskan (oftast väte eller ammoniak).

Det finns tre typer av NRE beroende på typen av bränsle för reaktorn:

• fast fas;
• vätskefas;
• gasfas.

Den mest kompletta är fast fas motoralternativ. Figuren visar ett diagram över den enklaste NRE med en fast kärnbränslereaktor. Arbetsvätskan är placerad i en extern tank. Med hjälp av en pump matas den in i motorkammaren. I kammaren sprutas arbetsvätskan med hjälp av munstycken och kommer i kontakt med det värmealstrande kärnbränslet. När den värms upp expanderar den och flyger ut ur kammaren genom ett munstycke med hög hastighet.

Flytande fas- Kärnbränsle i reaktorhärden i en sådan motor är i flytande form. Traktionsparametrarna för sådana motorer är högre än för fastfas, på grund av den högre temperaturen i reaktorn.

I gasfas NRE-bränsle (till exempel uran) och arbetsvätskan är i gasform (i form av plasma) och hålls i arbetsområdet av ett elektromagnetiskt fält. Uppvärmd till tiotusentals grader överför uranplasma värme till arbetsvätskan (till exempel väte), som i sin tur, värms upp till höga temperaturer, bildar en stråle.

Beroende på typen av kärnreaktion särskiljs en radioisotopraketmotor, en termonukleär raketmotor och en egentlig kärnkraftsmotor (energin från kärnklyvning används).

Ett intressant alternativ är också en pulsad NRE - det föreslås att använda en kärnladdning som energikälla (bränsle). Sådana installationer kan vara av interna och externa typer.

De främsta fördelarna med YRD är:

• hög specifik impuls;
• betydande energireserv;
• framdrivningssystemets kompakthet;
• möjligheten att få mycket stor dragkraft - tiotals, hundratals och tusentals ton i ett vakuum.

Den största nackdelen är den höga strålningsrisken hos framdrivningssystemet:

• flöden av penetrerande strålning (gammastrålning, neutroner) under kärnreaktioner;
• avlägsnande av högradioaktiva föreningar av uran och dess legeringar;
• utflöde av radioaktiva gaser med arbetsvätskan.

Därför är uppskjutningen av en kärnkraftsmotor oacceptabel för uppskjutningar från jordens yta på grund av risken för radioaktiv kontaminering.

Hittades intressant artikel. Generellt sett har nukleära rymdfarkoster alltid intresserat mig. Detta är framtiden för rymdutforskning. Omfattande arbete med detta ämne utfördes också i Sovjetunionen. Artikeln handlar om dem.

Atomdrivet utrymme. Drömmar och verklighet.

Doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper Yu. Ya. Stavissky

1950 försvarade jag min examen i teknisk fysik vid Moskvas mekaniska institut (MMI) vid ministeriet för krigsmateriel. Fem år tidigare, 1945, bildades där en teknisk fysikavdelning, som utbildade specialister för en ny industri, vars uppgifter främst omfattade tillverkning av kärnvapen. Fakulteten var oöverträffad. Tillsammans med grundläggande fysik inom ramen för universitetskurser (metoder för matematisk fysik, relativitetsteori, kvantmekanik, elektrodynamik, statistisk fysik och andra) fick vi lära oss ett helt spektrum av ingenjörsdiscipliner: kemi, metallvetenskap, materialstyrka, teorin om mekanismer och maskiner, etc. Skapad av den framstående sovjetiske fysikern Alexander Ilyich Leipunsky, MMI-fakulteten of Engineering Physics växte med tiden till Moscow Engineering Physics Institute (MEPhI). En annan fakultet för teknisk fysik, som också senare slogs samman till MEPhI, bildades vid Moscow Power Engineering Institute (MPEI), men om vid MMI låg huvudtyngdpunkten på grundläggande fysik, så låg det vid Energiinstitutet på termisk och elektrofysik.

Vi studerade kvantmekanik med hjälp av boken av Dmitry Ivanovich Blokhintsev. Föreställ dig min förvåning när jag under distributionen skickades att arbeta med honom. Jag är en ivrig experimenterare (som barn demonterade jag alla klockor i huset), och plötsligt kommer jag till en välkänd teoretiker. Jag greps av en lätt panik, men vid ankomsten till platsen - "Objekt B" från USSR:s inrikesministerium i Obninsk - insåg jag omedelbart att jag var förgäves orolig.

Vid det här laget var huvudämnet för "Objekt B", som faktiskt leddes av A.I. Leipunsky, har redan bildats. Här skapade man reaktorer med utökad reproduktion av kärnbränsle – "snabba uppfödare". Som direktör initierade Blokhintsev utvecklingen av en ny riktning - skapandet av atomdrivna motorer för rymdflyg. Att bemästra rymden var en gammal dröm för Dmitry Ivanovich, även i sin ungdom korresponderade han och träffade K.E. Tsiolkovsky. Jag tror att förståelsen för kärnenergins gigantiska möjligheter, i termer av värmevärde miljoner gånger högre än de bästa kemiska bränslena, bestämde livsväg DI. Blokhintsev.
"Du kan inte se ett ansikte mot ansikte" ... Under de åren förstod vi inte mycket. Först nu, när det äntligen blev möjligt att jämföra handlingar och öden för de framstående forskarna vid Physico-Energy Institute (IPPE) - det tidigare "Objekt B", omdöpt den 31 december 1966 - finns det en korrekt, som det verkar för mig, förståelse för de idéer som rörde dem vid den tiden. Med all mångfald av ärenden som institutet hade att hantera är det möjligt att peka ut prioritet vetenskapliga riktningar, vilket visade sig ligga inom dess ledande fysikers intressesfär.

Huvudintresset för AIL (som Alexander Ilyich Leipunsky kallades bakom ryggen på institutet) är utvecklingen av global energi baserad på snabbförädlareaktorer (kärnreaktorer som inte har några restriktioner för kärnbränsleresurser). Det är svårt att överskatta betydelsen av detta verkligt "kosmiska" problem, som han ägnade det sista kvartssekelet av sitt liv åt. Leipunsky spenderade också mycket energi på försvaret av landet, i synnerhet på skapandet av atommotorer för ubåtar och tunga flygplan.

Intressen D.I. Blokhintsev (smeknamnet "D.I." tilldelades honom) syftade till att lösa problemet med att använda kärnenergi för rymdflyg. Tyvärr tvingades han i slutet av 1950-talet lämna detta jobb och leda skapandet av en internationell vetenskapligt centrum- Gemensamma institutet för kärnkraftsforskning i Dubna. Där arbetade han med pulssnabba reaktorer – IBR. Detta var det sista stora i hans liv.

Ett mål - ett lag

DI. Blokhintsev, som undervisade i slutet av 1940-talet vid Moscow State University, lade märke till det och bjöd sedan in den unge fysikern Igor Bondarenko att arbeta i Obninsk, som bokstavligen tjatade om kärnkraftsdrivna rymdskepp. Hans första handledare var A.I. Leipunsky och Igor behandlade naturligtvis sitt ämne - snabba uppfödare.

Under D.I. Blokhintsev, en grupp forskare bildades runt Bondarenko, som enades för att lösa problemen med att använda atomenergi i rymden. Förutom Igor Ilyich Bondarenko inkluderade gruppen: Viktor Yakovlevich Pupko, Edvin Alexandrovich Stumbur och författaren till dessa rader. Igor var den främsta ideologen. Edwin genomförde experimentella studier av markmodeller av kärnreaktorer i rymdinstallationer. Jag var huvudsakligen engagerad i raketmotorer med "låg dragkraft" (dragkraften i dem skapas av en sorts accelerator - "jonframdrivning", som drivs av energi från ett kärnkraftverk i rymden). Vi har utforskat processerna
flyter i jonpropeller, på markbestånd.

På Victor Pupko (i framtiden
han blev chef för rymdteknikavdelningen på IPPE) det var mycket organisatoriskt arbete. Igor Ilyich Bondarenko var en enastående fysiker. Han kände subtilt på experimentet, satte upp enkla, eleganta och mycket effektiva experiment. Jag tror, ​​som ingen experimenterare, och kanske få teoretiker, "kände" grundläggande fysik. Alltid lyhörd, öppen och vänlig, Igor var verkligen institutets själ. Tills nu lever FEI efter hans idéer. Bondarenko levde ett orimligt kort liv. 1964, vid 38 års ålder, dog han tragiskt på grund av ett medicinskt misstag. Det var som om Gud, när han såg hur mycket människan hade gjort, bestämde att det redan var för mycket och befallde: "Nog."

