Prima etapă este negarea

Expertul german în rachetă Robert Schmucker a considerat afirmațiile lui V. Putin complet neplauzibile. „Nu îmi pot imagina că rușii pot crea un mic reactor zburător”, a spus expertul într-un interviu pentru Deutsche Welle.

Ei pot, Herr Schmucker. Doar imagina.

Primul satelit intern cu o centrală nucleară („Cosmos-367”) a fost lansat de la Baikonur în 1970. 37 de ansambluri combustibile ale reactorului de dimensiuni mici BES-5 Buk, conținând 30 kg de uraniu, la o temperatură în circuitul primar de 700 ° C și o degajare de căldură de 100 kW, au asigurat o putere electrică a instalației de 3 kW. Greutatea reactorului este mai mică de o tonă, timpul estimat de funcționare este de 120-130 de zile.

Experții își vor exprima îndoiala: puterea acestei „baterie” nucleare este prea mică... Dar! Uită-te la data: asta a fost acum o jumătate de secol.

Eficiența scăzută este o consecință a conversiei termoionice. Cu alte forme de transport de energie, indicatorii sunt mult mai mari, de exemplu, pentru centralele nucleare, valoarea eficienței este în intervalul 32-38%. În acest sens, puterea termică a unui reactor „spațial” prezintă un interes deosebit. 100 kW este o ofertă serioasă pentru victorie.

Este de remarcat faptul că BES-5 „Buk” nu aparține familiei RTG-urilor. Generatoarele termoelectrice cu radioizotopi transformă energia dezintegrarii naturale a atomilor elementelor radioactive și au o putere neglijabilă. În același timp, Buk este un adevărat reactor cu reacție în lanț controlată.

Următoarea generație de reactoare sovietice de dimensiuni mici, care a apărut la sfârșitul anilor 1980, s-a distins prin dimensiuni și mai mici și eliberare de energie mai mare. Acesta a fost Topazul unic: în comparație cu Buk, cantitatea de uraniu din reactor a fost redusă de trei ori (la 11,5 kg). Puterea termică a crescut cu 50% și s-a ridicat la 150 kW, timpul de funcționare continuă a ajuns la 11 luni (un reactor de acest tip a fost instalat la bordul satelitului de recunoaștere Cosmos-1867).

Reactoarele spațiale nucleare sunt o formă extraterestră de moarte. Dacă s-a pierdut controlul, „steaua căzătoare” nu și-a îndeplinit dorințele, dar le-ar putea ierta celor „norocoși” păcatele lor.

În 1992, cele două copii rămase ale reactoarelor de dimensiuni mici din seria Topaz au fost vândute în SUA pentru 13 milioane de dolari.

Întrebarea principală este: au astfel de instalații suficientă putere pentru a fi folosite ca motoare de rachetă? Prin trecerea fluidului de lucru (aer) prin miezul fierbinte al reactorului și obținerea de forță la ieșire conform legii conservării impulsului.

Răspuns: nu. „Buk” și „Topaz” sunt centrale nucleare compacte. Pentru a crea un reactor nuclear, sunt necesare alte mijloace. Dar tendința generală este vizibilă cu ochiul liber. Centralele nucleare compacte au fost create de mult timp și există în practică.

Ce putere trebuie să aibă o centrală nucleară pentru a fi folosită ca motor de propulsie pentru o rachetă de croazieră de dimensiuni similare cu X-101?

Nu găsești un loc de muncă? Înmulțiți timpul cu puterea!
(Colecție de sfaturi universale.)

Găsirea puterii nu este, de asemenea, dificilă. N=F×V.

Potrivit datelor oficiale, rachetele de croazieră Kha-101, precum familia de rachete Kalibr, sunt echipate cu un motor turbofan-50 de viață scurtă, care dezvoltă o tracțiune de 450 kgf (≈ 4400 N). Viteza de croazieră a rachetei de croazieră este de 0,8 M sau 270 m/s. Eficiența calculată ideală a unui motor bypass cu turboreacție este de 30%.

În acest caz, puterea necesară a motorului rachetei de croazieră este de numai 25 de ori mai mare decât puterea termică a reactorului din seria Topaz.

În ciuda îndoielilor expertului german, crearea unui motor de rachetă cu turbojet nuclear (sau ramjet) este o sarcină realistă care îndeplinește cerințele timpului nostru.

Racheta din Iad

„Totul acesta este o surpriză – o rachetă de croazieră cu propulsie nucleară”, a spus Douglas Barry, un membru senior la Institutul Internațional de Studii Strategice din Londra. „Această idee nu este nouă, s-a vorbit despre ea în anii ’60, dar s-a confruntat cu multe obstacole.”

Nu au vorbit doar despre asta. În timpul testelor din 1964, motorul nuclear ramjet Tori-IIC a dezvoltat o tracțiune de 16 tone cu o putere termică a reactorului de 513 MW. Simulând zborul supersonic, instalația a consumat 450 de tone de aer comprimat în cinci minute. Reactorul a fost proiectat să fie foarte „fierbinte” - temperatura de funcționare în miez a ajuns la 1600°C. Designul a avut toleranțe foarte înguste: într-un număr de zone, temperatura admisă a fost doar cu 150-200 ° C sub temperatura la care elementele rachetei s-au topit și s-au prăbușit.

Au fost acești indicatori suficienți pentru a utiliza motoarele cu reacție cu propulsie nucleară ca motor în practică? Răspunsul este evident.

Radiatorul nuclear a dezvoltat o forță mai mare (!) decât motorul turbo-ramjet al aeronavei de recunoaștere de „trei mach” SR-71 „Black Bird”.

„Poligon-401”, teste nucleare cu reacție

Instalațiile experimentale „Tori-IIA” și „-IIC” sunt prototipuri ale motorului nuclear al rachetei de croazieră SLAM.

O invenție diabolică, capabilă, după calcule, să străpungă 160.000 km de spațiu la o altitudine minimă cu o viteză de 3M. Literal, „tund” pe toți cei care i-au întâlnit pe calea ei tristă, cu o undă de șoc și un tunete de 162 dB (valoare letală pentru oameni).

Reactorul aeronavei de luptă nu avea nicio protecție biologică. Timpanele rupte după zborul SLAM ar părea nesemnificative în comparație cu emisiile radioactive de la duza rachetei. Monstrul zburător a lăsat în urmă o potecă lată de peste un kilometru cu o doză de radiație de 200-300 rad. Se estimează că SLAM a contaminat 1.800 de mile pătrate cu radiații mortale într-o oră de zbor.

Potrivit calculelor, lungimea aeronavei ar putea ajunge la 26 de metri. Greutate de lansare - 27 de tone. Sarcina de luptă a fost încărcături termonucleare, care au trebuit să fie aruncate succesiv pe mai multe orașe sovietice de-a lungul rutei de zbor a rachetei. După finalizarea sarcinii principale, SLAM trebuia să se rotească peste teritoriul URSS pentru încă câteva zile, contaminând totul în jur cu emisii radioactive.

Poate cel mai mortal dintre toate pe care omul a încercat să creeze. Din fericire, nu a venit la lansări reale.

Proiectul, cu numele de cod „Pluto”, a fost anulat la 1 iulie 1964. În același timp, potrivit unuia dintre dezvoltatorii SLAM, J. Craven, niciunul din conducerea militară și politică a SUA nu a regretat decizia.

Motivul abandonării „rachetei nucleare cu zbor joasă” a fost dezvoltarea rachetelor balistice intercontinentale. Capabil să provoace daunele necesare în mai puțin timp cu riscuri incomparabile pentru militari înșiși. După cum au remarcat pe bună dreptate autorii publicației din revista Air&Space: ICBM-urile, cel puțin, nu i-au ucis pe toți cei care se aflau în apropierea lansatorului.

Încă nu se știe cine, unde și cum a plănuit să-l testeze pe diavol. Și cine ar fi responsabil dacă SLAM a deviat cursul și ar zbura peste Los Angeles. Una dintre propunerile nebunești sugera să legați o rachetă de un cablu și să o conduceți în cerc peste zonele pustii ale statului. Nevada. Totuși, imediat a apărut o altă întrebare: ce să faci cu racheta atunci când ultimele resturi de combustibil se ard în reactor? Locul unde „aterizează” SLAM-ul nu va fi abordat timp de secole.

Viata sau moarte. Alegerea finală

Spre deosebire de misticul „Pluto” din anii 1950, proiectul unei rachete nucleare moderne, exprimat de V. Putin, propune crearea unui mijloc eficient de spargere a sistemului american de apărare antirachetă. Distrugerea asigurată reciproc este cel mai important criteriu pentru descurajarea nucleară.

Transformarea clasicei „triade nucleare” într-o „pentagramă” diabolică - cu includerea unei noi generații de vehicule de livrare (rachete de croazieră nucleare cu rază nelimitată și torpile nucleare strategice „status-6”), împreună cu modernizarea focoaselor ICBM ( manevrarea „Avangard”), este un răspuns rezonabil la apariția de noi amenințări. Politica de apărare antirachetă a Washingtonului nu lasă Moscovei altă opțiune.

„Vă dezvoltați sistemele antirachetă. Gama de antirachete crește, precizia crește, aceste arme sunt îmbunătățite. Prin urmare, trebuie să răspundem în mod adecvat la acest lucru, astfel încât să putem depăși sistemul nu numai astăzi, ci și mâine, când aveți arme noi.”

