Tuumaruumi mootor. Tuumarakettmootorid ja tuumarakettide elektrilised tõukejõusüsteemid
Idee visata aatomipommid ahtri taha osutus liiga jõhkraks, kuid energiahulk, mida tuuma lõhustumise reaktsioon toodab, termotuumasünteesist rääkimata, on astronautika jaoks äärmiselt atraktiivne. Seetõttu loodi palju mitteimpulsssüsteeme, mis kaotasid sadade salvestamise vaeva tuumapommid pardal ja tsüklopeedilised amortisaatorid. Me räägime neist täna.
Tuumafüüsika teie käeulatuses
Mis on tuumareaktsioon? Kui seda väga lihtsalt seletada, on pilt umbes selline. Kooli õppekavast mäletame, et aine koosneb molekulidest, molekulid aatomitest ja aatomid prootonitest, elektronidest ja neutronitest (on madalamad tasemed, aga sellest meile piisab). Mõnel raskel aatomil on huvitav omadus – kui neid tabab neutron, lagunevad nad kergemateks aatomiteks ja vabastavad mitu neutronit. Kui need vabanenud neutronid tabavad teisi läheduses asuvaid raskeid aatomeid, kordub lagunemine ja saame tuuma ahelreaktsiooni. Neutronite liikumine suurel kiirusel tähendab, et see liikumine muutub neutronite aeglustumisel soojuseks. Seetõttu on tuumareaktor väga võimas kütteseade. Nad saavad keeta vett, saata saadud auru turbiini ja saada tuumaelektrijaama. Või võite soojendada vesinikku ja visata see välja, luues tuumareaktiivmootori. Sellest ideest sündisid esimesed mootorid - NERVA ja RD-0410.
NERVA
Projekti ajalugu
Aatomi rakettmootori leiutamise ametlik autorsus (patent) kuulub Richard Feynmanile vastavalt tema memuaaridele "Te kindlasti naljate, hr Feynman". Raamat, muide, on väga soovitatav lugeda. Los Alamos Laboratory alustas tuumarakettmootorite väljatöötamist 1952. aastal. 1955. aastal alustati Roveri projektiga. Projekti esimeses etapis KIWI ehitati 8 eksperimentaalset reaktorit ning aastatel 1959–1964 uuriti töövedeliku läbipuhumist läbi reaktori südamiku. Ajaviiteks oli Orioni projekt eksisteerinud aastatel 1958–1965. Roveril oli teine ja kolmas faas, kus uuriti suurema võimsusega reaktoreid, kuid NERVA põhines KIWI-l, kuna plaaniti 1964. aastal esmakordselt kosmosesse lennata – polnud aega arenenumate võimaluste väljatöötamiseks. Tähtajad liikusid järk-järgult edasi ja NERVA NRX/EST mootori esimene maapealne käivitamine (EST – mootorisüsteemi test) toimus 1966. aastal. Mootor töötas edukalt kaks tundi, millest 28 minutit oli täisvõimsusel. Teist NERVA XE mootorit käivitati 28 korda ja see töötas kokku 115 minutit. Mootor peeti kosmoserakendusteks sobivaks ja katsestend oli valmis äsja kokkupandud mootoreid testima. Tundus, et NERVA-t ootab ees helge tulevik – lend Marsile 1978. aastal, alaline baas Kuul 1981. aastal, orbitaalpuksiirid. Kuid projekti edu tekitas Kongressis paanika – Kuu programm osutus USA jaoks väga kulukaks, Marsi programm oleks veelgi kallim. 1969. ja 1970. aastal vähendati kosmoserahastust tõsiselt – Apollod 18, 19 ja 20 tühistati ning keegi ei eraldaks Marsi programmi jaoks tohutuid rahasummasid. Selle tulemusena viidi projekti kallal tööd ilma tõsise rahastuseta ja see suleti 1972. aastal.Disain
Vesinik paagist sisenes reaktorisse, kuumutati seal ja visati välja, tekitades reaktiivi tõukejõu. Töövedelikuks valiti vesinik, kuna sellel on kerged aatomid ja seda on kergem kiirendada suurele kiirusele. Mida suurem on reaktiivlennuki väljalaskekiirus, seda tõhusam on raketimootor.
