; 
Елизавета Приставка Новостной редактор Елизавета Приставка Новостной редактор
NASA разработает ядерный двигатель для быстрого полета на Марс. Ракеты с ядерными двигателями будут более мощными и вдвое более эффективными, чем с химическими, которые используются сегодня. Рассказываем подробнее о разработке, как быстро она будет передвигаться и чем опасна.
Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла.
Рабочее тело (как правило — водород) подается из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.
Существуют различные конструкции ЯРД: твердофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твердое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).
ЯРД NERVA
Твердофазный ядерный ракетный двигатель
В твердофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки.
Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850–900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей.
Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).
ТфЯРД
Газофазный ядерный ракетный двигатель
Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30–50 тыс. м/с.
Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счет излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).
Ядерный импульсный двигатель
Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлета должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу.
Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлете корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.
В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.
По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Летные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка).
Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника
Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок.
Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.
В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950–1970-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30–40 км от поверхности Земли. Затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель.
Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершен. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.
Ядерная электродвигательная установка
Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.
Подобная программа в США (проект NERVA) была свернута в 1971 году, но в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства, также с 2015 года идут работы по проекту Kilopower.
С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем (космический буксир «Нуклон»). На 2021 год ведется отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной ядерной энергоустановки; заявлена плановая дата летных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.
Мощность
По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.
Ядерный двигатель опасен?
Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:
- потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
- вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
- истечение радиоактивных газов с рабочим телом.
Использование открытия российских ученых в гражданском секторе тесно связано с безопасностью ядерной силовой установки. Нужно было обеспечить безопасность его выхлопа.
Защита малогабаритного ядерного двигателя меньше, чем у большего по размерам, поэтому нейтроны будут проникать в «камеру сгорания», тем самым с некоторой вероятностью делая радиоактивным все вокруг.
Азот и кислород имеют радиоактивные изотопы с малым временем полураспада и не опасны. Радиоактивный углерод вещь долгоживущая. Но есть и хорошие новости.
Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. Но главное, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет всего 0,02÷0,04%.
Учитывая же, что процент углерода, становящийся радиоактивным, величина еще на несколько порядков меньшая, предварительно можно считать, что выхлоп ядерных двигателей не более опасен, чем выхлоп ТЭЦ, работающей на угле.
Собираются ли использовать ядерный двигатель для новейших полетов в космос?
Да, в начале февраля стало известно, что NASA проведет тестирование новейшего ядерного двигателя для полетов на Марс. Ожидается, что с его помощью можно будет добраться до Красной планеты всего лишь за три месяца.
- В последние годы ученые и инженеры NASA и других космических агентств мира активно обсуждают планы по постройке постоянных обитаемых баз на поверхности Луны и Марса.
- Главным ключом к обеспечению их автономности и удешевлению постройки специалисты NASA считают технологии трехмерной печати, позволяющие использовать воду и местные ресурсы — почву, горные породы и газы из атмосферы — для постройки зданий базы прямо на месте.
- Подобные принтеры, как показывают опыты на борту МКС и на Земле, позволяют напечатать почти все необходимое для жизни колонистов на Марсе, за исключением одного, самой главного компонента базы — источника питания, чья мощность была бы достаточной для обеспечения работы самого 3D-принтера, а также питания и обогрева всей базы.
- В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение — ядерный тепловой двигатель (NTP)
- Каким будет ядерный двигатель?
USNT предлагает классическое решение — ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу.
Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей — найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2 400 градусов Цельсия.
- Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов.
- Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли — он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.
- Читать далее
- Посмотрите на изображение Марса из 8 триллионов пикселей
- Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят
- Ученые объяснили, почему растение вольфия является самым быстрорастущим
Как работает ядерный двигатель
Принцип работы реактивного двигателя очень прост: он переводит топливо в кинетическую энергию струи (закон сохранения энергии), за счёт направления этой струи ракета движется в пространстве (закон сохранения импульса). Важно понимать, что мы не можем разогнать ракету или самолёт до скорости большей, чем скорость истечения топлива — раскалённого газа, выбрасываемого назад.