Kan inte glömma en till unik personlighet- Vladimir Alexandrovich Malykh, teknolog "från Gud", modern Leskovsky Lefty. Om "produkterna" från de ovan nämnda forskarna huvudsakligen var idéer och beräknade uppskattningar av deras verklighet, hade Malykhs verk alltid en produktion "i metall". Dess tekniksektor, som vid tiden för IPPE:s storhetstid uppgick till mer än två tusen anställda, kunde utan att överdriva allt. Dessutom har han själv alltid spelat en nyckelroll.

V.A. Malykh började som laboratorieassistent på ett forskningsinstitut kärnfysik Moscow State University, med tre kurser i fysikfakulteten bakom sin själ, lät kriget mig inte avsluta mina studier. I slutet av 1940-talet lyckades han skapa en teknik för tillverkning av teknisk keramik baserad på berylliumoxid, ett unikt material, ett dielektrikum med hög värmeledningsförmåga. Före Malykh kämpade många utan framgång med detta problem. Och bränslecellen baserad på kommersiellt rostfritt stål och naturligt uran, som han utvecklade för det första kärnkraftverket, är ett mirakel i det och i nutid. Eller det termioniska bränsleelementet i den reaktorelektriska generatorn designad av Malykh för att driva rymdfarkoster - "girlanden". Hittills har inget bättre dykt upp på detta område. Malykhs skapelser var inte demonstrationsleksaker, utan element av kärnteknik. De arbetade i månader och år. Vladimir Alexandrovich blev doktor i tekniska vetenskaper, pristagare av Leninpriset, hjälte av socialistiskt arbete. 1964 dog han tragiskt av konsekvenserna av en militär hjärnskakning.

Steg för steg

S.P. Korolev och D.I. Blokhintsev har länge närt drömmen om bemannad rymdfärd. Nära arbetsband knöts mellan dem. Men i början av 1950-talet, på höjden av kalla kriget", medel sparades inte bara för militära ändamål. Raketteknologi betraktades bara som en bärare av kärnladdningar, och satelliter var inte ens tänkt på. Samtidigt, Bondarenko, veta om senaste prestationer raketforskare, förespråkade ihärdigt skapandet av en konstgjord satellit för jorden. Senare kom ingen ihåg detta.

Historien om skapandet av raketen som lyfte planetens första kosmonaut, Yuri Gagarin, ut i rymden är nyfiken. Det är förknippat med namnet på Andrei Dmitrievich Sakharov. I slutet av 1940-talet utvecklade han en kombinerad fission-termonukleär laddning - "puff", uppenbarligen, oavsett "fadern" vätebomb" Edward Teller, som föreslog en liknande produkt som heter "väckarklocka". Men Teller insåg snart att en kärnladdning av en sådan design skulle ha en "begränsad" avkastning, inte mer än ~ 500 kiloton dragekvivalent. Detta räcker inte för det "absoluta" vapnet, så "väckarklockan" övergavs. I unionen, 1953, sprängde de Sacharov-puff RDS-6 i luften.

Efter framgångsrika tester och valet av Sacharov till akademiker, har dåvarande chefen för Minsredmash V.A. Malyshev bjöd in honom till sin plats och satte uppgiften att bestämma parametrarna för nästa generations bomb. Andrei Dmitrievich uppskattade (utan detaljerad studie) vikten av en ny, mycket kraftfullare laddning. Sacharovs rapport låg till grund för resolutionen från SUKP:s centralkommitté och Sovjetunionens ministerråd, som ålade S.P. Korolev kommer att utveckla en ballistisk bärraket för denna laddning. Det var en sådan R-7-raket som heter Vostok som skickade upp en konstgjord jordsatellit 1957 och en rymdfarkost med Yuri Gagarin 1961 i omloppsbana. Det var inte längre planerat att använda den som bärare av en tung kärnladdning, sedan utvecklingen termonukleära vapen gick åt andra hållet.

I det inledande skedet av IPPE:s kärnkraftsprogram för rymden, tillsammans med V.N. Chelomeya utvecklade en atomär kryssningsmissil. Denna riktning utvecklades inte länge och slutade med beräkningar och testning av motorelement skapade i avdelningen för V.A. Malykha. I själva verket var det ett lågtflygande obemannat flygplan med en ramjet-kärnmotor och en kärnstridsspets (en sorts kärnkraftsanalog till den "surrande buggen" - den tyska V-1). Systemet lanserades med hjälp av konventionella raketboosters. Efter att ha nått en given hastighet skapades dragkraft av atmosfärisk luft, uppvärmd av en kedjereaktion av klyvning av berylliumoxid impregnerad med anrikat uran.

Generellt sett bestäms förmågan hos en raket att utföra en eller annan kosmonautisk uppgift av den hastighet den får efter att ha förbrukat hela förrådet av arbetsvätskan (bränsle och oxidationsmedel). Den beräknas enligt Tsiolkovsky-formeln: V = c × lnMn / Mk, där c är utflödeshastigheten för arbetsvätskan, och Mn och Mk är raketens initiala och slutliga massa. I konventionella kemiska raketer bestäms avgashastigheten av temperaturen i förbränningskammaren, typen av bränsle och oxidationsmedel och förbränningsprodukternas molekylvikt. Till exempel använde amerikanerna väte som bränsle i nedstigningsfordonet för att landa astronauter på månen. Produkten av dess förbränning är vatten, vars molekylvikt är relativt låg, och flödeshastigheten är 1,3 gånger högre än vid bränning av fotogen. Detta räcker för att nedstigningsfordonet med astronauter ska nå månens yta och sedan återföra dem till dess konstgjorda satellits omloppsbana. På Korolev avbröts arbetet med vätgas på grund av en olycka med skadade. Vi hade inte tid att skapa ett fordon för månnedstigning för människor.

Ett av sätten att avsevärt öka avgashastigheten är skapandet av nukleära termiska raketer. Vi hade ballistiska atommissiler (BAR) med en räckvidd på flera tusen kilometer (ett gemensamt projekt av OKB-1 och IPPE), amerikanerna hade liknande system av Kiwi-typ. Motorerna testades på testplatserna nära Semipalatinsk och i Nevada. Principen för deras funktion är som följer: väte värms upp i en kärnreaktor till höga temperaturer, passerar in i ett atomärt tillstånd och utgår redan i denna form från en raket. I det här fallet ökar avgashastigheten med mer än fyra gånger jämfört med en kemisk väteraket. Frågan var att ta reda på till vilken temperatur väte kan värmas upp i en fastbränslecellsreaktor. Beräkningar gav ca 3000°K.

Vid NII-1, vars handledare var Mstislav Vsevolodovich Keldysh (då ordförande för USSR Academy of Sciences), avdelningen för V.M. Ievleva, med deltagande av IPPE, var engagerad i ett helt fantastiskt schema - en gasfasreaktor där en kedjereaktion fortsätter i en gasformig blandning av uran och väte. Väte strömmar ut ur en sådan reaktor tio gånger snabbare än från en fast bränsle, medan uran separeras och stannar kvar i härden. En av idéerna var att använda centrifugalseparation, när en het gasblandning av uran och väte "snurras" av inkommande kallt väte, vilket resulterar i att uran och väte separeras, som i en centrifug. Ievlev försökte faktiskt att direkt återskapa processerna i förbränningskammaren i en kemisk raket, och använde som energikälla inte bränslets förbränningsvärme utan en klyvningskedjereaktion. Detta banade väg för full användning av energiintensitet atomkärnor. Men frågan om möjligheten till utflöde av rent väte (utan uran) från reaktorn förblev olöst, för att inte tala om de tekniska problemen i samband med bibehållandet av hög temperatur gasblandningar vid tryck på hundratals atmosfärer.

IPPE-arbetet med ballistiska atommissiler avslutades 1969-1970 med "brandtester" på Semipalatinsks testplats av en prototyp av kärnraketmotorer med fasta bränsleelement. Den skapades av IPPE i samarbete med Voronezh Design Bureau A.D. Konopatov, Moskva NII-1 och ett antal andra tekniska grupper. Motorn med en dragkraft på 3,6 ton baserades på kärnreaktorn IR-100 med bränsleelement gjorda av en fast lösning av urankarbid och zirkoniumkarbid. Vätgastemperaturen nådde 3000°K vid en reaktoreffekt på ~170 MW.

Nukleära thrusters

Hittills har vi pratat om raketer med en dragkraft större än deras vikt, som skulle kunna skjutas upp från jordens yta. I sådana system gör en ökning av avgashastigheten det möjligt att minska lagret av arbetsvätskan, öka nyttolasten och överge flerstegsprocessen. Det finns dock sätt att uppnå praktiskt taget obegränsade avgashastigheter, till exempel acceleration av materia av elektromagnetiska fält. Jag arbetade inom detta område i nära kontakt med Igor Bondarenko i nästan 15 år.