V. Putin într-un interviu pentru NBC.

Detaliile desecretizate ale experimentelor din cadrul programului SLAM/Pluto demonstrează în mod convingător că crearea unei rachete de croazieră nucleară a fost posibilă (fezabilă din punct de vedere tehnic) în urmă cu șase decenii. Tehnologiile moderne ne permit să ducem o idee la un nou nivel tehnic.

Sabia ruginește de la promisiuni

În ciuda masei de fapte evidente care explică motivele apariției „superarmei prezidențiale” și elimină orice îndoială cu privire la „imposibilitatea” creării unor astfel de sisteme, există încă mulți sceptici în Rusia, precum și în străinătate. „Toate armele enumerate sunt doar un mijloc de război informațional.” Și apoi - o varietate de propuneri.

Probabil că nu ar trebui să ia în serios „experți” caricaturali precum I. Moiseev. Șeful Institutului de Politică Spațială (?), care a declarat publicației online The Insider: „Nu poți pune un motor nuclear pe o rachetă de croazieră. Și nu există astfel de motoare.”

Încercările de „demascare” declarațiilor președintelui se fac și la un nivel analitic mai serios. Astfel de „investigații” câștigă imediat popularitate în rândul publicului liberal. Scepticii dau următoarele argumente.

Toate sistemele anunțate se referă la arme strategice extrem de secrete, a căror existență nu este posibil de verificat sau infirmat. (Mesajul adresat Adunării Federale însăși a arătat grafică computerizată și filmări ale lansărilor, care nu se pot distinge de testele altor tipuri de rachete de croazieră.) În același timp, nimeni nu vorbește, de exemplu, despre crearea unei drone de atac grele sau a unui distrugător- navă de război de clasă. O armă care în curând ar trebui să fie demonstrată clar lumii întregi.

Potrivit unor „denunțători”, contextul extrem de strategic, „secret” al mesajelor poate indica natura lor neplauzibilă. Ei bine, dacă acesta este argumentul principal, atunci despre ce este discuția cu acești oameni?

Există și un alt punct de vedere. Declarații șocante despre rachetele nucleare și submarinele fără pilot de 100 de noduri sunt făcute pe fondul unor probleme evidente ale complexului militar-industrial întâlnite în implementarea unor proiecte mai simple de arme „tradiționale”. Declarațiile despre rachete care depășesc imediat toate armele existente sunt în contrast puternic cu situația binecunoscută a științei rachetelor. Scepticii citează exemplul eșecurilor masive în timpul lansărilor Bulava sau dezvoltarea vehiculului de lansare Angara, care a durat două decenii. Sama a început în 1995; vorbind în noiembrie 2017, viceprim-ministrul D. Rogozin a promis că va relua lansările Angara din cosmodromul Vostochny abia în... 2021.

Și, apropo, de ce a rămas fără atenție Zircon, principala senzație navală a anului precedent? O rachetă hipersonică capabilă să distrugă toate conceptele existente de luptă navală.

Știrile despre sosirea sistemelor laser în trupe au atras atenția producătorilor de sisteme laser. Armele cu energie direcționată existente au fost create pe o bază extinsă de cercetare și dezvoltare de echipamente de înaltă tehnologie pentru piața civilă. De exemplu, instalația americană de bord AN/SEQ-3 LaWS este un „pachet” de șase lasere de sudare cu o putere totală de 33 kW.

Anunțul creării unui laser de luptă super-puternic contrastează cu fundalul unei industrii laser foarte slabe: Rusia nu este unul dintre cei mai mari producători de echipamente laser din lume (Coherent, IPG Photonics sau chineza Han „Laser Technology). , apariția bruscă a armelor laser de mare putere trezește un interes real în rândul specialiștilor .

Întotdeauna există mai multe întrebări decât răspunsuri. Diavolul este în detalii, dar sursele oficiale oferă o imagine extrem de slabă asupra ultimelor arme. De multe ori nici măcar nu este clar dacă sistemul este deja pregătit pentru adoptare sau dacă dezvoltarea lui se află într-un anumit stadiu. Precedentele binecunoscute asociate cu crearea unor astfel de arme în trecut indică faptul că problemele care apar nu pot fi rezolvate cu o pocnire a degetelor. Fanii inovațiilor tehnice sunt îngrijorați de alegerea locației pentru testarea lansatoarelor de rachete cu propulsie nucleară. Sau metode de comunicare cu drona subacvatică „Status-6” (o problemă fundamentală: comunicația radio nu funcționează sub apă; în timpul sesiunilor de comunicare, submarinele sunt forțate să se ridice la suprafață). Ar fi interesant să auzim o explicație despre metodele de aplicare: în comparație cu ICBM-urile și SLBM-urile tradiționale, capabile să înceapă și să încheie un război într-o oră, Status-6 va dura câteva zile pentru a ajunge pe coasta SUA. Când nu va mai fi nimeni acolo!

Ultima bătălie s-a terminat.
A mai rămas cineva în viață?
Ca răspuns - doar urletul vântului...

Folosirea materialelor:
Revista Air&Space (aprilie-mai 1990)
Războiul tăcut de John Craven

ÎN una dintre secțiuni Pe LiveJournal, un inginer electronic scrie constant despre mașini nucleare și termonucleare - reactoare, instalații, laboratoare de cercetare, acceleratoare, precum și despre. Noua rachetă rusească, mărturie în cadrul discursului anual prezidențial, a stârnit interesul profund al bloggerului. Și asta a găsit pe această temă.

Da, din punct de vedere istoric au existat dezvoltări ale rachetelor de croazieră cu un motor cu aer nuclear ramjet: racheta SLAM în SUA cu reactorul TORY-II, conceptul Avro Z-59 în Marea Britanie, evoluții în URSS.

O redare modernă a conceptului de rachetă Avro Z-59, cântărind aproximativ 20 de tone.

Totuși, toate aceste lucrări au fost efectuate în anii 60 ca cercetare și dezvoltare de diferite grade de adâncime (Statele Unite ale Americii au mers cel mai departe, așa cum se discută mai jos) și nu a fost continuată sub forma unor modele în funcțiune. Nu l-am primit din același motiv ca multe alte dezvoltări ale epocii atomice - avioane, trenuri, rachete cu centrale nucleare. Toate aceste opțiuni de vehicule, deși au unele avantaje oferite de densitatea energetică nebunească a combustibilului nuclear, au dezavantaje foarte serioase - cost ridicat, complexitate de funcționare, cerințe de securitate constantă și, în sfârșit, rezultate nesatisfăcătoare de dezvoltare, despre care de obicei se știe puțin ( prin publicarea rezultatelor cercetării și dezvoltării este mai profitabil pentru toate părțile să afișeze realizările și să ascundă eșecurile).

În special, pentru rachetele de croazieră este mult mai ușor să creezi un transportator (submarin sau avion) ​​care va „trage” multe lansatoare de rachete la locul de lansare decât să te prostești cu o flotă mică (și este incredibil de dificil să dezvolți o flotă mare). ) de rachete de croazieră lansate de pe teritoriul propriu. Un produs universal, ieftin, produs în masă, a câștigat în cele din urmă un produs la scară mică, scump, cu avantaje ambigue. Rachetele de croazieră nucleare nu au depășit testele la sol.

Această fundătură conceptuală a anilor ’60 a Republicii Kârgâze cu centrale nucleare, după părerea mea, este încă actuală, așa că întrebarea principală la cea afișată este „de ce?”. Dar ceea ce o face și mai proeminentă sunt problemele care apar în timpul dezvoltării, testării și funcționării unor astfel de arme, despre care vom discuta în continuare.

Deci, să începem cu reactorul. Conceptele SLAM și Z-59 erau rachete de trei mach, cu dimensiuni și greutate impresionante (20+ tone după ce propulsoarele de lansare au fost aruncate). Supersonicul îngrozitor de scump care zboară jos a făcut posibilă utilizarea maximă a prezenței unei surse practic nelimitate de energie la bord; în plus, o caracteristică importantă a motorului cu reacție nucleară este eficiență de operare îmbunătățită (ciclu termodinamic) cu viteza in crestere, i.e. aceeasi idee, dar la viteze de 1000 km/h ar avea un motor mult mai greu si mai mare. În cele din urmă, 3M la o altitudine de o sută de metri în 1965 a însemnat invulnerabilitate la apărarea aeriană. Se dovedește că mai devreme conceptul de lansatoare de rachete cu energie nucleară era „legat” la viteză mare, unde avantajele conceptului erau puternice și concurenții cu hidrocarburi slăbeau.Racheta arătată, după părerea mea, arată transonic sau subsonic (dacă, bineînțeles, crezi că este ea în videoclip). Dar, în același timp, dimensiunea reactorului a scăzut semnificativ în comparație cu TORY-II de la racheta SLAM, unde avea până la 2 metri, inclusiv reflectorul radial de neutroni din grafit

Este posibil chiar instalarea unui reactor cu diametrul de 0,4-0,6 metri?

Să începem cu un reactor fundamental minim - un porc Pu239. Un bun exemplu de implementare a unui astfel de concept este reactorul spațial Kilopower, care, totuși, folosește U235. Diametrul miezului reactorului este de doar 11 centimetri! Dacă trecem la plutoniu 239, dimensiunea miezului va scădea de încă 1,5-2 ori. Acum de la dimensiunea minimă vom începe să pășim către un adevărat motor nuclear cu reacție de aer, amintindu-ne dificultățile.