Космический аппарат New Horizons
Что же отличает эффективный двигатель от неудачного или устаревшего аналога? Прежде всего то, сколько топлива потребуется двигателю, чтобы разогнать ракету до нужной скорости.
Этот важнейший параметр ракетного двигателя называется удельный импульс, который определяется как отношение общего импульса к расходу топлива: чем больше этот показатель, тем эффективнее ракетный двигатель.
Если ракета практически целиком состоит из топлива (это означает, что в ней нет места для полезного груза, предельный случай), удельный импульс можно считать равным скорости истечения топлива (рабочего тела) из ракетного сопла.
Запуск ракеты — крайне дорогостоящее мероприятие, учитывается каждый грамм не только полезного груза, но и топлива, которое тоже весит и занимает место. Поэтому инженеры подбирают всё более и более активное горючее, единица которой давала бы максимальную отдачу, увеличивая удельный импульс.
Подавляющее большинство ракет в истории и современности было оборудовано двигателями, использующими химическую реакцию горения (окисления) топлива
Они позволили достичь Луны, Венеры, Марса и даже планет дальнего пояса — Юпитера, Сатурна и Нептуна.
Правда, космические экспедиции заняли месяцы и годы (автоматические станции Pioneer, Voyager, New Horizons и др.).
Необходимо отметить, что все подобные ракеты расходуют значительную часть топлива для отрыва от Земли, и далее продолжают полёт по инерции с редкими моментами включения двигателя.
Космический аппарат Pioneer
Подобные двигатели подходят для вывода ракет на околоземную орбиту, но, чтобы её разогнать хотя бы до четверти скорости света, понадобится невероятное количество топлива (расчёты показывают, что нужно 103200 грамм топлива, при том, что масса нашей Галактики не более 1056 грамма). Очевидно, что для достижения ближайших планет, а тем более звёзд, нам необходимы достаточно большие скорости, обеспечить которые жидкотопливные ракеты не в состоянии.
Галерея
Жидкостные ракетные двигатели дали возможность выйти человеку в космос — на околоземные орбиты. Но скорость истечения реактивной струи в ЖРД не превышает 4,5 км/с, а для полетов на другие планеты нужны десятки километров в секунду. Возможным выходом является использование энергии ядерных реакций.
Практическое создание ядерных ракетных двигателей (ЯРД) вели только СССР и США. В 1955 году в США началась реализация программы «Rover» по разработке ядерного ракетного двигателя для космических кораблей.
Через три года, в 1958 году, проектом стало заниматься НАСА, которое поставило конкретную задачу для кораблей с ЯРД — полет на Луну и Марс.
С этого времени программа стала называться NERVA, что расшифровывается как — «ядерный двигатель для установки на ракеты».
К середине 70-х годов в рамках этой программы предполагалось спроектировать ЯРД с тягой около 30 тонн (для сравнения у ЖРД этого времени характерная тяга была примерно 700 тонн), но со скоростью истечения газов — 8,1 км/с. Однако, в 1973 году программа была закрыта из-за смещения интересов США в сторону космических челноков.
В СССР проектирование первых ЯРД велось во второй половине 50-х годов. При этом советские конструкторы, вместо создания полномасштабной модели, стали делать отдельные части ЯРД. А потом эти наработки испытывались во взаимодействии со специально разработанным импульсным графитовым реактором (ИГР).
В 70—80-е годы прошлого века в КБ «Салют», КБ «Химавтоматики» и НПО «Луч» были созданы проекты космических ЯРД РД-0411 и РД-0410 с тягой 40 и 3,6 т соответственно. В течение процесса проектирования были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний.
Принципиальная и конструктивная схемы взрыволета А. Д. Сахарова
В июле 1961 года советский академик Андрей Сахаров сообщил о проекте ядерного взрыволета на совещании ведущих атомщиков в Кремле. Взрыволет имел обычные жидкостные ракетные двигатели для взлета, в космосе же предполагалось взрывать небольшие ядерные заряды.