Neutronite reflektorit kasutati tagamaks, et neutronid suunatakse tagasi reaktorisse, et säilitada tuumaahelreaktsioon.
Reaktori juhtimiseks kasutati kontrollvardaid. Iga selline varras koosnes kahest poolest – reflektorist ja neutroni neeldurist. Kui varda keeras neutronreflektor, suurenes nende vooluhulk reaktoris ja reaktor suurendas soojusülekannet. Kui varda keeras neutronabsorber, vähenes nende vool reaktoris ja reaktor vähendas soojusülekannet.
Düüsi jahutamiseks kasutati ka vesinikku ja düüsi jahutussüsteemist tulev soe vesinik pööras turbopumpa, et varustada rohkem vesinikku.
Mootor töötab. Plahvatusohu vältimiseks süüdati spetsiaalselt düüsi väljalaskeava juures vesinik, ruumis põlemist ei toimuks.
NERVA mootor andis 34 tonni tõukejõudu, mis on umbes poolteist korda vähem kui J-2 mootor, mis toitis Saturn V raketi teist ja kolmandat etappi. Eriimpulss oli 800-900 sekundit, mis oli kaks korda kõrgem kui parimatel hapniku-vesiniku kütusepaari kasutavatel mootoritel, kuid väiksem kui elektrilisel tõukejõul või Orioni mootoril.
Natuke turvalisusest
Äsja kokkupandud ja käivitamata tuumareaktor uute, veel kasutamata kütusesõlmedega on üsna puhas. Uraan on mürgine, nii et peate kandma kindaid, kuid ei midagi enamat. Pole vaja kaugmanipulaatoreid, juhtseinu ega midagi muud. Kogu kiirgav mustus ilmub peale reaktori käivitamist neutronite hajumise, anuma aatomite, jahutusvedeliku jms “riknemise” tõttu. Seetõttu oleks sellise mootoriga raketiõnnetuse korral atmosfääri ja pinna kiirgussaaste väike ning loomulikult palju väiksem kui Orioni tavapärasel startimisel. Juhul kui edukas algus saastumist oleks minimaalne või üldse mitte, sest mootor tuleks käivitada atmosfääri ülakihtides või juba kosmoses.RD-0410
Nõukogude RD-0410 mootoril on sarnane ajalugu. Mootori idee sündis 40ndate lõpus raketi- ja tuumatehnoloogia pioneeride seas. Nagu Roveri projekti puhul, oli algne idee ballistilise raketi esimese etapi jaoks tuumajõul töötav õhku hingav mootor, seejärel liikus arendus kosmosetööstusesse. RD-0410 töötati välja aeglasemalt; kodumaised arendajad tõmbasid gaasifaasilise tuumajõumootori idee (sellest lähemalt allpool). Projekt sai alguse 1966. aastal ja kestis 80ndate keskpaigani. Mootori sihtmärgiks oli Mars 94 missioon, mehitatud lend Marsile 1994. aastal.
RD-0410 disain sarnaneb NERVA-ga - vesinik läbib düüsi ja reflektoreid, jahutades neid, suunatakse reaktori südamikusse, soojendatakse seal ja vabastatakse.
Oma omaduste järgi oli RD-0410 parem kui NERVA - reaktori südamiku temperatuur oli NERVA 2000 K asemel 3000 K ja eriimpulss ületas 900 s. RD-0410 oli kergem ja kompaktsem kui NERVA ning sellel oli kümme korda väiksem tõukejõud.