Primul lucru de adăugat la dimensiunea reactorului este dimensiunea reflectorului - în special, în Kilopower BeO triplează dimensiunea. În al doilea rând, nu putem folosi semifabricate U sau Pu - pur și simplu se vor arde în fluxul de aer în doar un minut. Este nevoie de o carcasă, de exemplu din incaloy, care rezistă la oxidarea instantanee până la 1000 C, sau alte aliaje de nichel cu un posibil înveliș ceramic. Introducerea unei cantități mari de material de înveliș în miez crește cantitatea necesară de combustibil nuclear de mai multe ori simultan - la urma urmei, absorbția „neproductivă” a neutronilor în miez a crescut acum brusc!

Mai mult decât atât, forma metalică a U sau Pu nu mai este potrivită - aceste materiale în sine nu sunt refractare (plutoniul se topește în general la 634 C) și, de asemenea, interacționează cu materialul carcasei metalice. Transformăm combustibilul în forma clasică de UO2 sau PuO2 - obținem o altă diluție a materialului din miez, de data aceasta cu oxigen.

În cele din urmă, să ne amintim scopul reactorului. Trebuie să pompăm mult aer prin el, căruia îi vom degaja căldură. Aproximativ 2/3 din spațiu va fi ocupat de „tuburi de aer”.

Ca urmare, diametrul minim al miezului crește la 40-50 cm (pentru uraniu), iar diametrul reactorului cu un reflector de beriliu de 10 centimetri la 60-70 cm. Estimările mele „prin analogie” sunt confirmat de proiectarea unui motor nuclear cu reacție MITEE , conceput pentru zboruri în atmosfera lui Jupiter. Acest proiect complet de hârtie (de exemplu, se presupune că temperatura miezului este de 3000 K, iar pereții sunt din beriliu, care poate rezista la cel mult 1200 K) are un diametru al miezului calculat din neutronici de 55,4 cm, în ciuda faptului că răcirea cu hidrogen face posibilă reducerea ușoară a dimensiunii canalelor prin care este pompat lichidul de răcire .

În opinia mea, un motor cu reacție nuclear aeropurtat poate fi împins într-o rachetă cu un diametru de aproximativ un metru, care, totuși, nu este radical mai mare decât 0,6-0,74 m declarată, dar este încă alarmant. Într-un fel sau altul, centrala nucleară va avea o putere de ~ câțiva megawați, alimentată cu ~10^16 dezintegrare pe secundă. Aceasta înseamnă că reactorul în sine va crea un câmp de radiații de câteva zeci de mii de roentgen la suprafață și până la o mie de roentgen de-a lungul întregii rachete. Chiar și instalarea a câteva sute de kg de protecție a sectorului nu va reduce semnificativ aceste niveluri, deoarece Neutronii și razele gamma vor fi reflectate din aer și „ocolesc protecția”.

În câteva ore, un astfel de reactor va produce ~10^21-10^22 atomi de produse de fisiune c cu o activitate de câțiva (câteva zeci) petabecquereli, care chiar și după oprire vor crea un fundal de câteva mii de roentgen în apropierea reactorului.

Designul rachetei va fi activat la aproximativ 10^14 Bq, deși izotopii vor fi în principal emițători beta și sunt periculoși doar de razele X bremsstrahlung. Fundalul structurii în sine poate ajunge la zeci de roentgens la o distanță de 10 metri de corpul rachetei.

Toată această „distracție” dă ideea că dezvoltarea și testarea unei astfel de rachete este o sarcină în pragul posibilului. Este necesar să se creeze un întreg set de echipamente de navigație și control rezistente la radiații, pentru a le testa totul într-un mod destul de cuprinzător (radiații, temperatură, vibrații - și toate acestea pentru statistici). Testele de zbor cu un reactor în funcțiune se pot transforma în orice moment într-un dezastru de radiații cu eliberarea a sute de terrabecquerel la mai mulți petabecquerel. Chiar și fără situații catastrofale, este foarte probabilă depresurizarea elementelor individuale de combustibil și eliberarea de radionuclizi.

Desigur, în Rusia există încă Locul de testare Novozemelsky asupra cărora se pot efectua astfel de teste, dar acest lucru ar fi contrar spiritului acordului privind interzicerea testării armelor nucleare în trei medii (interdicția a fost introdusă pentru a preveni poluarea sistematică a atmosferei și oceanelor cu radionuclizi).

În cele din urmă, mă întreb cine în Federația Rusă ar putea dezvolta un astfel de reactor. În mod tradițional, Institutul Kurchatov (proiectare generală și calcule), Obninsk IPPE (testare experimentală și combustibil) și Institutul de Cercetare Luch din Podolsk (tehnologia combustibilului și a materialelor) au fost inițial implicate în reactoare de înaltă temperatură. Mai târziu, echipa NIKIET s-a implicat în proiectarea unor astfel de mașini (de exemplu, reactoarele IGR și IVG sunt prototipuri ale miezului motorului de rachetă nucleară RD-0410).

Astăzi, NIKIET are o echipă de proiectanți care efectuează lucrări la proiectarea reactorului ( RUGK răcit cu gaz la temperatură înaltă , reactoare rapide MBIR, ), iar IPPE și Luch continuă să se angajeze în calcule și, respectiv, tehnologii aferente. În ultimele decenii, Institutul Kurchatov s-a îndreptat mai mult spre teoria reactoarelor nucleare.

Pe scurt, aș dori să spun că crearea unei rachete de croazieră cu motoare cu reacție de aer cu o centrală nucleară este în general o sarcină fezabilă, dar în același timp extrem de costisitoare și complexă, care necesită o mobilizare semnificativă a resurselor umane și financiare. , mi se pare într-o măsură mai mare decât toate celelalte proiecte anunțate („Sarmat”, „Pumnal”, „Status-6”, „Vanguard”). Este foarte ciudat că această mobilizare nu a lăsat nici cea mai mică urmă. Și, cel mai important, este complet neclar care sunt beneficiile obținerii unor astfel de tipuri de arme (pe fondul transportatorilor existenți) și cum pot depăși numeroasele dezavantaje - probleme de siguranță la radiații, cost ridicat, incompatibilitate cu tratatele strategice de reducere a armelor. .

P.S. Cu toate acestea, „sursele” încep deja să atenueze situația: „O sursă apropiată complexului militar-industrial a spus” Vedomosti „că siguranța la radiații a fost asigurată în timpul testării rachetei. Instalația nucleară de la bord a fost reprezentată de o machetă electrică, spune sursa.

03-03-2018

Valery Lebedev (recenzie)

• În istorie, au existat deja dezvoltări de rachete de croazieră cu un motor cu aer nuclear ramjet: aceasta este racheta SLAM (alias Pluto) în SUA cu reactorul TORY-II (1959), conceptul Avro Z-59 în Marea Britanie, evoluții în URSS.
• Să atingem principiul funcționării unei rachete cu reactor nuclear. Vorbim doar de un motor nuclear ramjet, care tocmai a avut în vedere Putin în discursul său despre o rachetă de croazieră cu o rază de zbor nelimitată și invulnerabilitate completă. aerul atmosferic din această rachetă este încălzit de ansamblul nuclear la temperaturi ridicate și este aruncat din duza din spate cu viteză mare. Testat în Rusia (în anii 60) și printre americani (din 1959). Are două dezavantaje semnificative: 1. Pute ca aceeași bombă nucleară, așa că în timpul zborului totul pe traiectorie va fi înfundat. 2. În domeniul termic miroase atât de mult încât până și un satelit nord-coreean cu tuburi radio îl poate vedea din spațiu. În consecință, puteți doborî o astfel de sobă zburătoare cu kerosen cu deplină încredere.
  Așa că desenele animate prezentate în Manege au dus la nedumerire, care a devenit îngrijorată cu privire la sănătatea (mentală) a directorului acestui gunoi.
  În timpul sovietic, astfel de imagini (afișe și alte plăceri pentru generali) erau numite „Cheburashkas”.

  În general, acesta este un design convențional drept, axisimetric, cu un corp central și o carcasă raționalizate. Forma corpului central este astfel încât, din cauza undelor de șoc la intrare, aerul este comprimat (ciclul de funcționare începe cu o viteză de 1 M și mai mare, până la care este accelerat de un accelerator de pornire folosind combustibil solid convențional) ;
  - in interiorul corpului central se afla o sursa de caldura nucleara cu miez monolit;
  - corpul central este conectat la carcasă prin radiatoare cu 12-16 plăci, unde căldura este îndepărtată din miez prin conducte termice. Radiatoarele sunt situate în zona de expansiune din fața duzei;
  - materialul radiatoarelor și al corpului central, de exemplu, VNDS-1, care menține rezistența structurală până la 3500 K în limită;
  - pentru a fi sigur, il incalzim pana la 3250 K. Aerul, care curge in jurul caloriferelor, le incalzeste si le raceste. Apoi trece prin duză, creând tracțiune;
  - pentru a răci carcasa la temperaturi acceptabile, construim în jurul ei un ejector, care în același timp crește împingerea cu 30-50%.

  O unitate de centrală nucleară monolitică încapsulată poate fi fie instalată în carcasă înainte de lansare, fie păstrată într-o stare subcritică până la lansare, iar reacția nucleară poate fi pornită dacă este necesar. Nu știu exact cum, aceasta este o problemă de inginerie (și, prin urmare, poate fi rezolvată). Deci aceasta este în mod clar o armă a primei lovituri, nu merge la bunica.
  O centrală nucleară încapsulată poate fi realizată în așa fel încât să se garanteze că nu va fi distrusă la impact în cazul unui accident. Da, se va dovedi a fi greu - dar se va dovedi a fi greu în orice caz.