Accelerationen av en raket med en elektrisk jetmotor (EP) bestäms av förhållandet mellan den specifika kraften hos rymdkärnkraftverket (KAES) installerat på dem och avgashastigheten. Inom överskådlig framtid kommer den specifika effekten för KNPP tydligen inte att överstiga 1 kW/kg. Samtidigt är det möjligt att skapa raketer med låg dragkraft, tiotals och hundratals gånger mindre än raketens vikt, och med en mycket låg förbrukning av arbetsvätskan. En sådan raket kan bara skjutas upp från en konstgjord jordsatellits omloppsbana och, långsamt accelererande, nå höga hastigheter.

För flygningar inom solsystemet behövs raketer med en expirationshastighet på 50-500 km/s, och för flygningar till stjärnorna "fotonraketer" som går utöver vår fantasi med en utandningshastighet, lika hastighet Sveta. För att genomföra en långväga rymdflygning av någon rimlig varaktighet behövs ofattbara kraft-till-vikt-förhållanden för kraftverk. Än så länge är det omöjligt att ens föreställa sig vilka fysiska processer de kan baseras på.

De utförda beräkningarna visade att under den stora konfrontationen, när jorden och Mars är närmast varandra, är det möjligt att flyga en nukleär rymdfarkost med en besättning till Mars på ett år och återföra den till omloppsbanan för en artificiell jordens satellit. . Den totala vikten av ett sådant fartyg är cirka 5 ton (inklusive reserv för arbetsvätskan - cesium, lika med 1,6 ton). Den bestäms huvudsakligen av massan av KNPP med en effekt på 5 MW, medan den reaktiva dragkraften bestäms av en två megawatts stråle av cesiumjoner med en energi på 7 kiloelektronvolt*. Fartyget startar från en artificiell jordsatellits omloppsbana, går in i en Mars-satellits omloppsbana och måste gå ner till dess yta på en apparat med en vätekemisk motor, liknande den amerikanska månens.

Denna riktning, baserat på tekniska lösningar, som redan är möjliga idag, ägnades en stor cykel av IPPE-arbeten åt.

Jonpropeller

Under dessa år diskuterades sätt att skapa olika elektriska framdrivningssystem för rymdfarkoster, såsom "plasmapistoler", elektrostatiska acceleratorer av "damm" eller vätskedroppar. Ingen av idéerna hade dock en tydlig fysisk grund. Upptäckten var ytjoniseringen av cesium.

Redan på 1920-talet upptäckte den amerikanske fysikern Irving Langmuir ytjoniseringen av alkalimetaller. När en cesiumatom avdunstar från ytan av en metall (i vårt fall volfram), vars elektronarbetsfunktion är större än cesiumjoniseringspotentialen, förlorar den en svagt bunden elektron i nästan 100 % av fallen och visar sig vara en enkel laddad jon. Ytjoniseringen av cesium på volfram är alltså den fysiska processen som gör det möjligt att skapa en jonframdrivare med nästan 100 % användning av arbetsvätskan och med en energieffektivitet nära enhet.

Vår kollega Stal Yakovlevich Lebedev spelade en viktig roll i att skapa modeller av en jonframdrivare av ett sådant system. Med sin järnuthållighet och uthållighet övervann han alla hinder. Som ett resultat var det möjligt att i metall reproducera en platt tre-elektrodkrets av en jonpropulsor. Den första elektroden är en volframplatta med en storlek på cirka 10 × 10 cm med en potential på +7 kV, den andra är ett volframnät med en potential på -3 kV, och den tredje är ett torerat volframnät med noll potential. "Molekylpistolen" gav en stråle av cesiumånga, som föll genom alla galler på ytan av volframplattan. En balanserad och kalibrerad metallplatta, den så kallade balansen, tjänade till att mäta "kraften", d.v.s. jonstrålens dragkraft.

En accelererande spänning till det första nätet accelererar cesiumjoner till 10 000 eV, medan en retarderande spänning till det andra nätet saktar ner dem till 7 000 eV. Detta är den energi med vilken jonerna måste lämna propellern, vilket motsvarar en utströmningshastighet på 100 km/s. Men en jonstråle, begränsad av en rymdladdning, kan inte "gå ut i yttre rymden". Den volymetriska laddningen av joner måste kompenseras av elektroner för att bilda en kvasi-neutral plasma, som fritt fortplantar sig i rymden och skapar reaktiv dragkraft. Elektronkällan för att kompensera rymdladdningen för jonstrålen är det tredje nätet (katoden) som värms upp av strömmen. Det andra, "låsande" gallret förhindrar elektroner från att ta sig från katoden till volframplattan.

Den första erfarenheten av jonframdrivningsmodellen markerade början på mer än tio års arbete. En av de senaste modellerna - med en porös volframemitter, skapad 1965, gav en "dragkraft" på cirka 20 g vid en jonstråleström på 20 A, hade en energiutnyttjandefaktor på cirka 90 % och en materialutnyttjandegrad på 95 %.

direkt omvandling kärnvärme till elektricitet

Sätt att direkt omvandla energin från kärnklyvning till elektrisk energi har ännu inte hittats. Vi klarar oss fortfarande inte utan en mellanlänk - en värmemotor. Eftersom dess effektivitet alltid är mindre än enhet, måste "spillvärmen" placeras någonstans. På land, i vatten och i luften är det inga problem med detta. I rymden finns det bara ett sätt - värmestrålning. KNPP kan alltså inte klara sig utan en "kylskåpssändare". Strålningsdensiteten är proportionell mot den fjärde potensen av den absoluta temperaturen, så temperaturen på radiator-emittern bör vara så hög som möjligt. Då kommer det att vara möjligt att minska arean av den strålande ytan och följaktligen kraftverkets massa. Vi kom på idén att använda den "direkta" omvandlingen av kärnvärme till elektricitet, utan turbin eller generator, vilket verkade mer pålitligt för långtidsdrift vid höga temperaturer.

Från litteraturen kände vi till verk av A.F. Joffe - grundare sovjetisk skola teknisk fysik, en pionjär inom studiet av halvledare i Sovjetunionen. Få minns nu de aktuella källorna han utvecklade, som användes under det stora fosterländska kriget. På den tiden hade mer än ett partisan detachement koppling till fastlandet tack vare "fotogen" TEGs - Ioffes termoelektriska generatorer. "Kronan" av TEGs (det var en uppsättning halvledarelement) sattes på en fotogenlampa och dess ledningar var anslutna till radioutrustning. De "heta" ändarna av elementen värmdes upp av lågan från en fotogenlampa, och de "kalla" ändarna kyldes i luft. Värmeflödet, som passerade genom halvledaren, genererade en elektromotorisk kraft, som räckte för en kommunikationssession, och i intervallen mellan dem laddade TEG batteriet. När vi tio år efter segern besökte TEG:s fabrik i Moskva visade det sig att de fortfarande hittar försäljning. Många bybor hade då ekonomiska radiomottagare "Rodina" med direkta glödlampor, drivna av ett batteri. TEG användes ofta istället.

Problemet med fotogen TEG är dess låga effektivitet (endast ca 3,5%) och låga begränsningstemperatur (350°K). Men enkelheten och tillförlitligheten hos dessa enheter lockade utvecklare. Så, halvledaromvandlare utvecklade av gruppen I.G. Gverdtsiteli vid Sukhumi Institute of Physics and Technology, har funnit tillämpning i rymdinstallationer av typen Buk.

Vid ett tillfälle har A.F. Ioffe föreslog en annan termionomvandlare - en diod i vakuum. Principen för dess funktion är som följer: en uppvärmd katod avger elektroner, en del av dem, som övervinner anodens potential, fungerar. Denna enhet förväntades ha en betydligt högre effektivitet (20-25%) med driftstemperaturöver 1000°K. Dessutom, till skillnad från en halvledare, är en vakuumdiod inte rädd för neutronstrålning, och den kan kombineras med kärnreaktor. Det visade sig dock att det var omöjligt att förverkliga idén med "vakuum" Ioffe-omvandlaren. Liksom i jonframdrivningen, i vakuumomvandlaren, behöver du bli av med rymdladdningen, men den här gången inte joner, utan elektroner. A.F. Ioffe avsåg att använda mikrongap mellan katod och anod i en vakuumomvandlare, vilket är praktiskt taget omöjligt under förhållanden med höga temperaturer och termiska deformationer. Det är här cesium kommer väl till pass: en cesiumjon, producerad genom ytjonisering vid katoden, kompenserar för rymdladdningen på cirka 500 elektroner! I själva verket är cesiumomvandlaren en "omvänd" jonpropulsor. De fysiska processerna i dem är nära.