Возникающие при взрыве продукты деления передавали свой импульс кораблю, заставляя его лететь. Однако 5 августа 1963 года в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой.
Это послужило причиной закрытия программы ядерных взрыволетов.
ракетный двигатель РД-0410
Возможно, что разработки ЯРД опережали свое время. Однако они не были слишком преждевременными. Ведь подготовка пилотируемого полета к другим планетам длится несколько десятилетий, и двигательные установки для него должны готовиться заранее.
Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — реактивный двигатель, в котором энергия, возникающая при ядерной реакции распада или синтеза, нагревает рабочее тело (чаще всего, водород или аммиак).
Существует три типа ЯРД по виду топлива для реактора:
- твердофазный;
- жидкофазный;
- газофазный.
Наиболее законченным является твердофазный вариант двигателя. На рисунке изображена схема простейшего ЯРД с реактором на твердом ядерном горючем. Рабочее тело располагается во внешнем баке.
С помощью насоса оно подается в камеру двигателя. В камере рабочее тело распыляется с помощью форсунок и вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным топливом.
Нагреваясь, оно расширяется и с огромной скоростью вылетает из камеры через сопло.
Жидкофазный — ядерное топливо в активной зоне реактора такого двигателя находится в жидком виде. Тяговые параметры таких двигателей выше, чем у твердофазных, за счет более высокой температуры реакторе.
В газофазных ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду), которое, в свою очередь, будучи нагретым до высоких температур и образует реактивную струю.
Принцип действия ЯРД
По типу ядерной реакции различают радиоизотопный ракетный двигатель, термоядерный ракетный двигатель и собственно ядерный двигатель (используется энергия деления ядер).
Интересным вариантом также является импульсный ЯРД — в качестве источника энергии (горючего) предлагается использовать ядерный заряд. Такие установки могут быть внутреннего и внешнего типов.
Основными преимуществами ЯРД являются:
- высокий удельный импульс;
- значительный энергозапас;
- компактность двигательной установки;
- возможность получения очень большой тяги — десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме.
Основным недостатком является высокая радиоционная опасность двигательной установки:
- потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
- вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
- истечение радиоактивных газов с рабочим телом.
Поэтому запуск ядерного двигателя неприемлем для стартов с поверхности Земли из-за риска радиоактивного загрязнения.
У нас продаются мульти сплит системы по доступным ценам. https://www.magsys.ru/catalog/magnitnaya_lenta/ магнитная лента самоклеющаяся. Купить поддоны Дмитров, mail. На сайте tureckie-serialy.online последнее лето онлайн турецкий сериал на русском.
Как работает ядерный двигатель
- Ядерный ракетный двигатель — ракетный двигатель, принцип действия которого основан на ядерной реакции или радиоактивном распаде, при этом выделяется энергия, нагревающая рабочее тело, которым могут служить продукты реакций либо какое-то другое вещество, например водород.
- Давайте разберем варианты и принципы из действия…
Существует несколько разновидностей ракетных двигателей, использующих вышеописанный принцип действия: ядерный, радиоизотопный, термоядерный. Используя ядерные ракетные двигатели, можно получить значения удельного импульса значительно выше тех, которые могут дать химические ракетные двигатели. Высокое значение удельного импульса объясняется большой скоростью истечения рабочего тела — порядка 8—50 км/с. Сила тяги ядерного двигателя сравнима с показателями химических двигателей, что позволит в будущем заменить все химические двигатели на ядерные.
Основным препятствием на пути полной замены является радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое наносят ядерные ракетные двигатели.
Их разделяют на два типа — твердо-и газофазные. В первом типе двигателей делящееся вещество размещается в сборках-стержнях с развитой поверхностью. Это позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело, обычно в качестве рабочего тела выступает водород.
Скорость истечения ограничена максимальной температурой рабочего тела, которая, в свою очередь, напрямую зависит от максимально допустимой температуры элементов конструкции, а она не превышает 3000 К. В газофазных ядерных ракетных двигателях делящееся вещество находится в газообразном состоянии.