  Pentru a ajunge la hipersunet, va trebui să alocați fluidului de lucru o densitate de energie complet indecentă pe unitatea de timp. Cu o probabilitate de 9/10, materialele existente nu vor putea face față acestui lucru pe perioade lungi de timp (ore/zile/săptămâni), rata de degradare va fi nebună.

  Și, în general, mediul de acolo va fi agresiv. Protecția împotriva radiațiilor este grea, altfel toți senzorii/electronicele pot fi aruncate într-o groapă de gunoi deodată (cei interesați își pot aminti Fukushima și întrebările: „de ce nu li s-a dat roboților treaba de curățare?”).

  Etc.... Un astfel de minune va „străluci” în mod semnificativ. Nu este clar cum să îi transmită comenzile de control (dacă totul este complet ecranat acolo).

  Să atingem rachetele create autentic cu o centrală nucleară - un design american - racheta SLAM cu reactorul TORY-II (1959).

  Iată acest motor cu reactor:

  Conceptul SLAM a fost o rachetă de trei mach, care zbura jos, cu dimensiuni și greutate impresionante (27 de tone, peste 20 de tone după ce amplificatoarele de lansare au fost aruncate). Supersonicul îngrozitor de scump care zboară jos a făcut posibilă utilizarea maximă a prezenței unei surse practic nelimitate de energie la bord; în plus, o caracteristică importantă a unui motor nuclear cu reacție de aer este îmbunătățirea eficienței de funcționare (ciclu termodinamic) cu creșterea vitezei, adică aceeasi idee, dar la viteze de 1000 km/h ar avea un motor mult mai greu si mai mare. În cele din urmă, 3M la o altitudine de o sută de metri în 1965 a însemnat invulnerabilitate la apărarea aeriană.

  

  Motor TORY-IIC. Elementele combustibile din zona activă sunt tuburi tubulare hexagonale din UO2, acoperite cu o carcasă ceramică de protecție, asamblate în ansambluri de combustibil incalo.

  Se pare că anterior conceptul de rachetă de croazieră cu o centrală nucleară era „legat” la viteză mare, unde avantajele conceptului erau puternice, iar concurenții cu combustibilul cu hidrocarburi slăbeau.

• Videoclip despre vechea rachetă americană SLAM

• Racheta prezentată la prezentarea lui Putin este transsonică sau slab supersonică (dacă, desigur, credeți că este cea din videoclip). Dar, în același timp, dimensiunea reactorului a scăzut semnificativ în comparație cu TORY-II de la racheta SLAM, unde avea până la 2 metri, inclusiv reflectorul radial de neutroni din grafit.
  Diagrama rachetei SLAM. Toate acționările sunt pneumatice, echipamentul de control este amplasat într-o capsulă de atenuare a radiațiilor.

  Este posibil chiar instalarea unui reactor cu diametrul de 0,4-0,6 metri? Să începem cu un reactor fundamental minim - un porc Pu239. Un bun exemplu de implementare a unui astfel de concept este reactorul spațial Kilopower, care, totuși, folosește U235. Diametrul miezului reactorului este de doar 11 centimetri! Dacă trecem la plutoniu 239, dimensiunea miezului va scădea de încă 1,5-2 ori.
  Acum de la dimensiunea minimă vom începe să pășim către un adevărat motor nuclear cu reacție de aer, amintindu-ne dificultățile. Primul lucru de adăugat la dimensiunea reactorului este dimensiunea reflectorului - în special, în Kilopower BeO triplează dimensiunea. În al doilea rând, nu putem folosi semifabricate U sau Pu - pur și simplu se vor arde în fluxul de aer în doar un minut. Este nevoie de o carcasă, de exemplu din incaloy, care rezistă la oxidarea instantanee până la 1000 C, sau alte aliaje de nichel cu un posibil înveliș ceramic. Introducerea unei cantități mari de material de înveliș în miez crește cantitatea necesară de combustibil nuclear de mai multe ori simultan - la urma urmei, absorbția „neproductivă” a neutronilor în miez a crescut acum brusc!
  Mai mult decât atât, forma metalică a U sau Pu nu mai este potrivită - aceste materiale în sine nu sunt refractare (plutoniul se topește în general la 634 C) și, de asemenea, interacționează cu materialul carcasei metalice. Transformăm combustibilul în forma clasică de UO2 sau PuO2 - obținem o altă diluție a materialului din miez, de data aceasta cu oxigen.

  În cele din urmă, să ne amintim scopul reactorului. Trebuie să pompăm mult aer prin el, căruia îi vom degaja căldură. aproximativ 2/3 din spațiu va fi ocupat de „tuburi de aer”. Ca urmare, diametrul minim al miezului crește la 40-50 cm (pentru uraniu), iar diametrul reactorului cu un reflector de beriliu de 10 centimetri la 60-70 cm.

  Un motor cu reacție nuclear aeropurtat poate fi împins într-o rachetă cu un diametru de aproximativ un metru, care, totuși, nu este radical mai mare decât 0,6-0,74 m declarată, dar este încă alarmant.

  Într-un fel sau altul, centrala nucleară va avea o putere de ~ câțiva megawați, alimentată cu ~10^16 dezintegrare pe secundă. Aceasta înseamnă că reactorul în sine va crea un câmp de radiații de câteva zeci de mii de roentgen la suprafață și până la o mie de roentgen de-a lungul întregii rachete. Chiar și instalarea a câteva sute de kg de protecție a sectorului nu va reduce semnificativ aceste niveluri, deoarece Neutronii și razele gamma vor fi reflectate din aer și „ocolesc protecția”. În câteva ore, un astfel de reactor va produce ~10^21-10^22 de atomi de produse de fisiune cu o activitate de câțiva (câteva zeci) petabecquereli, care chiar și după oprire vor crea un fundal de câteva mii de roentgen în apropierea reactorului. Designul rachetei va fi activat la aproximativ 10^14 Bq, deși izotopii vor fi în principal emițători beta și sunt periculoși doar de razele X bremsstrahlung. Fundalul structurii în sine poate ajunge la zeci de roentgens la o distanță de 10 metri de corpul rachetei.

  Toate aceste dificultăți dau ideea că dezvoltarea și testarea unei astfel de rachete este o sarcină în pragul posibilului. Este necesar să se creeze un întreg set de echipamente de navigație și control rezistente la radiații, pentru a le testa totul într-un mod destul de cuprinzător (radiații, temperatură, vibrații - și toate acestea pentru statistici). Testele de zbor cu un reactor în funcțiune se pot transforma în orice moment într-un dezastru de radiații cu eliberarea a sute de terrabecquerel la mai mulți petabecquerel. Chiar și fără situații catastrofale, este foarte probabilă depresurizarea elementelor individuale de combustibil și eliberarea de radionuclizi.
  Din cauza tuturor acestor dificultăți, americanii au abandonat racheta cu propulsie nucleară SLAM în 1964.

  Desigur, în Rusia există încă situl de testare Novaya Zemlya unde pot fi efectuate astfel de teste, dar acest lucru va contrazice spiritul tratatului de interzicere a testelor de arme nucleare în trei medii (interdicția a fost introdusă pentru a preveni poluarea sistematică a atmosferei și ocean cu radionuclizi).

  În cele din urmă, mă întreb cine în Federația Rusă ar putea dezvolta un astfel de reactor. În mod tradițional, Institutul Kurchatov (proiectare generală și calcule), Obninsk IPPE (testare experimentală și combustibil) și Institutul de Cercetare Luch din Podolsk (tehnologia combustibilului și a materialelor) au fost inițial implicate în reactoare de înaltă temperatură. Mai târziu, echipa NIKIET s-a implicat în proiectarea unor astfel de mașini (de exemplu, reactoarele IGR și IVG sunt prototipuri ale miezului motorului de rachetă nucleară RD-0410). Astăzi, NIKIET are o echipă de proiectanți care lucrează la proiectarea reactoarelor (RUGK răcit cu gaz la temperatură înaltă, reactoare rapide MBIR), iar IPPE și Luch continuă să se angajeze în calcule și, respectiv, tehnologii aferente. În ultimele decenii, Institutul Kurchatov s-a îndreptat mai mult spre teoria reactoarelor nucleare.

  Pentru a rezuma, putem spune că realizarea unei rachete de croazieră cu motoare cu reacție de aer cu o centrală nucleară este în general o sarcină fezabilă, dar în același timp extrem de costisitoare și complexă, care necesită o mobilizare semnificativă a resurselor umane și financiare, se pare. pentru mine într-o măsură mai mare decât toate celelalte proiecte anunțate ("Sarmat", "Pumnal", "Status-6", "Vanguard"). Este foarte ciudat că această mobilizare nu a lăsat nici cea mai mică urmă. Și, cel mai important, este complet neclar care sunt beneficiile obținerii unor astfel de tipuri de arme (pe fondul transportatorilor existenți) și cum pot depăși numeroasele dezavantaje - probleme de siguranță la radiații, cost ridicat, incompatibilitate cu tratatele strategice de reducere a armelor. .