Mootori testid. Vasakpoolses alumises osas asuv külgpõleti süütab vesiniku, et vältida plahvatust.
Tahkefaasiliste tuumajõumootorite arendamine
Peame meeles, et mida kõrgem on temperatuur reaktoris, seda suurem on töövedeliku voolukiirus ja seda suurem on mootori eriimpulss. Mis takistab teil NERVA või RD-0410 temperatuuri tõstmast? Fakt on see, et mõlema mootori kütuseelemendid on tahkes olekus. Kui tõstate temperatuuri, sulavad need üles ja lendavad koos vesinikuga välja. Seetõttu on kõrgemate temperatuuride jaoks vaja leida mõni muu viis tuuma ahelreaktsiooni läbiviimiseks.Tuumakütuse soola mootor
Tuumafüüsikas on selline asi nagu kriitiline mass. Pidage meeles postituse alguses olevat tuuma ahelreaktsiooni. Kui lõhustuvad aatomid on üksteisele väga lähedal (näiteks suruti need kokku spetsiaalse plahvatuse survel), siis tekib aatomiplahvatus – väga lühikese aja jooksul palju soojust. Kui aatomeid nii tihedalt kokku ei suruta, vaid uute neutronite voog lõhustumisest suureneb, tekib termiline plahvatus. Tavaline reaktor ebaõnnestuks sellistes tingimustes. Kujutage nüüd ette, et võtame lõhustuva materjali vesilahuse (näiteks uraanisoolad) ja toome need pidevalt põlemiskambrisse, tagades seal kriitilisest suurema massi. Tulemuseks on pidevalt põlev tuuma “küünal”, millest tulenev soojus kiirendab reageerinud tuumakütust ja vett.Idee pakkus välja 1991. aastal Robert Zubrin ja see lubab erinevatel hinnangutel konkreetset impulssi 1300–6700 s tonnides mõõdetava tõukejõuga. Kahjuks on sellisel skeemil ka puudusi:
- Kütuse ladustamise keerukus - ahelreaktsiooni paagis tuleb vältida, asetades kütust näiteks neutronabsorberist pärit õhukestesse torudesse, nii on paagid keerulised, rasked ja kallid.
- Tuumakütuse suur tarbimine on tingitud asjaolust, et reaktsiooni efektiivsus (lagunenud/kulutatud aatomite arv) on väga madal. Isegi sisse aatompomm Lõhustuv materjal ei “põle” täielikult ära ja kohe läheb suurem osa väärtuslikust tuumakütusest raisku.
- Maapinna testid on praktiliselt võimatud - sellise mootori heitgaasid on väga määrdunud, mustemad isegi kui Orionil.
- Tuumareaktsiooni juhtimisega seoses on mõned küsimused – see ei ole tõsiasi, et sõnaliselt lihtsat skeemi oleks lihtne tehniliselt rakendada.
Gaasifaasilised tuumajõumootorid
Järgmine idee: mis siis, kui tekitame töötava vedeliku keerise, mille keskmes toimub tuumareaktsioon? Sel juhul ei jõua südamiku kõrge temperatuur seinteni, imendudes töövedelikku ja seda saab tõsta kümnete tuhandete kraadideni. Nii sündis avatud tsükliga gaasifaasilise tuumajõumootori idee:Gaasifaasiline tuumajõumootor lubab spetsiifilist impulssi kuni 3000-5000 sekundit. NSV Liidus alustati gaasifaasilise tuumajõumootori (RD-600) projektiga, kuid see ei jõudnud isegi maketi staadiumisse.