"Garlands" V.A. Malykha

Ett av resultaten av IPPE-arbetet med termionomvandlare var skapandet av V.A. Malykh och serieproduktion i hans avdelning för bränsleelement från seriekopplade termionomvandlare - "girlanger" för Topaz-reaktorn. De gav upp till 30 V - hundra gånger mer än enelementomvandlare skapade av "konkurrerande organisationer" - Leningrad-gruppen av M.B. Barabash och senare - av Institute of Atomic Energy. Detta gjorde det möjligt att "ta bort" tiotals och hundratals gånger mer kraft från reaktorn. Men tillförlitligheten hos systemet, fyllt med tusentals termioniska element, väckte oro. Samtidigt fungerade ång- och gasturbiner utan misslyckanden, så vi riktade vår uppmärksamhet mot den "maskiniska" omvandlingen av kärnvärme till elektricitet.

Hela svårigheten låg i resursen, för vid långväga rymdflygningar måste turbogeneratorer fungera i ett år, två eller till och med flera år. För att minska slitaget bör "varvtalet" (turbinhastigheten) hållas så låga som möjligt. Å andra sidan fungerar en turbin effektivt om hastigheten på gas- eller ångmolekylerna är nära hastigheten på dess blad. Därför övervägde vi först användningen av den tyngsta - kvicksilverånga. Men vi blev rädda av den intensiva strålningsinducerade korrosion av järn och rostfritt stål som inträffade i en kvicksilverkyld kärnreaktor. På två veckor "ät" korrosion upp bränsleelementen i den experimentella snabbreaktorn "Clementine" i Argon-laboratoriet (USA, 1949) och BR-2-reaktorn vid IPPE (USSR, Obninsk, 1956).

Kaliumånga var frestande. Reaktorn med kalium som kokade i den utgjorde grunden för kraftverket vi utvecklar för en rymdfarkost med låg dragkraft - kaliumånga roterade turbogeneratorn. En sådan "maskin" metod för att omvandla värme till el gjorde det möjligt att räkna med en verkningsgrad på upp till 40 %, medan riktiga termioninstallationer gav en verkningsgrad på endast cirka 7 %. KNPP med "maskin" omvandling av kärnvärme till el har dock inte utvecklats. Fallet slutade med släppandet av en detaljerad rapport, i själva verket en "fysisk notering" till den tekniska designen av ett rymdskepp med låg dragkraft för en flygning med en besättning till Mars. Själva projektet utvecklades aldrig.

I framtiden tror jag att intresset för rymdflygningar med kärnraketmotorer helt enkelt försvann. Efter Sergei Pavlovich Korolevs död försvagades stödet för IPPE:s arbete med jonframdrivning och "maskin" kärnkraftverk märkbart. OKB-1 leddes av Valentin Petrovich Glushko, som inte hade något intresse av djärva lovande projekt. Energiya designbyrå skapad av honom byggde kraftfulla kemiska raketer och rymdfarkosten Buran som återvände till jorden.

"Buk" och "Topaz" på satelliter i "Cosmos"-serien

Arbetet med att skapa en KNPP med direkt omvandling av värme till elektricitet, nu som kraftkällor för kraftfulla radiosatelliter (rymdradarstationer och tv-sändare), fortsatte fram till starten av perestrojkan. Från 1970 till 1988 sändes ett 30-tal radarsatelliter upp i rymden med Buk kärnkraftverk med halvledaromvandlarreaktorer och två med Topaz termioniska installationer. Buk var faktiskt en TEG - en Ioffe-halvledaromvandlare, men istället för en fotogenlampa använde den en kärnreaktor. Det var en snabb reaktor med en effekt på upp till 100 kW. Den fulla lasten av höganrikat uran var cirka 30 kg. Värmen från kärnan överfördes av flytande metall - en eutektisk legering av natrium och kalium till halvledarbatterier. Elektrisk effekt nådde 5 kW.

Buk-anläggningen under vetenskaplig övervakning av IPPE utvecklades av OKB-670-specialisterna M.M. Bondaryuk, senare - NPO Krasnaya Zvezda (chefdesigner - G.M. Gryaznov). Dnepropetrovsk Design Bureau Yuzhmash (chefsdesigner M.K. Yangel) fick förtroendet att skapa en bärraket för att skjuta upp satelliten i omloppsbana.

Drifttiden för Buk är 1-3 månader. Om installationen misslyckades överfördes satelliten till en långvarig bana med en höjd av 1000 km. Under nästan 20 år av uppskjutningar har det förekommit tre fall av en satellit som faller till jorden: två i havet och en i land, i Kanada, i närheten av den stora slavsjön. Cosmos-954, som sjösattes den 24 januari 1978, föll där. Han jobbade i 3,5 månader. Satellitens uranelement brann helt upp i atmosfären. På marken hittades bara resterna av en berylliumreflektor och halvledarbatterier. (Alla dessa uppgifter ges i den gemensamma rapporten från de amerikanska och kanadensiska kärnkraftskommissionerna om Operation Morning Light.)

I det termioniska kärnkraftverket Topaz användes en termisk reaktor med en effekt på upp till 150 kW. Den fulla lasten av uran var cirka 12 kg - betydligt mindre än Buk. Grunden för reaktorn var bränsleelement - "girlander", utvecklade och tillverkade av Malykhs grupp. De var en kedja av termoelement: katoden var en "fingerborg" av volfram eller molybden fylld med uranoxid, anoden var ett tunnväggigt rör av niob kylt med flytande natrium-kalium. Katodtemperaturen nådde 1650°C. Installationens elektriska effekt nådde 10 kW.

Den första flygmodellen, Kosmos-1818-satelliten med Topaz-installationen, gick i omloppsbana den 2 februari 1987 och fungerade felfritt i sex månader, tills cesiumreserverna var uttömda. Den andra satelliten, Cosmos-1876, lanserades ett år senare. Han arbetade i omloppsbana nästan dubbelt så länge. Huvudutvecklaren av Topaz var OKB MMZ Soyuz, ledd av S.K. Tumansky (tidigare designbyrå för flygmotordesignern A.A. Mikulin).

Det var i slutet av 1950-talet, när vi arbetade med jonframdrivning, och han var på en tredjestegsmotor för en raket som skulle flyga runt månen och landa på den. Minnen från Melnikovs laboratorium är fräscha än i dag. Den låg i Podlipki (nu staden Korolev), på plats nr 3 i OKB-1. En enorm verkstad med en yta på cirka 3000 m2, kantad av dussintals skrivbord med ögleoscilloskop som spelar in på 100 mm rullpapper (detta var fortfarande en svunnen tid, idag skulle det räcka med en persondator). Vid verkstadens främre vägg finns ett stativ där förbränningskammaren till "mån"-raketmotorn är monterad. Tusentals ledningar går till oscilloskop från sensorer för gashastighet, tryck, temperatur och andra parametrar. Dagen börjar 9.00 med tändning av motorn. Den går i flera minuter, sedan omedelbart efter att den har stoppats, demonterar den första skiftmekanikern den, inspekterar noggrant och mäter förbränningskammaren. Samtidigt analyseras oscilloskopband och rekommendationer för designändringar görs. Det andra skiftet - designers och verkstadsarbetare gör de rekommenderade ändringarna. I det tredje skiftet monteras en ny förbränningskammare och ett diagnossystem på stativet. En dag senare, exakt klockan 9.00, nästa pass. Och så utan lediga dagar veckor, månader. Mer än 300 motoralternativ per år!

Så skapades kemiska raketmotorer, som bara fick arbeta i 20-30 minuter. Vad kan vi säga om testning och förädling av kärnkraftverk - beräkningen var att de skulle fungera i mer än ett år. Det krävdes en verkligt gigantisk insats.

Sergeev Alexey, 9 "A" klass MOU "Secondary School No. 84"

Vetenskaplig konsult: , biträdande direktör för det ideella partnerskapet för vetenskaplig och innovativ verksamhet "Tomsk Atomic Center"

Handledare: , lärare i fysik, MOU "Secondary School No. 84" ZATO Seversk

Introduktion

Framdrivningssystem ombord på en rymdfarkost är designade för att generera dragkraft eller fart. Beroende på vilken typ av dragkraft som används av framdrivningssystemet delas de in i kemisk (CRD) och icke-kemisk (NCRD). HRD delas in i flytande (LRE), fast bränsle (RDTT) och kombinerat (KRD). I sin tur delas icke-kemiska framdrivningssystem in i nukleära (NRE) och elektriska (EP). Bra vetenskapsmannen Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky skapade för ett sekel sedan den första modellen av ett framdrivningssystem som kördes på fasta och flytande bränslen. Efter, under andra hälften av 1900-talet, genomfördes tusentals flygningar med främst LRE och raketmotorer för fasta drivmedel.