  Reactorul de dimensiuni mici a fost dezvoltat din 2010, a raportat Kiriyenko despre acest lucru în Duma de Stat. S-a presupus că va fi instalat pe o navă spațială cu un sistem de propulsie electric pentru zborurile către Lună și Marte și testat pe orbită anul acesta.
  Evident, un dispozitiv similar este folosit pentru rachete de croazieră și submarine.

  Da, este posibil să instalați un motor nuclear, iar testele de succes de 5 minute ale unui motor de 500 de megawați, făcute în statele în urmă cu mulți ani, pentru o rachetă de croazieră cu un jet ram pentru o viteză de Mach 3, în general, au confirmat acest lucru (Proiectul Pluto). Teste pe banc, desigur (motorul a fost „suflat” cu aer pregătit la presiunea/temperatura necesară). Dar de ce? Rachetele balistice existente (și proiectate) sunt suficiente pentru paritatea nucleară. De ce să creăm o armă care este potențial mai periculoasă (pentru „propriul nostru popor”) de folosit (și testat)? Chiar și în proiectul Pluto s-a sugerat că o astfel de rachetă zboară deasupra teritoriului său la o altitudine considerabilă, coborând la altitudini sub-radar doar aproape de teritoriul inamic. Nu este foarte bine să fii lângă un reactor de uraniu neprotejat de 500 de megawați răcit cu aer, cu temperaturi ale materialelor de peste 1300 Celsius. Adevărat, rachetele menționate (dacă sunt într-adevăr în curs de dezvoltare) vor fi mai puțin puternice decât Pluto (Slam).
  Videoclip de animație din 2007, publicat în prezentarea lui Putin pentru a prezenta cea mai recentă rachetă de croazieră cu o centrală nucleară.
  
  Poate că toate acestea sunt pregătirea pentru versiunea nord-coreeană a șantajului. Vom înceta să ne dezvoltăm armele periculoase - și veți ridica sancțiunile de la noi.
  Ce săptămâna - șeful chinez pretinde pentru o stăpânire pe viață, cel rus amenință întreaga lume.

Sergeev Alexey, 9 clasa „A”, Instituția de învățământ municipal „Școala Gimnazială nr. 84”

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

Șef: , profesor de fizică, Instituția Municipală de Învățământ „Școala Gimnazială Nr. 84” CATO Seversk

Introducere

Sistemele de propulsie de la bordul unei nave spațiale sunt proiectate pentru a crea forță sau impuls. În funcție de tipul de tracțiune utilizat, sistemul de propulsie este împărțit în chimic (CHRD) și non-chimic (NCRD). CRD-urile sunt împărțite în motoare cu propulsie lichidă (LPRE), motoare rachetă cu propulsie solidă (motoare cu propulsie solidă) și motoare rachetă combinate (RCR). La rândul lor, sistemele de propulsie nechimică sunt împărțite în nucleare (NRE) și electrice (EP). Marele om de știință Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a creat în urmă cu un secol primul model de sistem de propulsie care funcționa cu combustibil solid și lichid. Ulterior, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, mii de zboruri au fost efectuate folosind în principal motoare cu combustibil lichid și motoare rachete cu combustibil solid.

Cu toate acestea, în prezent, pentru zborurile către alte planete, ca să nu mai vorbim de stele, utilizarea motoarelor rachete cu combustibil lichid și a motoarelor rachete cu combustibil solid devine din ce în ce mai nerentabilă, deși au fost dezvoltate multe motoare rachete. Cel mai probabil, capacitățile motoarelor de rachete cu combustibil lichid și ale motoarelor de rachete cu combustibil solid s-au epuizat complet. Motivul aici este că impulsul specific al tuturor propulsoarelor chimice este scăzut și nu depășește 5000 m/s, ceea ce necesită funcționarea pe termen lung a propulsorului și, în consecință, rezerve mari de combustibil pentru dezvoltarea unor viteze suficient de mari sau, după cum este obișnuit în astronautică, sunt necesare valori mari ale numărului Tsiolkovsky, adică raportul dintre masa unei rachete alimentate și masa uneia goale. Astfel, vehiculul de lansare Energia, care lansează 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 30.

Pentru un zbor spre Marte, de exemplu, numărul lui 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 în aceste limite, masa minimă 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 al astronauticii moderne, bazată pe utilizarea motoarelor cu combustibil lichid și a motoarelor 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 alte principii decât propulsia chimică. Cele mai promițătoare în acest sens sunt motoarele electrice cu reacție (EPE), motoarele cu rachete termochimice și motoarele cu reacție nucleare (NRE).

1.Concepte de bază

Un motor rachetă este un motor cu reacție care nu utilizează mediul (aer, apă) pentru funcționare. Motoarele cu rachete chimice sunt cele mai utilizate. Alte tipuri de motoare rachete sunt dezvoltate și testate - electrice, nucleare și altele. Cele mai simple motoare de rachetă care funcționează cu gaze comprimate sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pe stațiile și vehiculele spațiale. De obicei, folosesc azotul ca fluid de lucru. /1/

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, propulsie, control și altele. Motoarele de rachetă sunt utilizate 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 din fabrică și nu necesită întreținere pe toată durata de depozitare și de viață a rachetei în sine. Motoarele cu combustibil solid sunt adesea folosite ca propulsoare pentru rachetele spațiale. Ele sunt utilizate pe scară largă în această calitate în SUA, Franța, Japonia și China.

Motoarele cu rachete lichide au caracteristici de tracțiune mai mari decât motoarele cu rachete solide. Prin urmare, ele sunt folosite pentru a lansa rachete spațiale pe orbită în jurul Pământului și pentru zboruri interplanetare. Principalii propulsori lichizi pentru rachete sunt kerosenul, heptanul (dimetilhidrazină) și hidrogenul lichid. Pentru astfel de tipuri de combustibil, este necesar un oxidant (oxigen). Acidul azotic și oxigenul lichefiat sunt utilizați ca oxidanți în astfel de motoare. Acidul azotic este inferior oxigenului lichefiat în ceea ce privește proprietățile oxidante, dar nu necesită menținerea unui regim special de temperatură în timpul depozitării, realimentării și utilizării rachetelor.

Motoarele pentru zborurile spațiale diferă de cele de pe Pământ prin aceea că trebuie să producă cât mai multă putere cu cea mai mică masă și volum posibil. În plus, acestea sunt supuse unor cerințe precum eficiența și fiabilitatea excepțional de ridicate și timpul 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 tipurile enumerate 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 redusă. Aceasta este o copie mai mică 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 într-un motor cu ardere internă, cuptorul unui cazan cu abur - oriunde are loc arderea, oxigenul atmosferic ocupă cea mai activă parte. Nu există aer în spațiul cosmic, iar pentru ca motoarele de rachete să funcționeze în spațiul cosmic, este necesar să existe două componente - combustibil și oxidant.

Motoarele de rachete termochimice lichide folosesc ca combustibil alcool, kerosen, benzină, anilină, hidrazină, dimetilhidrazină și hidrogen lichid. Oxigenul lichid, peroxidul de hidrogen și acidul azotic sunt utilizați ca agent oxidant. Poate că în viitor fluorul lichid va fi folosit ca agent oxidant atunci când se inventează metode de depozitare și utilizare a unei astfel de substanțe chimice active.

Combustibilul și oxidantul pentru motoarele cu reacție lichidă sunt depozitate separat în rezervoare speciale și furnizate în camera de ardere cu ajutorul pompelor. Când sunt combinate în camera de ardere, temperaturile ajung la 3000 – 4500 °C.

Produsele de ardere, în expansiune, capătă viteze de la 2500 la 4500 m/s. Împingându-se din corpul motorului, ele creează tracțiunea jetului. În același timp, cu cât masa și viteza debitului de gaz sunt mai mari, cu atât tracțiunea motorului este mai mare.

De obicei, forța specifică a motoarelor este estimată prin cantitatea de forță creată pe unitatea de masă de combustibil ars într-o secundă. Această cantitate se numește impuls specific al unui motor rachetă și se măsoară în secunde (kg forță / kg 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. Un motor de 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.

Circuitul motorului rachetă lichid utilizat în mod obișnuit 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. Un oxidant este de asemenea injectat în camera de ardere prin duze.

În orice mașină, când arde combustibilul, se formează fluxuri mari de căldură care încălzesc pereții motorului. Dacă nu răciți pereții camerei, aceasta se va arde rapid, indiferent din ce material este făcută. Un motor cu reacție lichidă este răcit de obicei de una dintre componentele combustibilului. În acest scop, camera este realizată din doi pereți. Componenta rece a combustibilului curge în golul dintre pereți.

Aluminiu" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">aluminiu etc. În special ca aditiv la combustibilii convenționali, cum ar fi hidrogen-oxigen. Astfel de „compoziții ternare” pot oferi cea mai mare viteză posibilă pentru substanțele chimice evacuarea combustibililor - până la 5 km/s.Dar aceasta este practic 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 istorie al omenirii a fost creat un motor de rachetă termochimic folosind 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 - acesta este întregul design. Modul de ardere a combustibilului solid depinde de scopul motorului rachetei cu combustibil solid (lansare, susținător sau combinat).Pentru rachetele cu combustibil solid utilizate în afaceri militare se caracterizează prin prezența motoarelor de lansare și propulsie.Motorul de rachetă cu combustibil solid de lansare se dezvoltă tracțiune mare pentru un timp foarte scurt, care este necesar pentru ca racheta să părăsească lansator și pentru accelerarea sa inițială. Motorul rachetei cu propulsor solid este proiectat pentru a menține o viteză de zbor constantă a rachetei pe secțiunea principală (de propulsie) a traiectoriei de zbor. Diferențele dintre ele constă 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 depinde 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 lansare de la lansarea rachetei până când obiectul este lansat pe orbită în jurul Pământului sau pe o traiectorie interplanetară. În general, motoarele de rachetă cu combustibil solid nu au multe avantaje față de motoarele cu combustibil lichid: sunt ușor de fabricat, pot fi depozitate pentru o perioadă lungă de timp, sunt întotdeauna gata de acțiune și sunt relativ rezistente la explozie. Dar în ceea ce privește forța specifică, motoarele cu combustibil solid sunt cu 10-30% mai mici decât motoarele lichide.