"Avatud tsükkel" tähendab, et tuumkütus lastakse väljapoole, mis loomulikult vähendab efektiivsust. Seetõttu leiutati järgmine idee, naastes dialektiliselt tahkefaasiliste NRE-de juurde – ümbritsegem tuumareaktsiooni piirkond piisavalt kuumakindla ainega, mis hakkab kiirgavat soojust edasi kandma. Sellise ainena pakuti välja kvarts, sest kümnete tuhandete kraadide juures kandub soojus kiirguse toimel ja anuma materjal peab olema läbipaistev. Tulemuseks on gaasifaasiline suletud tsükliga tuumajõumootor ehk "tuumapirn":
Sel juhul on sisetemperatuuri piiriks "lambipirni" kesta soojustugevus. Kvartsi sulamistemperatuur on 1700 kraadi Celsiuse järgi, aktiivse jahutamisega saab temperatuuri tõsta, kuid igal juhul on eriimpulss madalam kui avatud vooluringil (1300-1500 s), kuid tuumakütus kulub säästlikumalt ja heitgaas on puhtam.
Alternatiivsed projektid
Lisaks tahkefaasiliste tuumajõumootorite väljatöötamisele on ka originaalprojekte.Lõhustuv mootor
Selle mootori idee seisneb selles, et töövedelikku ei ole – see on väljapaisatud kasutatud tuumkütus. Esimesel juhul valmistatakse lõhustuvatest materjalidest subkriitilised kettad, mis iseenesest ahelreaktsiooni ei käivita. Aga kui ketas asetada neutronreflektoritega reaktoritsooni, siis see käivitub ahelreaktsioon. Ja ketta pöörlemine ja töövedeliku puudumine viib selleni, et lagunenud suure energiaga aatomid lendavad düüsisse, tekitades tõukejõu ning lagunemata aatomid jäävad kettale ja saavad võimaluse ketta järgmine pööre:Veelgi huvitavam idee on luua lõhustuvatest materjalidest tolmune plasma (mäletatavasti ISS-il), milles ioniseeritakse tuumakütuse nanoosakeste lagunemissaadused. elektriväli ja visatakse välja, tekitades tõukejõu:
Nad lubavad fantastilist spetsiifilist impulssi 1 000 000 sekundit. Entusiasmi pärsib see, et areng on teoreetilise uurimistöö tasemel.
Mootorid sisse tuumasünteesi
Veel kaugemas tulevikus tuumasünteesimootorite loomine. Erinevalt tuumalagunemisreaktsioonidest, kus aatomireaktorid loodi peaaegu samaaegselt pommiga, pole termotuumareaktorid veel “homsest” tänasesse liikunud ja termotuumareaktoreid saab kasutada vaid “Orioni” stiilis – termotuumapommide viskamisel.Tuumafootonrakett
Teoreetiliselt on võimalik südamikku soojendada niivõrd, et peegelduvate footonite abil on võimalik tekitada tõukejõudu. Vaatamata tehniliste piirangute puudumisele on sellised mootorid praegusel tehnoloogiatasemel kahjumlikud - tõukejõud on liiga väike.Radioisotoopide rakett
Rakett, mis soojendab RTG töövedelikku, on täielikult töökorras. Kuid RTG toodab suhteliselt vähe soojust, nii et selline mootor on väga ebaefektiivne, kuigi väga lihtne.Järeldus
Tehnika praegusel tasemel on võimalik NERVA või RD-0410 stiilis kokku panna tahkis-tuumajõumootor – tehnoloogiad on omandatud. Kuid selline mootor kaotab spetsiifilise impulsi osas kombinatsioonile "tuumareaktor + elektriline tõukejõud", võidab samal ajal tõukejõu osas. Kuid täpsemad võimalused on endiselt ainult paberil. Seetõttu arvan isiklikult kombinatsiooni "reaktor + elektriajam" paljutõotavam.Teabeallikad
Peamiseks teabeallikaks on ingliskeelne Vikipeedia ja seal linkidena toodud ressursid. Paradoksaalsel kombel leidub huvitavaid artikleid NRE kohta Traditsioonist – tahkefaasiline NRE ja gaasifaasiline NRE. Artikkel mootorite kohtaAleksander Losev
Raketi- ja kosmosetehnoloogia kiire arengu 20. sajandil määrasid kahe suurriigi - NSV Liidu ja USA - sõjalis-strateegilised, poliitilised ja teatud määral ka ideoloogilised eesmärgid ja huvid ning kõik riiklikud kosmoseprogrammid olid oma sõjaliste projektide jätkamine, kus peamine ülesanne oli vaja tagada kaitsevõime ja strateegiline võrdsus potentsiaalse vaenlasega. Seadmete loomise maksumus ja tegevuskulud ei olnud siis põhimõttelise tähtsusega. Kanderakettide ja kosmoselaevade loomisele eraldati tohutult ressursse ning Juri Gagarini 108-minutiline lend 1961. aastal ning Neil Armstrongi ja Buzz Aldrini telesaade Kuu pinnalt 1969. aastal ei olnud pelgalt teaduse ja tehnika võidukäik. arvati, et neid peeti ka strateegilisteks võitudeks külma sõja lahingutes.