Men för närvarande, för flygningar till andra planeter, för att inte tala om stjärnorna, blir användningen av raketmotorer för flytande drivmedel och raketmotorer för fasta drivmedel mer och mer olönsam, även om många raketmotorer har utvecklats. Troligtvis har möjligheterna med LRE och raketmotorer för fasta drivmedel helt uttömt sig själva. Anledningen till detta är att den specifika impulsen för alla kemiska raketmotorer är låg och inte överstiger 5000 m/s, vilket kräver långvarig drift av framdrivningssystemet och följaktligen stora bränslereserver eller, som är brukligt inom astronautiken. , för att utveckla tillräckligt höga hastigheter. stora värden Tsiolkovsky-talet, det vill säga förhållandet mellan massan av en raket med bränsle till massan av en tom. Således har RN Energia, som sätter 100 ton nyttolast i låg omloppsbana, en uppskjutningsmassa på cirka 3 000 ton, vilket ger Tsiolkovsky-talet ett värde i intervallet 30.

För en flygning till Mars, till exempel, bör Tsiolkovsky-talet vara ännu högre och nå värden från 30 till 50. Det är lätt att uppskatta att med en nyttolast på cirka 1 000 ton, nämligen den minsta massan som krävs för att tillhandahålla allt som behövs för en besättning som börjar till Mars med hänsyn till bränsletillförseln för returflyget till jorden måste rymdfarkostens initiala massa vara minst 30 000 ton, vilket är klart över utvecklingsnivån för modern astronautik baserad på användningen av vätska drivmedelsraketmotorer och fasta drivmedelsraketmotorer.

För att bemannade besättningar ska kunna nå även de närmaste planeterna är det alltså nödvändigt att utveckla bärraketer på motorer som fungerar enligt principer som skiljer sig från kemisk framdrivning. De mest lovande i detta avseende är elektriska jetmotorer (EP), termokemiska raketmotorer och nukleära jetmotorer (NJ).

1.Grundbegrepp

En raketmotor är en jetmotor som inte använder miljön (luft, vatten) för drift. De mest använda kemiska raketmotorerna. Andra typer av raketmotorer utvecklas och testas - elektriska, nukleära och andra. Vid rymdstationer och fordon används också i stor utsträckning de enklaste raketmotorerna som arbetar på komprimerade gaser. De använder vanligtvis kväve som arbetsvätska. /ett/

Klassificering av framdrivningssystem

2. Syftet med raketmotorer

Enligt deras syfte är raketmotorer indelade i flera huvudtyper: acceleration (start), bromsning, sustainer, kontroll och andra. Raketmotorer används främst på raketer (därav namnet). Dessutom används ibland raketmotorer inom flyget. Raketmotorer är huvudmotorerna inom astronautiken.

Militära (strids)missiler har vanligtvis fasta drivmedelsmotorer. Detta beror på det faktum att en sådan motor tankas på fabriken och inte kräver underhåll under hela perioden för lagring och service av själva raketen. Fasta drivmedelsmotorer används ofta som boosters för rymdraketer. Särskilt allmänt, i denna egenskap, används de i USA, Frankrike, Japan och Kina.

Raketmotorer för flytande drivmedel har högre dragkraftsegenskaper än fasta drivmedel. Därför används de för att skjuta upp rymdraketer i omloppsbana runt jorden och på interplanetära flygningar. De huvudsakliga flytande drivmedlen för raketer är fotogen, heptan (dimetylhydrazin) och flytande väte. För sådana bränslen krävs ett oxidationsmedel (syre). Salpetersyra och flytande syre används som oxidationsmedel i sådana motorer. Salpetersyra är sämre än flytande syre när det gäller oxiderande egenskaper, men kräver inte att upprätthålla en speciell temperaturregim under lagring, tankning och användning av raketer

Rymdfärdsmotorer skiljer sig från jordiska teman att de med minsta möjliga massa och volym ska producera så mycket kraft som möjligt. Dessutom är de föremål för sådana krav som exceptionellt hög effektivitet och tillförlitlighet, en betydande drifttid. Beroende på vilken typ av energi som används delas framdrivningssystem för rymdfarkoster in i fyra typer: termokemiska, nukleära, elektriska, solsegling. Var och en av dessa typer har sina egna fördelar och nackdelar och kan användas under vissa förhållanden.

För närvarande skjuts rymdfarkoster, orbitalstationer och obemannade jordsatelliter upp i rymden av raketer utrustade med kraftfulla termokemiska motorer. Det finns även miniatyrmotorer med låg dragkraft. Detta är en reducerad kopia av kraftfulla motorer. Vissa av dem får plats i din handflata. Drivkraften hos sådana motorer är mycket liten, men det räcker för att kontrollera fartygets position i rymden.

3. Termokemiska raketmotorer.

Det är känt att motorn inre förbränning, ugnen i en ångpanna - varhelst förbränning sker, tar atmosfäriskt syre den mest aktiva delen. Det finns ingen luft i yttre rymden, och för drift av raketmotorer i yttre rymden är det nödvändigt att ha två komponenter - bränsle och en oxidator.

I flytande termokemiska raketmotorer används alkohol, fotogen, bensin, anilin, hydrazin, dimetylhydrazin, flytande väte som bränsle. Flytande syre, väteperoxid, salpetersyra används som oxidationsmedel. Det är möjligt att flytande fluor kommer att användas som ett oxidationsmedel i framtiden, när metoder för att lagra och använda en sådan aktiv kemikalie uppfinns.

Bränsle och oxidationsmedel för jetmotorer med flytande drivmedel lagras separat, i speciella tankar och pumpas in i förbränningskammaren. När de kombineras i förbränningskammaren utvecklas en temperatur på upp till 3000 - 4500 ° C.

Förbränningsprodukter, expanderande, får en hastighet på 2500 till 4500 m/s. Med utgångspunkt från motorhuset skapar de jetkraft. Samtidigt, ju större massan och hastigheten för utflödet av gaser är, desto större är motorns dragkraft.

Det är vanligt att uppskatta den specifika dragkraften hos motorer med mängden dragkraft som skapas av en enhetsmassa av bränsle som förbränns på en sekund. Detta värde kallas raketmotorns specifika impuls och mäts i sekunder (kg dragkraft / kg bränt bränsle per sekund). De bästa raketmotorerna med fast drivmedel har en specifik impuls på upp till 190 s, det vill säga 1 kg bränsle som brinner på en sekund skapar en dragkraft på 190 kg. Väte-syreraketmotorn har en specifik impuls på 350 s. Teoretiskt kan en fluorvätemotor utveckla en specifik impuls på mer än 400 s.

Det vanliga schemat för en raketmotor för flytande drivmedel fungerar enligt följande. Komprimerad gas skapar det nödvändiga trycket i tankarna med kryogent bränsle för att förhindra uppkomsten av gasbubblor i rörledningar. Pumpar levererar bränsle till raketmotorer. Bränsle sprutas in i förbränningskammaren genom Ett stort antal munstycken. Dessutom injiceras ett oxidationsmedel i förbränningskammaren genom munstyckena.

I vilken bil som helst, under förbränning av bränsle, bildas stora värmeflöden som värmer motorns väggar. Om du inte kyler kammarens väggar, kommer det snabbt att brinna ut, oavsett vilket material den är gjord av. En jetmotor med flytande drivmedel kyls vanligtvis med en av drivmedelskomponenterna. För detta görs kammaren tvåvägg. Den kalla bränslekomponenten flyter i springan mellan väggarna.

Aluminium" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">aluminium, etc. Speciellt som tillsats till konventionella bränslen, såsom väte-syre. Sådana "trippelkompositioner" kan ge högsta möjliga hastighet för kemiska bränsleutflöde - upp till 5 km / s. Men detta är praktiskt taget gränsen för kemins resurser. Det kan praktiskt taget inte göra mer. Även om den föreslagna beskrivningen fortfarande domineras av flytande raketmotorer, måste det sägas att den första i mänsklighetens historia skapades en termokemisk raketmotor på fast bränsle - Fast drivmedel raketdrivmedel - bränsle - till exempel specialkrut - finns direkt i förbränningskammaren Förbränningskammaren med ett jetmunstycke fyllt med fast bränsle - det är hela design fast bränsle beror på syftet med raketmotorn med fast drivmedel (startande, marscherande eller kombinerad). För raketer med fast drivmedel som används i militära angelägenheter är närvaron av start- och underhållsmotorer karakteristisk. Startraketmotorn med fast drivmedel utvecklar hög dragkraft under en mycket kort tid, vilket är nödvändigt för att raketen ska lämna utskjutningsrampen och dess initiala acceleration. En marscherande raketmotor med fast drivmedel är utformad för att upprätthålla en konstant raketflyghastighet i huvudsektionen (kryssning) av flygbanan. Skillnaderna mellan dem är huvudsakligen i utformningen av förbränningskammaren och profilen på förbränningsytan av bränsleladdningen, som bestämmer hastigheten för bränsleförbränning, på vilken drifttiden och motorns dragkraft beror. Till skillnad från sådana raketer fungerar rymdfarkoster för uppskjutning av jordsatelliter, omloppsstationer och rymdfarkoster, såväl som interplanetära stationer, endast i startläget från raketens uppskjutning till uppskjutningen av ett föremål i omloppsbana runt jorden eller på en interplanetär bana. Generellt sett har fasta raketmotorer inte så många fördelar jämfört med motorer med flytande bränsle: de är lätta att tillverka, kan lagras under lång tid, är alltid redo att användas och är relativt explosionssäkra. Men när det gäller specifik dragkraft är motorer med fast drivmedel 10-30 % sämre än flytande.