4. Motoare electrice cu rachete

Aproape toate motoarele de rachetă discutate mai sus dezvoltă o forță enormă și sunt concepute pentru a lansa nave spațiale pe orbită în jurul Pământului și pentru a le accelera la viteze cosmice pentru zborurile interplanetare. O chestiune complet diferită este sistemele de propulsie pentru nave spațiale deja lansate pe orbită sau pe o traiectorie interplanetară. Aici, de regulă, avem nevoie de motoare de putere redusă (mai mulți kilowați sau chiar wați) capabile să funcționeze sute și mii de ore și să fie pornite și oprite în mod repetat. Acestea vă permit să mențineți zborul pe orbită sau de-a lungul unei traiectorii date, compensând rezistența de zbor creată de straturile superioare ale atmosferei 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 de la panouri solare sau de la o centrală nucleară. Metodele de încălzire a fluidului de lucru sunt diferite, dar, în realitate, arcul electric este utilizat în principal. S-a dovedit a fi foarte fiabil și poate rezista la un număr mare de porniri. Hidrogenul este folosit ca fluid de lucru în motoarele cu arc electric. Folosind un 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 motor ajunge la 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 creșterea vitezei de evacuare 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 academician) la faimosul Laborator de dinamică a gazelor (GDL)./10/

5.Alte tipuri de motoare

Există, de asemenea, modele mai exotice pentru motoarele de rachete nucleare, în care materialul fisionabil este în stare lichidă, gazoasă sau chiar plasmă, dar implementarea unor astfel de modele la nivelul actual de tehnologie și tehnologie este nerealistă. Următoarele proiecte de motoare rachetă există, încă în stadiu teoretic sau de laborator:

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 ca combustibil. Productivitatea 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 - care folosesc presiunea luminii solare (vânt solar), a căror existență a fost dovedită empiric 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 care funcționează cu combustibil lichid este asociat cu debitul limitat al 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 cu rachete nucleare nu este aproape deloc diferit de principiul de funcționare al motoarelor termochimice. Diferența este că fluidul de lucru este încălzit nu datorită energiei chimice proprii, ci datorită energiei „străine” eliberate în timpul unei reacții intranucleare. Fluidul de lucru este trecut printr-un reactor nuclear, în care are loc reacția de fisiune a nucleelor ​​atomice (de exemplu, uraniu) și este încălzit. 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 de tracțiune mai mare. Această condiție este satisfăcută cel mai pe deplin de hidrogen, 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 radioizotopice sunt realizate în așa-numitele surse de energie izotopică. Energia de masă specifică (energia pe care o poate elibera o substanță cu greutatea de 1 kg) a izotopilor radioactivi artificiali este semnificativ mai mare decât cea a combustibililor chimici. Astfel, pentru 210Po este egal cu 5*10 8 KJ/kg, în timp ce pentru cel mai eficient combustibil chimic (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 dificultățile operaționale. La urma urmei, izotopul eliberează în mod constant energie, chiar și atunci când este transportat într-un container special și când racheta este parcată la locul de lansare. Reactoarele nucleare folosesc combustibil mai eficient din punct de vedere energetic. Astfel, energia de masă specifică a 235U (izotopul fisionabil al uraniului) este egală cu 6,75 * 10 9 KJ/kg, adică aproximativ cu un ordin de mărime mai mare decât cea a izotopului 210Po. Aceste motoare pot fi „pornite” și „oprite”; combustibilul nuclear (233U, 235U, 238U, 239Pu) este mult mai ieftin decât combustibilul izotop. 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 cel mai simplu design al unui motor de rachetă nucleară cu un reactor care funcționează cu combustibil nuclear solid, fluidul de lucru este plasat într-un rezervor. Pompa îl alimentează în camera motorului. Pulverizat folosind duze, fluidul de lucru intră în contact cu combustibilul nuclear generator de combustibil, se încălzește, se extinde și este aruncat cu viteză mare prin duză. Combustibilul nuclear este superior în rezerve de energie față de orice alt tip de combustibil. Atunci apare o întrebare logică: de ce instalațiile care folosesc acest combustibil au încă o forță specifică relativ scăzută și o masă mare? Faptul este că forța specifică a unui motor de rachetă nucleară în fază solidă este limitată de temperatura materialului fisionabil, iar centrala electrică în timpul funcționării emite radiații ionizante puternice, care are un efect dăunător asupra organismelor vii. Protecția biologică împotriva unor astfel de radiații este foarte importantă și nu este aplicabilă pe nave spațiale. Dezvoltarea practică a motoarelor de rachete nucleare cu combustibil nuclear solid a început la mijlocul anilor 50 ai secolului XX în Uniunea Sovietică și SUA, aproape simultan cu construcția primelor centrale nucleare. Lucrarea s-a desfășurat într-o atmosferă de secretizare sporită, dar se știe că astfel de motoare de rachete nu au primit încă o utilizare reală în astronautică. Totul s-a limitat până acum la utilizarea surselor izotopice de electricitate de putere relativ scăzută pe sateliții Pământeni artificiali fără pilot, nave spațiale interplanetare și faimosul „rover lunar” sovietic.

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

Motoarele de rachete nucleare și-au primit numele datorită faptului că creează tracțiune 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 transformări ale unor nuclee în altele, asociate cu o restructurare a structurii nucleelor ​​sau o schimbare a numărului de particule elementare conținute în ele - nucleonii. Mai mult, reacțiile nucleare, după cum se știe, pot avea loc fie spontan (adică spontan), fie cauzate artificial, de exemplu, atunci când unele nuclee sunt bombardate de altele (sau particule elementare). Reacțiile de fisiune și fuziune nucleare depășesc reacțiile chimice de milioane și, respectiv, de zeci de milioane de ori ca energie. 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. Energia nucleară este convertită în energie electrică și apoi utilizată pentru a ioniza și accelera particulele fluidului de lucru.

3. În cele din urmă, impulsul este creat de produsele de fisiune înșiși, formate în procesul DIV_ADBLOCK265">

Prin analogie cu un motor de rachetă cu propulsie lichidă, fluidul inițial de lucru al motorului cu propulsie nucleară este stocat în stare lichidă în rezervorul sistemului de propulsie și este alimentat folosind o unitate turbopompă. Gazul pentru rotirea acestei unități, constând dintr-o turbină și o pompă, poate fi produs chiar în reactor.

O diagramă a unui astfel de sistem de propulsie este prezentată în figură.

Există multe motoare cu propulsie nucleară cu un reactor de fisiune:

fază solidă

fază gazoasă

NRE cu reactor de fuziune

Motoare cu propulsie nucleară cu impulsuri și altele

Dintre toate tipurile posibile de motoare de propulsie nucleară, cele mai dezvoltate sunt motorul radioizotop termic și motorul cu reactor de fisiune în fază solidă. Dar dacă caracteristicile motoarelor de propulsie nucleară cu radioizotopi nu ne permit să sperăm la utilizarea lor pe scară largă în astronautică (cel puțin în viitorul apropiat), atunci crearea motoarelor de propulsie nucleară în fază solidă deschide mari perspective pentru astronautică. Un motor de propulsie nucleară tipic de acest tip conține un reactor în fază solidă sub forma unui cilindru cu o înălțime și un diametru de aproximativ 1-2 m (dacă acești parametri sunt apropiați, scurgerea neutronilor de fisiune în spațiul înconjurător este minimă) .

Reactorul este format dintr-un miez; un reflector care înconjoară această zonă; organele de conducere; corp de putere și alte elemente. Miezul conține combustibil nuclear - material fisionabil (uraniu îmbogățit) conținut în elementele de combustibil și un moderator sau diluant. Reactorul prezentat în figură este omogen - în el moderatorul face parte din elementele de combustibil, fiind amestecat omogen cu combustibilul. Moderatorul poate fi amplasat și separat de combustibilul nuclear. În acest caz, reactorul este numit heterogen. Diluanții (pot fi, de exemplu, metale refractare - wolfram, molibden) sunt utilizați pentru a conferi proprietăți speciale substanțelor fisionabile.

Elementele de combustibil ale unui reactor în fază solidă sunt pătrunse de canale prin care curge fluidul de lucru al motorului de propulsie nucleară, încălzindu-se treptat. Canalele au un diametru de aproximativ 1-3 mm, iar aria lor totală este de 20-30% din secțiunea transversală a zonei active. Miezul este suspendat de o grilă specială în interiorul vasului de alimentare, astfel încât să se poată extinde atunci când reactorul se încălzește (altfel s-ar prăbuși din cauza solicitărilor termice).