Kuid pärast seda, kui Nõukogude Liit lagunes ja langes võidujooksust maailma juhtpositsiooni nimel, ei olnud tema geopoliitilistel vastastel, eeskätt USA-l, enam vaja rakendada prestiižseid, kuid äärmiselt kulukaid kosmoseprojekte, et tõestada kogu maailmale lääne majanduse paremust. süsteemsed ja ideoloogilised kontseptsioonid.
90ndatel kaotasid eelmiste aastate peamised poliitilised ülesanded aktuaalsuse, blokkide vastasseis andis teed globaliseerumisele, maailmas valitses pragmatism, mistõttu enamik kosmoseprogramme kärbiti või lükati edasi, pärandina jäi alles vaid ISS. minevik. Lisaks on lääne demokraatia varustanud kõik kalli valitsuse programmid sõltuvalt valimistsüklitest.
Valijate toetus, mis on vajalik võimu saavutamiseks või säilitamiseks, sunnib poliitikuid, parlamente ja valitsusi kalduma populismi poole ja lahendama lühiajalisi probleeme, mistõttu kulutusi kosmoseuuringutele vähendatakse aasta-aastalt.
Enamik fundamentaalseid avastusi tehti 20. sajandi esimesel poolel ning tänaseks on teadus ja tehnoloogia jõudnud teatud piiridesse, pealegi on teaduse populaarsus kogu maailmas langenud ning matemaatika, füüsika ja muude loodusainete õpetamise kvaliteet. teadused on halvenenud. Sellest on saanud viimase kahe aastakümne stagnatsiooni põhjus, sealhulgas kosmosesektoris.
Nüüd aga saab ilmselgeks, et maailm on lähenemas järjekordse, eelmise sajandi avastustel põhineva tehnoloogilise tsükli lõpule. Seetõttu tagab iga võim, mis globaalse tehnoloogilise struktuuri muutumise ajal omab põhimõtteliselt uusi paljutõotavaid tehnoloogiaid, automaatselt ülemaailmse juhtpositsiooni vähemalt järgmiseks viiekümneks aastaks.
Vesiniku töövedelikuga tuumajõumootori põhikonstruktsioon
Seda teadvustatakse nii Ameerika Ühendriikides, mis on võtnud kursi Ameerika suursugususe taaselustamisele kõigis tegevusvaldkondades, kui ka Ameerika hegemooniale väljakutse esitavas Hiinas kui ka Euroopa Liidus, mis püüab kõigest väest. säilitada oma kaalu maailmamajanduses.
Seal valitseb tööstuspoliitika ja nad tegelevad tõsiselt oma teadusliku, tehnilise ja tootmispotentsiaali arendamisega ning kosmosesfäärist võib saada parim katsepolügooni uute tehnoloogiate katsetamiseks ning teaduslike hüpoteeside tõestamiseks või ümberlükkamiseks, mis võivad sellele aluse panna. põhimõtteliselt teistsuguse, arenenuma tulevikutehnoloogia loomiseks.