4. Elektriska raketmotorer

Nästan alla raketmotorer som diskuteras ovan utvecklar en enorm dragkraft och är designade för att sätta rymdfarkoster i omloppsbana runt jorden och accelerera dem till rymdhastigheter för interplanetära flygningar. Det är en helt annan sak - framdrivningssystem för rymdfarkoster som redan har skjutits upp i omloppsbana eller på en interplanetär bana. Här behövs som regel lågeffektsmotorer (flera kilowatt eller till och med watt) som kan arbeta hundratals och tusentals timmar och slås på och av upprepade gånger. De låter dig upprätthålla flygningen i omloppsbana eller längs en given bana, och kompenserar för flygmotståndet som skapas av den övre atmosfären och solvinden. I elektriska raketmotorer accelereras arbetsvätskan till en viss hastighet genom att värma upp den med elektrisk energi. El kommer från solpaneler eller ett kärnkraftverk. Metoderna för att värma arbetsvätskan är olika, men i verkligheten används den huvudsakligen elektrisk båge. Den visade sig vara mycket pålitlig och tål ett stort antal inneslutningar. Väte används som arbetsvätska i ljusbågsmotorer. Med hjälp av en ljusbåge värms väte upp till en mycket hög temperatur och det förvandlas till plasma – en elektriskt neutral blandning av positiva joner och elektroner. Plasmautflödeshastigheten från thrustern når 20 km/s. När forskare löser problemet med magnetisk isolering av plasma från väggarna i motorkammaren, kommer det att vara möjligt att avsevärt öka plasmatemperaturen och få utflödeshastigheten till 100 km/s. Den första elektriska raketmotorn utvecklades i Sovjetunionen under åren. under ledning (senare blev han skaparen av motorer för sovjetiska rymdraketer och en akademiker) i det berömda gasdynamiska laboratoriet (GDL). / 10 /

5.Andra typer av motorer

Det finns också mer exotiska projekt med kärnraketmotorer, där det klyvbara materialet är i flytande, gasformigt eller till och med plasmatillstånd, men implementeringen av sådana konstruktioner på modern nivå teknik och teknik är orealistiskt. Det finns, under det teoretiska eller laboratoriestadiet, följande projekt med raketmotorer

Pulserande kärnraketmotorer som använder energin från explosioner av små kärnladdningar;

Termonukleära raketmotorer som kan använda en isotop av väte som bränsle. Energieffektiviteten för väte i en sådan reaktion är 6,8*1011 kJ/kg, det vill säga ungefär två storleksordningar högre än produktiviteten för kärnklyvningsreaktioner;

Solsegelmotorer - som använder trycket från solljus (solvind), vars existens bevisades experimentellt av en rysk fysiker redan 1899. Genom beräkning har forskare fastställt att en enhet som väger 1 ton, utrustad med ett segel med en diameter på 500 m, kan flyga från jorden till Mars på cirka 300 dagar. Effektiviteten hos ett solsegel minskar dock snabbt med avståndet från solen.

6. Nukleära raketmotorer

En av de största nackdelarna med raketmotorer för flytande drivmedel är förknippad med den begränsade hastigheten för utflödet av gaser. I kärnraketmotorer verkar det vara möjligt att använda den kolossala energi som frigörs vid sönderdelningen av kärnkrafts "bränsle" för att värma upp det arbetande ämnet. Principen för drift av kärnraketmotorer är nästan densamma som principen för drift av termokemiska motorer. Skillnaden ligger i det faktum att arbetsvätskan värms upp inte på grund av sin egen kemiska energi, utan på grund av den "främmande" energi som frigörs under den intranukleära reaktionen. Arbetsvätskan leds genom en kärnreaktor, i vilken klyvningsreaktionen av atomkärnor (till exempel uran) äger rum, och samtidigt värms den upp. Nukleära raketmotorer eliminerar behovet av ett oxidationsmedel och därför kan endast en vätska användas. Som arbetsvätska är det tillrådligt att använda ämnen som gör att motorn kan utveckla en stor dragkraft. Väte tillfredsställer detta tillstånd till fullo, följt av ammoniak, hydrazin och vatten. Processerna där kärnenergi frigörs är indelade i radioaktiva omvandlingar, fissionsreaktioner av tunga kärnor och fusionsreaktioner av lätta kärnor. Radioisotopomvandlingar realiseras i de så kallade isotopenergikällorna. Den specifika massenergin (energin som ett ämne som väger 1 kg kan frigöra) för artificiella radioaktiva isotoper är mycket högre än för kemiska bränslen. Således är det för 210Ро lika med 5*10 8 KJ/kg, medan för det mest energieffektiva kemiska bränslet (beryllium med syre) överstiger detta värde inte 3*10 4 KJ/kg. Tyvärr används sådana motorer på rymdfarkosterännu inte rationellt. Anledningen till detta är den höga kostnaden för det isotopiska ämnet och svårigheten att använda. Isotopen släpper trots allt energi ständigt, även när den transporteras i en speciell container och när raketen står parkerad vid starten. Kärnreaktorer använder mer energieffektivt bränsle. Således är den specifika massenergin för 235U (den klyvbara isotopen av uran) 6,75 * 10 9 kJ / kg, det vill säga ungefär en storleksordning högre än den för 210Ро isotopen. Dessa motorer kan "slå på" och "av", kärnbränsle (233U, 235U, 238U, 239Pu) är mycket billigare än isotop. I sådana motorer kan inte bara vatten användas som arbetsvätska, utan också mer effektiva arbetsämnen - alkohol, ammoniak, flytande väte. Den specifika dragkraften för en motor med flytande väte är 900 s. I det enklaste schemat för en kärnraketmotor med en reaktor som körs på fast kärnbränsle, placeras arbetsvätskan i en tank. Pumpen levererar den till motorkammaren. Sprayad med hjälp av munstycken kommer arbetsvätskan i kontakt med det värmeproducerande kärnbränslet, värms upp, expanderar och sprutas ut genom munstycket med hög hastighet. Kärnbränsle i termer av energireserver överträffar alla andra typer av bränsle. Då uppstår en naturlig fråga - varför har installationer på detta bränsle fortfarande en relativt liten specifik dragkraft och stor massa? Faktum är att den specifika dragkraften hos en fastfas kärnraketmotor begränsas av temperaturen på det klyvbara materialet, och kraftverk vid arbete avger den stark joniserande strålning, som har en skadlig effekt på levande organismer. Biologiskt skydd mot sådan strålning är av stor betydelse, det är inte tillämpligt i rymden flygplan. Den praktiska utvecklingen av kärnraketmotorer som använder fast kärnbränsle började i mitten av 1950-talet i Sovjetunionen och USA, nästan samtidigt med konstruktionen av den första kärnkraftverk. Arbetet utfördes i en atmosfär av hög sekretess, men det är känt att sådana raketmotorer ännu inte har fått verklig användning inom astronautik. Hittills har allt begränsats till användningen av isotopkällor för el med relativt låg effekt på obemannade fordon. konstgjorda satelliter Jorden, interplanetära rymdfarkoster och den världsberömda sovjetiska "månrover".

7. Nukleära jetmotorer, funktionsprincip, metoder för att erhålla en impuls i en kärnraketmotor.

NRE har fått sitt namn på grund av att de skapar dragkraft genom användning av kärnenergi, det vill säga den energi som frigörs som ett resultat av kärnreaktioner. Generellt sett betyder dessa reaktioner alla förändringar i energitillståndet hos atomkärnor, såväl som omvandlingen av vissa kärnor till andra, förknippade med omarrangemang av kärnornas struktur eller en förändring av antalet elementära partiklar som finns i dem - nukleoner. Dessutom kan kärnreaktioner, som är känt, ske antingen spontant (dvs spontant) eller artificiellt inducerade, till exempel när vissa kärnor bombarderas av andra (eller av elementarpartiklar). Kärnreaktioner av fission och fusion i termer av energi överstiger kemiska reaktioner miljoner respektive tiotals miljoner gånger. Detta beror på att energin kemisk bindning atomer i molekyler är många gånger mindre än den nukleära bindningsenergin för nukleoner i kärnan. Kärnenergi i raketmotorer kan användas på två sätt:

1. Den frigjorda energin används för att värma upp arbetsvätskan, som sedan expanderar i munstycket, precis som i en konventionell raketmotor.