Miezul suferă sarcini mecanice mari asociate cu căderi semnificative de presiune hidraulică (până la câteva zeci de atmosfere) de la curgerea fluidului de lucru, solicitări termice și vibrații. Creșterea dimensiunii zonei active atunci când reactorul se încălzește ajunge la câțiva centimetri. Zona activă și reflectorul sunt plasate într-o carcasă de putere durabilă care absoarbe presiunea fluidului de lucru și forța creată de duza cu jet. Carcasa se inchide cu un capac rezistent. Acesta găzduiește mecanisme pneumatice, arc sau electrice pentru antrenarea organelor de reglementare, puncte de atașare pentru motorul de propulsie nucleară la navă spațială și flanșe pentru conectarea motorului de propulsie nucleară la conductele de alimentare cu fluidul de lucru. Pe capac poate fi amplasată și o unitate turbopompă.

8 - Duza,

9 - duza de expansiune,

10 - Alegerea substanței de lucru pentru turbină,

11 - Corpul de putere,

12 - tambur de control,

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

14 - Inel de antrenare pentru tobe de control)

La începutul anului 1957, s-a stabilit direcția finală de lucru la Laboratorul 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 loc de testare special în Nevada și, de asemenea, a efectuat o serie de comenzi speciale de la Forțele Aeriene ale SUA în domenii conexe (dezvoltarea unități TURE). În numele Laboratorului Los Alamos, toate comenzile speciale pentru fabricarea componentelor individuale au fost efectuate de următoarele companii: Aerojet General, divizia Rocketdyne a Aviației Nord-Americane. În vara anului 1958, întregul control al programului Rover a fost transferat de la Forțele Aeriene ale Statelor Unite către Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA), nou organizată. Ca urmare a unui acord special între AEC și NASA la mijlocul verii anului 1960, Biroul de Propulsie Nucleară Spațială a fost format sub conducerea lui G. Finger, care a condus ulterior programul Rover.

Rezultatele obținute din șase „teste la cald” ale motoarelor cu reacție nucleare au fost foarte încurajatoare, iar la începutul anului 1961 a fost pregătit un raport privind testarea în zbor a 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 a fost ales ca subcontractant responsabil de construcția reactorului.

10.2 Lucrări la TURE 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 reactoarele de cercetare. Întreaga gamă de lucrări efectuate în anii 70-80 a permis biroului de proiectare „Salyut”, Biroului de proiectare al automatizării chimice, IAE, NIKIET și NPO „Luch” (PNITI) să dezvolte diverse proiecte de motoare de propulsie nucleară spațială și centrale nucleare hibride. Conducerea NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO au fost responsabile pentru elementele reactorului Luch”, MAI) au fost create CORTE RD 0411și motor nuclear de dimensiuni minime RD 0410împingerea de 40, respectiv 3,6 tone.

Ca urmare, au fost fabricate un reactor, un motor „rece” și un prototip de banc pentru testarea pe hidrogen gazos. Spre deosebire de cel american, cu un impuls specific de cel mult 8250 m/s, TNRE sovietic, datorită utilizării unor elemente combustibile mai rezistente la căldură și de design avansat și a temperaturii ridicate în miez, a avut această cifră egală cu 9100 m. /s și mai mare. Baza de bancă pentru testarea TURE 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 La locul de testare, au fost testate elemente de combustibil la scară largă ale prototipurilor de motoare de rachetă cu propulsie nucleară. În acest caz, gazele de evacuare au intrat în sistemul de evacuare închis. Complexul bancului de testare Baikal-1 pentru testarea motoarelor nucleare de dimensiuni mari este situat la 65 km sud de 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 cu un consum de hidrogen de până la 16,5 kg/sec și temperatura acestuia la ieșirea din reactor de 3100 K. Toate lansările au fost reușite, fără probleme și conform planului.

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

În prezent, astfel de lucrări la șantier au fost oprite, deși echipamentul este menținut în stare relativ de funcționare. Baza bancului de testare al NPO Luch este singurul complex experimental din lume în care este posibil să se testeze elemente ale reactoarelor de propulsie nucleară fără costuri financiare și de timp semnificative. Este posibil ca reluarea în Statele Unite ale Americii a lucrărilor la motoare de propulsie nucleară pentru zborurile către Lună și Marte în cadrul programului Space Research Initiative cu participarea planificată a specialiștilor din Rusia și Kazahstan să conducă la reluarea activității la baza Semipalatinsk și implementarea unei expediții „marțiane” în anii 2020.

Principalele caracteristici

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

· Viteza de scurgere a fluidului de lucru (hidrogen): 9100 - 9800 m/sec.

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

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

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

11.Dispozitiv

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

1 - conducta din rezervorul de lichid de lucru

2 - unitate turbopompa

3 - controlul antrenării tamburului

4 - protectie impotriva radiatiilor

5 - tambur reglator

6 - retarder

7 - ansamblu combustibil

8 - vasul reactorului

9 - fund de foc

10 - linia de racire a duzei

11- camera duzei

12 - duza

12.Principiul de funcționare

Conform principiului său de funcționare, un TURE este un reactor-schimbător de căldură la temperatură înaltă în care un fluid de lucru (hidrogen lichid) este introdus sub presiune și, pe măsură ce este încălzit la temperaturi ridicate (peste 3000°C), este ejectat printr-un duză răcită. Regenerarea căldurii în duză este foarte benefică, deoarece permite ca hidrogenul să fie încălzit mult mai rapid și, prin utilizarea unei cantități semnificative de energie termică, impulsul specific poate fi crescut la 1000 sec (9100-9800 m/s).

Reactor cu motor de rachetă nucleară

MsoNormalTable">

Lichidul de lucru

Densitate, g/cm3

Impingerea specifică (la temperaturi specificate în camera de încălzire, °K), sec

0,071 (lichid)

0,682 (lichid)

1.000 (lichid)

Nu. Dann

Nu. Dann

Nu. Dann

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

15.Beneficii

Principalul avantaj al TNRE față de motoarele cu rachete chimice este realizarea unui impuls specific mai mare, rezerve semnificative de energie, compactitatea sistemului 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 termică de 4-5 ori. SUA și Rusia există o experiență semnificativă în dezvoltarea și construcția unor astfel de motoare și, dacă este necesar (programe speciale de explorare a spațiului), astfel de motoare pot fi produse într-un timp scurt și vor avea un cost rezonabil. În cazul utilizării TURE pentru a accelera navele spațiale în spațiu și sub rezerva utilizării suplimentare a manevrelor de perturbare folosind câmpul gravitațional al planetelor mari (Jupiter, Uranus, Saturn, Neptun), limitele realizabile ale studierii sistemului solar se extind semnificativ, iar timpul necesar pentru a ajunge la planete îndepărtate este semnificativ. redus. În plus, TNRE-urile pot fi utilizate cu succes pentru dispozitive care funcționează pe orbite joase ale planetelor gigantice folosind atmosfera lor rarefiată ca fluid de lucru sau pentru operarea în atmosfera lor. /8/

16.Dezavantaje

Principalul dezavantaj al TNRE 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, TURE este inacceptabilă pentru lansările la sol pentru a evita deteriorarea situației mediului la locul de lansare și în atmosferă. /14/

17.Îmbunătățirea caracteristicilor TURD. Motoare hibride cu turbopropulsoare

Ca orice rachetă sau orice motor în general, un motor cu reacție nuclear în fază solidă are limitări semnificative asupra celor mai importante caracteristici care pot fi atinse. Aceste restricții reprezintă incapacitatea dispozitivului (TJRE) de a funcționa în intervalul de temperatură care depășește intervalul de temperaturi maxime de funcționare ale materialelor structurale ale motorului. Pentru a extinde capacitățile și a crește semnificativ principalii parametri de funcționare ai TNRE, pot fi utilizate diverse scheme hibride în care TNRE joacă rolul de sursă de căldură și energie și sunt utilizate metode fizice suplimentare de accelerare a fluidelor de lucru. Cea mai fiabilă, practic fezabilă și având caracteristici specifice de impuls și tracțiune ridicate 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 motoarele de propulsie nucleară.

Un motor nuclear 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 unei nave spațiale, fragilizarea materialelor structurale metalice, distrugerea plasticului și îmbătrânirea pieselor din cauciuc, deteriorarea 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 motoare cu propulsie nucleară este considerată a fi rezolvată în principiu. Au fost de asemenea rezolvate problemele fundamentale legate de întreținerea motoarelor de propulsie nucleară la standurile de testare și la locurile de lansare. Deși o NRE în exploatare reprezintă un pericol pentru personalul de exploatare, deja la o zi după încetarea funcționării NRE, se poate, fără echipament individual de protecție, să stea câteva zeci de minute la o distanță de 50 m de NRE și chiar să se apropie. ea.Cele mai simple mijloace de protectie permit personalului operator sa patrunda in zona de lucru CANTA la scurt timp dupa efectuarea incercarilor.

Nivelul de contaminare al complexelor de lansare și al mediului nu va fi aparent un obstacol în calea utilizării motoarelor de propulsie nucleară 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, jetul unui motor cu propulsie nucleară nu este mai periculos decât jetul unui motor de rachetă cu propulsie lichidă./4/

Concluzie

Atunci când se analizează perspectivele dezvoltării și utilizării motoarelor de propulsie nucleară în astronautică, ar trebui să se pornească de la caracteristicile atinse și așteptate ale diferitelor tipuri de motoare de propulsie nucleară, de la ceea ce aplicarea lor poate oferi astronauticii și, în sfârșit, de la legătura strânsă. a problemei motoarelor de propulsie nucleară cu problema aprovizionării cu energie în spațiu și cu probleme de dezvoltare energetică deloc.