Ja on täiesti loomulik eeldada, et USA on esimene riik, kus taasalustatakse süvakosmoseuuringute projekte, et luua ainulaadseid uuenduslikke tehnoloogiaid relvade, transpordi ja konstruktsioonimaterjalide valdkonnas, samuti biomeditsiinis ja telekommunikatsioonis.
Tõsi, isegi USA-le pole edu revolutsiooniliste tehnoloogiate loomisel garanteeritud. Pool sajandit vanade keemilisel kütusel põhinevate rakettmootorite täiustamisel, nagu teeb Elon Muski SpaceX, või luues pikkadeks lendudeks sarnaseid elutagamissüsteeme, mis on sarnased nendele, mis on juba kasutusele võetud lennukitel, on suur oht sattuda ummikusse. ISS.
Kas Venemaa, kelle seisak kosmosesektoris muutub iga aastaga märgatavamaks, suudab teha hüppe võidujooksus selle nimel, et tulevane tehnoloogiline juhtpositsioon jääks superriikide klubisse, mitte aga arengumaade nimekirja?
Jah, loomulikult saab Venemaa, ja pealegi on juba tehtud märgatav samm edasi tuumaenergeetikas ja tuumarakettmootorite tehnoloogiates, hoolimata kosmosetööstuse kroonilisest alarahastamisest.
Astronautika tulevik on tuumaenergia kasutamine. Et mõista, kuidas tuumatehnoloogia ja kosmos on omavahel seotud, on vaja arvestada reaktiivjõu põhiprintsiipe.
Niisiis on kaasaegsete kosmosemootorite peamised tüübid loodud keemilise energia põhimõtetel. Tegemist on tahkekütuse kiirendite ja vedelrakettmootoritega, mille põlemiskambrites lähevad kütusekomponendid (kütus ja oksüdeerija) eksotermilisele füüsikalisele ja keemilisele põlemisreaktsioonile, moodustades jugajoa, mis paiskab mootori düüsist igas sekundis välja tonnide viisi ainet. Joa töövedeliku kineetiline energia muundatakse reaktiivjõuks, mis on piisav raketi edasiliikumiseks. Selliste keemiamootorite eriimpulss (tekkiva tõukejõu suhe kasutatud kütuse massi) sõltub kütuse komponentidest, rõhust ja temperatuurist põlemiskambris, samuti läbi gaasilise segu väljapaiskuva molekulmassist. mootori otsik.
Ja mida kõrgem on aine temperatuur ja rõhk põlemiskambris ning mida väiksem on gaasi molekulmass, seda suurem on eriimpulss ja seega ka mootori kasutegur. Spetsiifiline impulss on liikumise suurus ja seda mõõdetakse tavaliselt meetrites sekundis, nagu ka kiirust.
Keemiamootorites annavad kõrgeima eriimpulsi hapniku-vesiniku ja fluori-vesiniku kütusesegud (4500–4700 m/s), kuid populaarseimaks (ja mugavamaks töötamiseks) on kujunenud petrooleumil ja hapnikul töötavad rakettmootorid, Näiteks Sojuzi ja Muski Falconi raketid, samuti mootorid, mis kasutavad ebasümmeetrilist dimetüülhüdrasiini (UDMH) koos oksüdeerijaga lämmastiktetroksiidi ja lämmastikhappe segu kujul (Nõukogude ja Vene Proton, Prantsuse Ariane, Ameerika Titan). Nende kasutegur on 1,5 korda madalam kui vesinikkütusega mootoritel, kuid 3000 m/s impulsist ja võimsusest piisab täiesti, et tonnide kaupa kasulikku lasti Maa-lähedastel orbiitidel oleks majanduslikult tasuv.