2. Kärnenergi omvandlas till elektrisk energi och används sedan för att jonisera och accelerera partiklar i arbetsvätskan.

3. Slutligen skapas impulsen av själva klyvningsprodukterna, som bildas i processen till exempel, eldfasta metaller- volfram, molybden) används för att ge speciella egenskaper till klyvbara ämnen.

Bränsleelementen i fastfasreaktorn är genomborrade med kanaler genom vilka arbetsvätskan i NRE strömmar och gradvis värms upp. Kanalerna har en diameter på cirka 1-3 mm, och deras totala yta är 20-30% av kärnans tvärsnitt. Härden är upphängd av ett speciellt galler inuti krafthuset så att den kan expandera när reaktorn värms upp (annars skulle den kollapsa på grund av termiska påfrestningar).

Kärnan utsätts för höga mekaniska belastningar förknippade med verkan av betydande hydrauliska tryckfall (upp till flera tiotals atmosfärer) från den strömmande arbetsvätskan, termiska påkänningar och vibrationer. Ökningen av kärnans storlek under uppvärmning av reaktorn når flera centimeter. Den aktiva zonen och reflektorn är placerade inuti ett starkt krafthus, som uppfattar trycket från arbetsvätskan och dragkraften som skapas av jetmunstycket. Boetten stängs av ett kraftigt lock. Den rymmer pneumatiska, fjäder- eller elektriska mekanismer för att driva regleringsorganen, fästpunkter för NRE till rymdfarkosten, flänsar för att ansluta NRE med tillförselrörledningarna för arbetsvätskan. En turbopumpenhet kan också placeras på locket.

8 - Munstycke,

9 - Expanderande munstycke,

10 - Val av arbetssubstans till turbinen,

11 - Power Corps,

12 - Kontrolltrumma

13 - Turbinavgaser (används för att kontrollera attityden och öka dragkraften),

14 - Ring driver styrtrummor)

I början av 1957 fastställdes den slutliga riktningen för arbetet i Los Alamos-laboratoriet, och beslut fattades om att bygga en kärnreaktor av grafit med uranbränsle dispergerat i grafit. Kiwi-A-reaktorn som skapades i denna riktning testades 1959 den 1 juli.

Amerikansk fastfas kärnjetmotor XE Prime på en testbänk (1968)

Förutom konstruktionen av reaktorn var Los Alamos-laboratoriet i full gång med att bygga en speciell testplats i Nevada, och utförde även ett antal specialordrar från det amerikanska flygvapnet i relaterade områden (utveckling av individuell TNRE enheter). På uppdrag av Los Alamos-laboratoriet utfördes alla specialbeställningar för tillverkning av enskilda komponenter av företagen: Aerojet General, Rocketdyne-avdelningen i North American Aviation. Sommaren 1958 övergick all kontroll över Rover-programmet från det amerikanska flygvapnet till den nyligen organiserade National Aeronautics and Space Administration (NASA). Som ett resultat av ett särskilt avtal mellan AEC och NASA i mitten av sommaren 1960 bildades Office of Space Nuclear Engines under ledning av G. Finger, som ledde Rover-programmet i framtiden.

Resultaten av sex "heta tester" av kärnjetmotorer var mycket uppmuntrande, och i början av 1961 utarbetades en rapport om reaktorflygtester (RJFT). Sedan, i mitten av 1961, lanserades Nerva-projektet (användningen av en kärnkraftsmotor för rymdraketer). Aerojet General valdes som huvudentreprenör och Westinghouse som underleverantör med ansvar för konstruktionen av reaktorn.

10.2 TNRD-arbete i Ryssland

Amerikanska" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Amerikaner Ryska forskare använde de mest ekonomiska och effektiva testerna av enskilda bränsleelement i forskningsreaktorer. Salyut", Design Bureau of Chemical Automation, IAE, NIKIET och NPO "Luch" (PNITI) för att utveckla olika projekt av rymdkärnraketmotorer och hybridkärnkraftverk. Luch", MAI) skapades YARD RD 0411 och en kärnkraftsmotor av minsta dimension RD 0410 dragkraft på 40 respektive 3,6 ton.

Som ett resultat tillverkades en reaktor, en "kall" motor och en bänkprototyp för testning på gasformigt väte. Till skillnad från den amerikanska, med en specifik impuls på högst 8250 m/s, hade den sovjetiska TNRE, på grund av användningen av mer värmebeständiga och avancerade bränsleelement och hög temperatur i kärnan, denna indikator lika med 9100 m/ s och högre. Bänkbasen för att testa TNRD för den gemensamma expeditionen av NPO Luch var belägen 50 km sydväst om staden Semipalatinsk-21. Hon började arbeta 1962. Under åren fullskaliga bränsleelement av NRE-prototyper testades på testplatsen. Samtidigt kom avgaserna in i det slutna avgassystemet. Bänkkomplexet för fullskalig testning av kärnkraftsmotorer "Baikal-1" ligger 65 km söder om staden Semipalatinsk-21. Från 1970 till 1988 genomfördes ett 30-tal "hetstarter" av reaktorer. Samtidigt översteg effekten inte 230 MW vid en väteflödeshastighet på upp till 16,5 kg / s och dess temperatur vid reaktorns utlopp på 3100 K. Alla lanseringar var framgångsrika, olycksfria och enligt plan.

Sovjetiska TYARD RD-0410 - den enda fungerande och pålitliga industriella kärnraketmotorn i världen

För närvarande har sådant arbete vid deponin stoppats, även om utrustningen hålls i ett relativt funktionsdugligt skick. Bänkbasen för NPO Luch är det enda experimentella komplexet i världen där det är möjligt att testa delar av NRE-reaktorer utan betydande ekonomiska och tidskostnader. Det är möjligt att återupptagandet i USA av arbetet med TNRE för flygningar till månen och Mars som en del av Space Research Initiative-programmet med planerat deltagande av specialister från Ryssland och Kazakstan kommer att leda till att Semipalatinsks verksamhet återupptas. bas och genomförandet av "Martian"-expeditionen på 2020-talet.

Huvuddragen

Specifik impuls på väte: 910 - 980 sek(teoretiskt upp till 1000 sek).

· Utgångshastighet för en arbetande kropp (väte): 9100 - 9800 m/sek.

· Uppnåelig dragkraft: upp till hundratals och tusentals ton.

· Maximala arbetstemperaturer: 3000°С - 3700°С (kortvarig inkludering).

· Livslängd: upp till flera tusen timmar (periodisk aktivering). /fem/

11.Enhet

Enheten för den sovjetiska fastfas kärnraketmotorn RD-0410

1 - ledning från tanken för arbetsvätskan

2 - turbopumpsenhet

3 - styr trumdrift

4 - strålskydd

5 - kontrolltrumma

6 - retarder

7 - bränslepatron

8 - reaktorkärl

9 - eldbotten

10 - Munstyckeskylledning

11- munstyckskammare

12 - munstycke

12. Arbetsprincip

Enligt dess funktionsprincip är TNRE en högtemperaturreaktor-värmeväxlare, i vilken en arbetsvätska (flytande väte) införs under tryck, och när den värms upp till höga temperaturer (över 3000 ° C), är den matas ut genom ett kylt munstycke. Värmeåtervinning i munstycket är mycket fördelaktigt, eftersom det möjliggör mycket snabbare uppvärmning av väte och, genom att utnyttja en betydande mängd värmeenergi, öka den specifika impulsen till 1000 sek (9100-9800 m/s).