După cum am menționat mai sus, dintre toate tipurile posibile de motoare de propulsie nucleară, cele mai dezvoltate sunt motorul radioizotop termic și motorul cu reactor de fisiune în fază solidă. Dar dacă caracteristicile motoarelor de propulsie nucleară cu radioizotopi nu ne permit să sperăm la utilizarea lor pe scară largă în astronautică (cel puțin în viitorul apropiat), atunci crearea motoarelor de propulsie nucleară în fază solidă deschide mari perspective 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 reprezentând sarcina utilă și 2/3 pentru nucleară. taxe . Dacă detonați o încărcare la fiecare 3 secunde, atunci furnizarea lor va fi suficientă pentru 10 zile de funcționare continuă a sistemului de propulsie nucleară. 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 mediu și imunitate la influențele externe (radiații cosmice, deteriorarea meteoriților, temperaturi ridicate și 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 limitare nu există pentru centralele cu reactoare nucleare, ceea ce determină rentabilitatea utilizării lor în timpul zborurilor pe termen lung ale navelor spațiale grele în spațiul apropiat de Pământ, în timpul zborurilor către planetele îndepărtate ale sistemului solar și în alte cazuri.

Avantajele motoarelor în fază solidă și ale altor motoare de propulsie nucleară cu reactoare de fisiune sunt dezvăluite pe deplin în studiul unor programe spațiale complexe precum zborurile cu echipaj către planetele Sistemului Solar (de exemplu, în timpul unei expediții pe Marte). În acest caz, o creștere a impulsului specific al propulsorului face posibilă rezolvarea unor probleme calitativ noi. Toate aceste probleme sunt mult atenuate atunci când se utilizează un motor de rachetă cu propulsie nucleară în fază solidă, cu un impuls specific de două ori mai mare decât cel al motoarelor rachete moderne cu propulsie lichidă. În acest caz, devine posibilă și reducerea semnificativă a timpilor de zbor.

Cel mai probabil, în viitorul apropiat, motoarele de propulsie nucleară în fază solidă vor deveni unul dintre cele mai comune motoare-rachetă. Motoarele de propulsie nucleară în fază solidă pot fi folosite ca dispozitive pentru zboruri pe distanțe lungi, de exemplu, către planete precum Neptun, Pluto și chiar pentru a zbura dincolo de Sistemul Solar. Cu toate acestea, pentru zborurile către stele, un motor nuclear bazat pe principii de fisiune nu este potrivit. În acest caz, promițătoare sunt motoarele nucleare sau, mai precis, motoarele cu reacție termonucleare (TRE), care funcționează pe principiul reacțiilor de fuziune și motoarele cu reacție fotonice (PRE), sursa de impuls în care se află reacția de anihilare a materiei și antimateriei. . Cu toate acestea, cel mai probabil, omenirea va folosi o metodă diferită de transport pentru a călători în spațiul interstelar, diferită de jet.

În concluzie, voi da o parafrazare a celebrei fraze a lui Einstein - pentru a călători spre stele, omenirea trebuie să vină cu ceva care ar fi 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: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin „Bătălia pentru stele. Confruntare cosmică” - M: cunoaștere, 1998.
4. L. Gilberg „Cucerirea cerului” - M: Znanie, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. „Motor”, „Motoare nucleare pentru nave spațiale”, nr. 5 1999

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

M.: Cunoașterea, 1983.

11. , Explorarea spațiului Chekalin. - M.:

Cunoașterea, 1988.

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

13. 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.

APLICARE

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

Armata rusă a testat cu succes o rachetă de croazieră cu propulsie nucleară. Raza sa de zbor la viteză subsonică nu este limitată. Astfel de produse sunt capabile să ocolească zonele de apărare aeriană și antirachetă la altitudine joasă, distrugând ținte inamice cu mare precizie. Președintele rus Vladimir Putin a anunțat apariția noului produs în mesajul său către Adunarea Federală. Potrivit experților, aceste sisteme sunt arme de descurajare. Ei folosesc aer încălzit de o centrală nucleară pentru a se deplasa.

Potrivit experților, vorbim despre un produs cu index 9M730, dezvoltat de Novator Design Bureau. În timpul unei perioade de amenințare, astfel de rachete pot fi ridicate în aer și dislocate în zone specificate. De acolo vor putea lovi ținte importante inamice. Testarea noului produs este destul de activă, iar laboratoarele de zbor Il-976 participă la ele.

La sfârșitul anului 2017, cea mai recentă rachetă de croazieră rusă cu o centrală nucleară a fost lansată cu succes la locul central de testare al Federației Ruse. În timpul zborului, centrala a atins puterea specificată și a furnizat nivelul necesar de tracțiune”, a spus Vladimir Putin în discursul său. - Sistemele de arme promițătoare ale Rusiei se bazează pe cele mai recente realizări unice ale oamenilor de știință, proiectanților și inginerilor noștri. Una dintre ele este crearea unei centrale nucleare de dimensiuni mici, super-puternice, care este plasată în corpul unei rachete de croazieră, cum ar fi cea mai nouă rachetă X-101 lansată de aer sau americanul Tomahawk, dar în același timp. oferă de zeci de ori - de zeci de ori! - raza mare de zbor, care este practic nelimitata. O rachetă de croazieră sigilată, cu zbor joasă, care poartă un focos nuclear, cu o rază de acțiune practic nelimitată, o cale de zbor imprevizibilă și capacitatea de a ocoli liniile de interceptare, este invulnerabilă tuturor sistemelor de apărare antirachetă existente și viitoare.

În videoclipul prezentat, spectatorii au putut vedea lansarea unei rachete unice. Zborul produsului a fost capturat de la un luptător de escortă. Conform graficelor pe computer prezentate mai jos, „racheta nucleară” a zburat în jurul zonelor navale de apărare antirachetă din Atlantic, a înconjurat America de Sud din sud și a lovit Statele Unite din Oceanul Pacific.

Judecând după videoclipul prezentat, aceasta este fie o rachetă pe mare, fie pe uscat”, a declarat Dmitri Kornev, redactor-șef al proiectului MilitaryRussia, pentru Izvestia. - Există doi dezvoltatori de rachete de croazieră în Rusia. Raduga produce numai produse lansate prin aer. Terenul și marea sunt sub jurisdicția Novator. Această companie are o linie de rachete de croazieră R-500 pentru complexele Iskander, precum și legendarele rachete Caliber.

Nu cu mult timp în urmă, în documentele deschise ale Novator Design Bureau au apărut referiri la două produse noi - 9M729 și 9M730. Prima este o rachetă de croazieră obișnuită cu rază lungă de acțiune, dar nu se știa nimic despre 9M730. Dar acest produs este în mod clar în curs de dezvoltare - mai multe licitații au fost postate pe acest subiect pe site-ul de achiziții publice. Prin urmare, putem presupune că „racheta nucleară” este 9M730.

După cum a remarcat istoricul militar Dmitri Boltenkov, principiul de funcționare al unei centrale nucleare este destul de simplu.

Pe părțile laterale ale rachetei există compartimente speciale cu încălzitoare puternice și compacte alimentate de o centrală nucleară, a remarcat expertul. - Intră în ele aerul atmosferic, care se încălzește până la câteva mii de grade și se transformă în fluidul de lucru al motorului. Fluxul de aer cald creează curent de aer. Un astfel de sistem oferă cu adevărat o rază de zbor aproape nelimitată.

După cum a declarat Vladimir Putin, noul produs a fost testat la Centrul Central de Testare. Această unitate este situată în regiunea Arhangelsk din satul Nenoksa.

Acesta este un loc istoric pentru testarea armelor cu rază lungă de acțiune”, a menționat Dmitri Boltenkov. - De acolo, rutele rachetelor parcurg de-a lungul coastei de nord a Rusiei. Lungimea lor poate ajunge până la câteva mii de kilometri. Pentru a prelua parametrii de telemetrie de la rachete la astfel de distanțe, sunt necesare avioane speciale - laboratoare de zbor.

Potrivit expertului, două aeronave unice Il-976 au fost recent restaurate. Acestea sunt vehicule speciale, create pe baza transportului Il-76, care au fost folosite de mult timp pentru testarea armelor cu rachete cu rază lungă de acțiune. În anii 1990 au fost puse sub control.

Fotografiile cu Il-976 care zboară către un aerodrom de lângă Arhangelsk au fost publicate pe internet, a remarcat expertul. - Este de remarcat faptul că mașinile purtau emblema Rosatom. În același timp, Rusia a emis un avertisment internațional special NOTAM (Notice to Airmen) și a închis zona navelor și aeronavelor.

Potrivit expertului militar Vladislav Shurygin, noua „rachetă nucleară” nu este un sistem de luptă ofensiv, ci o armă de descurajare.

Într-o perioadă amenințată (o agravare a situației, de regulă, premergătoare izbucnirii războiului), armata rusă va putea retrage aceste produse în zonele de patrulare specificate, a menționat expertul. - Acest lucru va împiedica încercările inamice de a lovi Rusia și aliații săi. Rachetele „nucleare” vor putea servi drept arme de represalii sau vor putea lansa o lovitură preventivă.

Forțele Armate Ruse au mai multe linii de rachete de croazieră subsonice la joasă altitudine. Acestea sunt Kh-555 și Kh-101 aeropurtate, P-500 la sol și 3M14 "Caliber" pe mare.