Kuid lennud teistele planeetidele nõuavad palju suurem suurus kosmoselaevad kui kõik, mis inimkond on varem loonud, sealhulgas modulaarne ISS. Nendel laevadel on vaja tagada meeskondade pikaajaline autonoomne olemasolu ning peamasinate ja manöövrite ning orbiidi korrigeerimise mootorite teatav kütusevaru ja tööiga, et näha ette astronautide kohaletoimetamine spetsiaalses maandumismoodulis. teise planeedi pinnale ja nende tagasipöördumine peamisele transpordilaevale ning seejärel ja ekspeditsiooni naasmine Maale.
Mootorite kogunenud inseneriteadmised ja keemiline energia võimaldavad naasta Kuule ja jõuda Marsile, mistõttu on suur tõenäosus, et inimkond külastab järgmisel kümnendil Punast planeeti.
Kui tugineda ainult olemasolevatele kosmosetehnoloogiatele, on elamiskõlbliku mooduli minimaalne mass mehitatud lennuks Marsile või Jupiteri ja Saturni satelliitidele ligikaudu 90 tonni, mis on 3 korda suurem kui 1970. aastate alguse Kuu laevadel. , mis tähendab, et kanderaketid nende viimiseks võrdlusorbiitidele edasiseks lennuks Marsile on palju paremad kui Apollo Kuuprojekti Saturn 5 (stardi kaal 2965 tonni) või Nõukogude kanderakett Energia (stardi kaal 2400 tonni). Orbiidil on vaja luua planeetidevaheline kompleks, mis kaalub kuni 500 tonni. Lend planeetidevahelisel laeval keemiliste rakettmootoritega võtab aega 8 kuud kuni 1 aasta ainult ühes suunas, sest laeva täiendavaks kiirendamiseks peate tegema gravitatsioonimanöövreid, kasutades planeetide gravitatsioonijõudu ja kolossaalset kütusevaru. .
Kuid rakettmootorite keemilist energiat kasutades ei lenda inimkond kaugemale kui Marsi või Veenuse orbiit. Vajame kosmoselaevade erinevat lennukiirust ja muud võimsamat liikumisenergiat.
Princeton Satellite Systemsi tuumarakettmootori kaasaegne disain
Süvakosmose uurimiseks on vaja oluliselt tõsta rakettmootori tõukejõu ja kaalu suhet ja efektiivsust ning seega suurendada selle eriimpulssi ja kasutusiga. Ja selleks on vaja mootorikambri sees madala aatommassiga gaasi või töövedelikku kuumutada temperatuurini, mis on mitu korda kõrgem traditsiooniliste kütusesegude keemilisest põlemistemperatuurist ja seda saab teha tuumareaktsiooni abil.
Kui tavapärase põlemiskambri asemel paigutatakse rakettmootori sisse tuumareaktor, mille aktiivsesse tsooni juhitakse vedelal või gaasilisel kujul aine, siis see soojeneb kõrgsurve kuni mitu tuhat kraadi, hakatakse pihustikanali kaudu välja paiskama, tekitades joa tõukejõu. Sellise tuumareaktiivmootori eriimpulss saab olema mitu korda suurem kui tavalisel keemiliste komponentidega mootoril, mis tähendab, et nii mootori enda kui ka kanderaketi kui terviku efektiivsus tõuseb kordades. Sel juhul ei ole kütuse põletamiseks vaja oksüdeerijat ja kerget vesinikgaasi saab kasutada ainena, mis tekitab joa tõukejõudu; me teame, et mida madalam on gaasi molekulmass, seda suurem on impulss ja see suurendab oluliselt vähendada raketi massi parema jõudlusega mootori võimsusega.
Tuumamootor on parem kui tavaline, kuna reaktoritsoonis saab kerget gaasi kuumutada temperatuurini, mis ületab 9 tuhat Kelvinit, ja sellise ülekuumendatud gaasi juga annab palju suurema eriimpulsi kui tavalised keemiamootorid suudavad pakkuda. . Aga see on teoorias.