Kärnraketmotorreaktor

MsoNormalTable">

arbetande kropp

Densitet, g/cm3

Specifik dragkraft (vid de angivna temperaturerna i värmekammaren, °K), sek

0,071 (flytande)

0,682 (flytande)

1 000 (flytande)

Nej. data

Nej. data

Nej. data

(Notera: Trycket i värmekammaren är 45,7 atm, expansion till ett tryck på 1 atm med den kemiska sammansättningen av arbetsvätskan oförändrad) /6/

15.Fördelar

Den främsta fördelen med TNRD framför kemiska raketmotorer är att få en högre specifik impuls, en betydande energireserv, ett kompakt system och förmågan att erhålla mycket hög dragkraft (tiotals, hundratals och tusentals ton i vakuum. Generellt sett är den specifika impulsen uppnås i vakuum är 3-4 gånger större än för använt tvåkomponents kemiskt raketbränsle (fotogen-syre, väte-syre) och vid drift med högsta värmeintensitet 4-5 gånger. För närvarande i USA och Ryssland finns det betydande erfarenhet av utveckling och konstruktion av sådana motorer, och vid behov (speciella program för rymdutforskning) kan sådana motorer produceras på kort tid och kommer att ha en rimlig kostnad. ytterligare användning störningsmanövrar med hjälp av gravitationsfältet hos stora planeter (Jupiter, Uranus, Saturnus, Neptunus), de uppnåbara gränserna för studiet av solsystemet utökas avsevärt, och den tid som krävs för att nå de avlägsna planeterna reduceras avsevärt. Dessutom kan TNRD framgångsrikt användas för fordon som arbetar i låga omloppsbanor av jätteplaneter som använder deras försålda atmosfär som en arbetsvätska, eller för att arbeta i deras atmosfär. /8/

16. Nackdelar

Den största nackdelen med TNRD är närvaron av ett kraftfullt flöde av penetrerande strålning (gammastrålning, neutroner), samt avlägsnande av högradioaktiva uranföreningar, eldfasta föreningar med inducerad strålning och radioaktiva gaser med arbetsvätskan. I detta avseende är TNRD oacceptabelt för markuppskjutningar för att undvika försämring miljösituation vid lanseringsplatsen och i atmosfären. /fjorton/

17. Förbättring av egenskaperna hos TJARD. Hybrid TNRD

Som vilken raket som helst eller vilken motor som helst i allmänhet har en fastfas kärnjetmotor betydande begränsningar vad gäller det möjliga de viktigaste egenskaperna. Dessa begränsningar representerar enhetens (TNRD) oförmåga att fungera i temperaturintervallet som överstiger intervallet för maximala driftstemperaturer byggmaterial motor. För att utöka kapaciteten och avsevärt öka de viktigaste driftsparametrarna för TNRD, kan olika hybridsystem tillämpas där TNRD spelar rollen som en värme- och energikälla och ytterligare fysiska metoder för att accelerera arbetskropparna används. Det mest pålitliga, praktiskt genomförbara och med höga egenskaper när det gäller specifik impuls och dragkraft är ett hybridschema med en extra MHD-krets (magnetohydrodynamisk krets) för att accelerera den joniserade arbetsvätskan (väte och speciella tillsatser). /13/

18. Strålningsrisk från YARD.

En fungerande NRE är en kraftfull strålningskälla - gamma- och neutronstrålning. Utan att vidta särskilda åtgärder kan strålning orsaka oacceptabel uppvärmning av arbetsvätskan och strukturen i rymdfarkosten, försprödning av metallkonstruktionsmaterial, förstörelse av plast och åldrande av gummidelar, brott mot isoleringen av elektriska kablar och fel på elektronisk utrustning. Strålning kan orsaka inducerad (konstgjord) radioaktivitet hos material - deras aktivering.

För närvarande anses problemet med strålskydd av rymdfarkoster med NRE vara i princip löst. De grundläggande frågorna relaterade till underhållet av kärnraketmotorer på testbänkar och uppskjutningsplatser har också lösts. Även om en fungerande NRE utgör en fara för driftpersonalen, "så tidigt som en dag efter avslutad NRE-insats är det möjligt att vistas i flera tiotals minuter på ett avstånd av 50 m från NRE utan någon personlig skyddsutrustning och Det enklaste skyddet gör att underhållspersonal kan komma in på arbetsområdet YARD strax efter testet.

Nivån av förorening av uppskjutningskomplex och miljön kommer uppenbarligen inte att vara ett hinder för användningen av kärnraketmotorer på de lägre stadierna av rymdraketer. Problemet med strålningsrisk för miljön och driftpersonalen mildras till stor del av det faktum att väte, som används som arbetsvätska, praktiskt taget inte aktiveras när det passerar genom reaktorn. Därför är NRE-jeten inte farligare än LRE-jeten. / 4 /

Slutsats

När man överväger utsikterna för utveckling och användning av NRE inom astronautiken, bör man utgå från de uppnådda och förväntade egenskaperna hos olika typer av NRE, från vad de kan ge till astronautiken, deras tillämpning och, slutligen, från närvaron av en nära samband mellan NRE-problemet och problemet med energiförsörjning i rymden och med utvecklingen av energi överhuvudtaget.

Som nämnts ovan, av alla möjliga typer av NRE, är de mest utvecklade den termiska radioisotopmotorn och motorn med en fastfas fissionsreaktor. Men om egenskaperna hos radioisotop-NRE inte tillåter oss att hoppas på deras breda tillämpning inom astronautik (åtminstone inom en snar framtid), öppnar skapandet av fastfas-NRE stora möjligheter för astronautik.

Till exempel har en anordning med en initial massa på 40 000 ton (dvs. ungefär 10 gånger större än den för de största moderna bärraketerna) föreslagits, där 1/10 av denna massa faller på nyttolasten och 2/3 på kärnkraft. avgifter . Om en laddning sprängs var tredje sekund kommer deras tillförsel att räcka för 10 dagars kontinuerlig drift av kärnraketmotorn. Under denna tid kommer enheten att accelerera till en hastighet av 10 000 km/s och i framtiden, efter 130 år, kan den nå stjärnan Alpha Centauri.

Kärnkraftverk har unika egenskaper, som inkluderar praktiskt taget obegränsad energiförbrukning, driftoberoende från omgivningen, motstånd mot yttre påverkan (kosmisk strålning, meteoritskador, höga och låga temperaturer etc.). Den maximala effekten för kärntekniska radioisotopinstallationer är dock begränsad till ett värde i storleksordningen flera hundra watt. Denna begränsning finns inte för kärnreaktorkraftverk, som förutbestämmer lönsamheten för deras användning under långvariga flygningar av tunga rymdfarkoster i rymden nära jorden, under flygningar till avlägsna planeter i solsystemet och i andra fall.

Fördelarna med fastfas och andra NRE med fissionsreaktorer avslöjas mest i studien av sådana komplexa rymdprogram som bemannade flygningar till solsystemets planeter (till exempel under en expedition till Mars). I det här fallet gör en ökning av RD:s specifika impuls det möjligt att lösa kvalitativt nya problem. Alla dessa problem underlättas avsevärt av användningen av en fastfas NRE med en specifik impuls som är dubbelt så stor som moderna LRE. I det här fallet blir det också möjligt att avsevärt minska flygtiderna.

Troligtvis kommer fastfas NRE inom en snar framtid att bli en av de vanligaste RD:erna. Fastfas-NRE kan användas som fordon för långdistansflygningar, till exempel till sådana planeter som Neptunus, Pluto och till och med flyga ut ur solsystemet. Men för flygningar till stjärnorna är NRE, baserat på principerna för fission, inte lämpligt. I det här fallet är NRE eller, mer exakt, termonukleära jetmotorer (TRDs) som arbetar enligt principen om fusionsreaktioner och fotoniska jetmotorer (PRDs), där förintelsereaktionen av materia och antimateria är källan till fart, lovande. Men sannolikt kommer mänskligheten att resa i interstellärt rymden att använda en annan, annorlunda än jet, rörelsemetod.

Avslutningsvis kommer jag att omformulera Einsteins berömda fras – för att kunna resa till stjärnorna måste mänskligheten komma på något som i komplexitet och uppfattning skulle vara jämförbart med en kärnreaktor för en neandertalare!

LITTERATUR

Källor:

1. "Rakets and people. Book 4 Moon race" - M: Knowledge, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Slaget om stjärnorna. Rymdkonfrontation" - M: kunskap, 1998.
4. L. Gilberg "Conquest of the sky" - M: Knowledge, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. "Motor", "Kärnmotorer för rymdfarkoster", nr 5, 1999

7. "Motor", "Gasfaskärnmotorer för rymdfarkoster",

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., Chekalin framtidens transport.

Moskva: Kunskap, 1983.

11., Chekalin rymdutforskning.- M.:

Kunskap, 1988.

12. Gubanov B. "Energy - Buran" - ett steg in i framtiden // Science and Life.-

13. Getland K. Rymdteknologi.- M.: Mir, 1986.

14., Sergeyuk och handel. - M .: APN, 1989.

15 .USSR i rymden. 2005.-M.: APN, 1989.

16. På väg mot rymden // Energi. - 1985. - Nr 6.

BILAGA

Huvudegenskaper hos fastfas kärnjetmotorer

Tillverkarens land	Motor	Tryck i vakuum, kN	specifik impuls, sek		Projektarbete, år
	NERVA/Lox blandad cykel