Его удержание в рабочей зоне осуществляется посредством воздействия электромагнитного поля. Для этого типа ядерных ракетных двигателей элементы конструкции не являются сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 км/с.
Могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, невзирая на утечку делящегося вещества.
В 70-х гг. XX в. в США и Советском Союзе активно испытывались ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе. В США разрабатывалась программа по созданию опытного ядерного ракетного двигателя в рамках программы NERVA.
Американцами был разработан графитовый реактор, охлаждаемый жидким водородом, который нагревался, испарялся и выбрасывался через ракетное сопло. Выбор графита был обусловлен его температурной стойкостью.
По этому проекту удельный импульс полученного двигателя должен был вдвое превышать соответствующий показатель, характерный для химических двигателей, при тяге в 1100 кН.
Реактор Nerva должен был работать в составе третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», но в связи с закрытием лунной программы и отсутствием других задач для ракетных двигателей этого класса реактор так и не был опробован на практике.
В настоящее время в стадии теоретической разработки находится газофазный ядерный ракетный двигатель.
В газофазном ядерном двигателе подразумевается использовать плутоний, медленно движущаяся газовая струя которого окружена более быстрым потоком охлаждающего водорода.
На орбитальных космических станциях МИР и МКС проводились эксперименты, которые могут дать толчок к дальнейшему развитию газофазных двигателей.
На сегодняшний день можно сказать, что Россия немного «заморозила» свои исследования в области ядерных двигательных установок. Работа российских ученых больше ориентирована на разработку и совершенствование базовых узлов и агрегатов ядерных энергодвигательных установок, а также их унификацию.
Приоритетным направлением дальнейших исследований в этой области является создание ядерных энергодвигательных установок, способных работать в двух режимах.
Первым является режим ядерного ракетного двигателя, а вторым — режим установки генерирующей электроэнергии для питания аппаратуры, установленной на борту космического аппарата.
Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=20860.
Ядерный ракетный двигатель – новое или хорошо забытое старое?
Энергию атома удалось обуздать еще в середине прошлого века, когда американцы сбросили две атомные бомбы на своих теперешних заклятых союзников, населяющих острова в Японском море. К счастью, спонтанно делящимся атомам удалось найти и мирное применение в виде ядерного топлива на АЭС. Кроме того, космическая гонка СССР и США подогревала интерес к урану и плутонию как к ракетному топливу, что, однако, не исключает применения этого самого топлива в качестве движущей силы судного дня.
Принцип работы ядерного ракетного двигателя следующий. В ходе реакции деления атомов высвобождается тепловая энергия. Эта самая энергия расходуется на нагрев рабочего тела (в большинстве разработок фигурировал водород). Нагрев приводит к росту давления, и рабочее тело устремляется в сопло и вырывается из него в виде реактивной струи.
В зоне реактора протекает контролируемая ядерная реакция, то есть та, в которой в единицу времени распадается одно и то же количество атомов топлива. Тормозится реакция при помощи замедлителей.
В США разрабатывались так называемые гомогенные ядерные двигатели, те, в которых графитовые замедлители и топливо распределены равномерно по всему объему и находятся в непосредственном контакте. В СССР предпочтение было отдано гетерогенным системам, когда замедлитель отделен от топлива теплоизоляцией.
Такая компоновка позволила уменьшить температуру замедлителя и заменить графит на гидрид циркония. Деды знали, что делали, и такое решение советских ученых и инженеров позволило сделать более легкие, компактные и дешевые двигатели.
Принципиальная схема твердофазного ядерного ракетного двигателяПринципиальная схема твердофазного ядерного ракетного двигателя
Существует несколько разновидностей ядерный ракетных двигателей в зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится ядерное топливо: жидком, твердом или газообразном.
Жидко- и газофазные двигатели обладают большими энергетическими характеристиками (скорее в теории, чем на практике), но загрязняют глобус ядерными выбросами, поэтому подходят скорее для межпланетных вояжей. А поскольку кроме Илона Маска заселять другие планеты пока никто не собирается, то и развитием таких двигателей всерьез не занимаются.
Да и конструкцию эти двигатели имеют значительно более сложную, так как необходимы меры для удержания текучего топлива в реакторе, например, при помощи сильного электромагнитного поля.
Твердофазные ядерные двигатели плотно разрабатывались в США и СССР уже с шестидесятых годов прошлого века, в самый разгар космической гонки.
Так американцами в рамках проекта NERVA были разработаны и испытаны ядерные двигатели космического назначения, но проект был свернут из-за сокращения финансирования космической программы, а в рамках проекта Pluto было разработано два прототипа нового двигателя уже для боевых ракет.
Однако боевые ракеты в ход не пошли из-за дороговизны, и проект также пошел ко дну в 1964 году, поскольку у американцев уже была альтернатива ядерному оружию – пузырь американского госдолга, который если уж взорвется, то сравняет с землей любую сверхдержаву.
СССР закрыл проект по созданию ядерных двигателей значительно позже – в 1985 году. Первый и единственный советский ядерный двигатель получил кодовое имя РД-0410, или для своих – «Ирбит».
Двигатель прошел значительную серию испытаний, и почти наверняка является прототипом современных российский ядерных движков, о которых с большим энтузиазмом упоминает Президент, и которые с еще большим энтузиазмом взрываются на летных испытаниях на северной окраине нашей страны.
Ядерный ракетный двигатель РД-0410Ядерный ракетный двигатель РД-0410
Поскольку химические ракеты плавно приблизились к пределу своих возможностей, развитие ядерных технологий в ракетостроении является хотя и не новой, но наиболее перспективной вехой в космической эре человечества и в военном противостоянии клуба ядерных держав.
Ядерный двигатель: готовность № 1
Ядерный двигатель будет испытан на околоземной орбите уже в 2025 году. По результатам испытаний, технология ядерного ракетного двигателя (ЯРД) будет применена как в «мирном космосе», так и в военных разработках.
Агентство США по перспективным оборонным исследовательским проектам (DARPA) выбрало три крупные космические компании для первой фазы крупного проекта по испытанию ядерного двигателя на низкой околоземной орбите к 2025 году.
Разработка и первые испытания ядерного ракетного двигателя
Данная технология не нова. Первые варианты были названы ядерными тепловыми ракетными двигателями (ЯТР). Они были разработаны в середине 1950-х годов еще до образования НАСА. Фактически, концепция ядерного двигателя для космических путешествий создавалась почти одновременно с Манхэттенским проектом по созданию атомной бомбы.
1 Декабря 1967: испытания первого наземного экспериментального ядерного двигателя
Британские ученые также работали над теорией атомных ракетных двигателей. В 1948 году, Британией был опубликован ряд работ, с выводом о том, что ядерные ракеты будут единственным способом проводить исследования в глубоком космосе.
Американский ядерный ракетный двигатель NERVA был разработан и сертифицирован к применению, однако в 1973 году его бесшумно поставили на полку. Американская программа NTR была закрыта (по крайней мере, официально) в 1973 году. К этому моменту был разработан полностью готовый и сертифицированный двигатель, названный NERVA (ядерный двигатель для применения в ракетных установках).
Готовый Американский ядерный двигатель NERVA «положили на полку» в 1973 году.
Советский Союз, со своей стороны, продолжил работу над ядерными двигателями. В 2010-2011 гг. в технических журналах сообщалось, что Россия фактически близка к завершению разработки рабочей конструкции ядерного двигателя и инвестируют значительные средства в проект ракеты на Марс, которая должна была быть готова в 2018 г. Однако этим планам также не суждено было свершиться.
Ядерный ракетный двигатель: принцип работы
На первый взгляд, эти двигатели выглядят слишком сложными. Однако, как и в случае с таким большим количеством технологий, основной принцип довольно прост.
Ракеты всех типов работают за счет ускорения газообразного или жидкого вещества в одном направлении, заставляя двигатель двигаться в другом направлении. Это достигается с помощью сопла — для ускорения газового потока, генерируемого двигателем.
Как правило, чем выше температура отработавших газов, тем больше скорость, при которой они выходят из сопла; чем больше скорость, тем больше тяга двигателя.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЯДЕРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
На схеме ниже, жидкий водород прокачивается вокруг очень горячей активной зоны реактора, которая нагревает его до экстремальных температур, а затем выбрасывается из сопла со скоростью до 10 км в секунду, приводя в движение двигатель и прикрепленный к нему корпус ракеты.
Принцип работы ЯРД
Ракетно-ядерные двигатели работают, имея в своей активной зоне небольшой ядерный реактор, который при активации генерирует чрезвычайно высокую температуру. Затем жидкости или газы различных типов проходят через активную зону и нагреваются почти до той же температуры — 20 000 градусов С, выходя из сопла со скоростью до 10 000 м/с.
Реальный показатель производительности называется «Specific Impulse»: обычный ракетный химический двигатель имеет импульс около 500 сек, а ядерная версия — 6 000 сек.
Проще говоря, это означает, что ядерный ракетный двигатель может толкать космический корабль со скоростью, в шесть раз превышающей скорость существующих двигателей, сокращая, например, путь на Марс до приемлемых 80 дней или менее.
Опасность технологии ядерного ракетного двигателя
Если эти двигатели настолько эффективны, почему они не используются сегодня? Ну, проблемы — это смесь технологических сложностей, стоимости и опасностей, присущих выходу из строя двигателя.
Конструкции этих систем настолько сложны, что для их правильной работы требуется огромный объем технического анализа.
Современные вычислительные системы все еще испытывают сильные нагрузки и нагревания, а высокие температуры все еще являются технической проблемой с точки зрения производительности материалов.
Все это приводит к высоким затратам на разработку — намного большим, чем доказанные и «серийно производимые» обычные ракетные двигатели, доступные сегодня.
Опасность поломки двигателя всегда была очень велика.
Взрыв атомного ракетного двигателя, это все равно что Чернобыльский воздушный взрыв, за исключением того, что в некоторых случаях площадь, пораженная радиоактивным материалом, может быть значительно больше.
Даже без взрыва поломка двигателя может привести к образованию смертоносного облака или падению радиоактивных частиц на землю с ужасными последствиями для людей и экосистем, где бы они ни приземлялись.
Казалось бы сборка ракеты с подобной установкой прямо в космосе решает большинство рисков. На фото ниже изображен ядерный ракетный двигатель, собираемый в космосе перед дальним космическим полетом.
Это поможет снизить риск огромного выброса радиоактивных материалов на уровне земли в случае отказа системы. Однако последствия выброса такого облака высоко над Землей по-прежнему вызывают большую озабоченность, поскольку мы не до конца понимаем, как и когда оно может вернуться на поверхность планеты.
Даже без учёта загрязнения окружающей среды, двигатель будет представлять собой высокорадиоактивный кусок металла, с минимальным экранированием для членов экипажа.
Кроме того, рассмотрим вопрос о стыковке с космической станцией или что-то в этом роде: как защитить близлежащие сооружения и персонал от радиации? Как избавиться от отработанного ядра двигателя, кроме как «загоняя» отходы в космос?
Существует опасность того, что постепенно накопится массивное облако радиоактивных материалов, вращающееся вокруг Земли. В конечном счете оно упадет обратно на поверхность.
Хотя некоторые из элементов имели бы короткий период полураспада, большая часть материала действительно была бы очень долгоживущей. Это может создать классический сценарий Судного дня.
Планету, в какой-то момент станет непригодной для обитания.
Российская разработка ядерного двигателя и авария на полигоне «Нионокса» под Северодвинском
Согласно источникам, Россия пытается реализовать ряд проектов с использованием очень маленьких ядерных двигателей для ракет и даже торпед. Полученные в результате высокие скорости и увеличенная дальность действия ракет делают их очень подвижным и опасным оружием, способным обойти все существующие системы противоракетной обороны.
Торпеда или беспилотная подводная лодка также обладали бы скоростью и выносливостью, которые представляли бы весьма серьезную угрозу для всех действующих военно-морских оборонительных систем.
Однако некоторые факты указывают на весьма негативный опыт испытаний подобных систем. В марте 2018 года Путин объявил, что ракета 9М730 «Буревестник» (название НАТО «Скайфолл») является одним из шести новых стратегических оружий, разрабатываемых Россией.
9 августа, «российское агентство по атомной энергии «Росатом» подтвердило, что выброс радиации на полигон для испытаний ракеты «Нионокса» под Северодвинском был связан с аварией при испытании «изотопного источника питания жидкостного ракетного двигателя», в результате которой погибли восемь человек, в том числе пятеро ученых». (Источник: Википедия).
Рассказы об уровнях радиации разнятся, в некоторых официальных сообщениях говорится, что они оставались довольно высокими в течение нескольких часов. Уровни, опасности, связанные с ветром, еще не раскрыты в полной мере, поскольку крупный пожар и взрыв почти наверняка привели бы к тому, что большое облако такого материала было бы рассеяно в атмосфере.
Есть некоторые сообщения о том, что местных жителей попросили покинуть свои дома до проведения испытаний, но официальное агентство печати опровергло их. Тем не менее, очевидно, что взрыв заставил военных либо приостановить, либо отменить дальнейшие испытания, хотя это вполне может быть заявлением, направленным на успокоение как местных, так и международных опасений.
Россия утверждает, что ее работа над ядерными ракетными двигателями является самой передовой в мире. Однако запланированные Америкой на 2025 год испытания могут оспорить это утверждение.
США уверены в готовности ядерного ракетного двигателя к испытаниям 2025 года
Агентство по перспективным оборонным исследовательским проектам (DARPA) выбрало три крупные космические компании для первой фазы более крупного проекта по испытанию ядерного двигателя над низкой околоземной орбитой к 2025 году.
США заявили, что уверены в готовности ядерного ракетного двигателя к испытаниям до 2025 года.
Три компании — General Atomics, Blue Origin и Lockheed Martin получили контракты на первую фазу программы DRACO (Демонстрационная ракета для маневренных операций).
В то время как DARPA не раскрыла стоимость контракта в своем объявлении, СМИ Space News сообщили, что General Atomics получила $22 миллиона, Lockheed Martin — $2,9 миллиона и Blue Origin — $2,5 миллиона.
«Команды были отобраны в связи с их способностью разрабатывать и развертывать современные системы для реакторов, двигателей и космических аппаратов», говорится в заявлении DARPA. Агентство, в частности, подчеркнуло необходимость «быстрого маневра» для военных систем.
Американская ядерная тепловая ракета для полетов в космическом пространстве Cislunar Operations (DRACO)
Первый этап программы включает в себя два направления, длительностью в 18 месяцев, каждое из которых проходит разными путями.
Направление «А» включает в себя предварительный проект ядерного теплового энергетического реактора, а также двигательной подсистемы.
На этапе «В» будет создана «концепция эксплуатационной системы космического аппарата» для решения будущих задач, включая демонстрационную систему.
Прежняя администрация НАСА также проявила интерес к потенциалу ядерных двигателей, особенно к сокращению времени, затрачиваемого при полёте на Марс, примерно до трех — четырех месяцев по сравнению с двигателями на химическом топливе. Агентство заявило, что надеется доставить астронавтов на Красную планету в 2030-х годах.
«Это абсолютно переломный момент для того, чего пытается достичь НАСА», — заявил бывший администратор НАСА Джим Брайденстин во время заседания Национального космического совета. «Это дает нам возможность по-настоящему защитить жизнь, когда мы говорим о дозе радиации, когда мы путешествуем между Землей и Марсом», — добавил он.
Загрузка...