Oht ei seisne isegi selles, et sellise tuumapaigaldisega kanderaketti käivitamisel võib tekkida atmosfääri ja stardiplatvormi ümbritseva ruumi radioaktiivne saastumine, peamine probleem on selles, et kui kõrged temperatuurid ah, mootor ise võib koos kosmoselaevaga sulada. Disainerid ja insenerid mõistavad seda ning on mitukümmend aastat püüdnud leida sobivaid lahendusi.
Tuumarakettmootoritel (NRE) on juba oma kosmoses loomise ja töötamise ajalugu. Tuumamootorite esimene väljatöötamine algas 1950. aastate keskel, st juba enne inimese kosmosesselendu ja peaaegu samaaegselt nii NSV Liidus kui ka USA-s ning juba idee kasutada tuumareaktoreid töötavate reaktorite soojendamiseks. aine rakettmootoris sündis koos esimeste rektoritega 40ndate keskel, see tähendab rohkem kui 70 aastat tagasi.
Meie riigis oli tuumajõu loomise algataja soojusfüüsik Vitali Mihhailovitš Ievlev. 1947. aastal esitas ta projekti, mida toetasid S. P. Korolev, I. V. Kurchatov ja M. V. Keldysh. Esialgu kavatseti selliseid mootoreid kasutada tiibrakettide jaoks ja seejärel paigaldada need ballistilistele rakettidele. Arendustööga tegelesid Nõukogude Liidu juhtivad kaitseprojekteerimisbürood, samuti uurimisinstituudid NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Nõukogude tuumamootor RD-0410 pandi kokku 60ndate keskel Voroneži keemiaautomaatika projekteerimisbüroos, kus loodi enamik kosmosetehnoloogia vedelaid rakettmootoreid.
RD-0410 kasutas töövedelikuna vesinikku, mis vedelal kujul läbis "jahutussärgi", eemaldades düüsi seintelt liigse soojuse ja takistades selle sulamist ning sisenes seejärel reaktori südamikusse, kus see kuumutati 3000K ja vabaneb läbi kanaliotsikute, muutes seeläbi soojusenergia kineetiliseks energiaks ja tekitades spetsiifilise impulsi 9100 m/s.
USA-s käivitati tuumajõuprojekt 1952. aastal ning esimene töötav mootor loodi 1966. aastal ja sai nimeks NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). 60ndatel ja 70ndatel püüdsid Nõukogude Liit ja USA üksteisele mitte järele anda.
Tõsi, nii meie RD-0410 kui ka Ameerika NERVA olid tahkefaasilised tuumakütusega mootorid (urankarbiididel põhinev tuumakütus oli reaktoris tahkes olekus) ja nende töötemperatuur jäi vahemikku 2300–3100 K.
Südamiku temperatuuri tõstmiseks ilma plahvatuse või reaktori seinte sulamise ohuta on vaja luua sellised tuumareaktsiooni tingimused, mille korral kütus (uraan) muutub gaasiliseks või plasmaks ja hoitakse reaktoris. tugeva magnetvälja abil, seinu puudutamata. Ja siis reaktori südamikusse sisenev vesinik "voolab" ümber gaasifaasis oleva uraani ja muutudes plasmaks, väljutatakse düüsikanali kaudu väga suure kiirusega.
Seda tüüpi mootoreid nimetatakse gaasifaasi tuumajõumootoriks. Gaasilise uraankütuse temperatuurid sellistes tuumamootorites võivad olla vahemikus 10 tuhat kuni 20 tuhat kelvinit kraadi ja eriimpulss ulatuda 50 000 m/s, mis on 11 korda kõrgem kui kõige tõhusamatel keemiliste rakettmootoritel.
Avatud ja suletud tüüpi gaasifaasiliste tuumajõumootorite loomine ja kasutamine kosmosetehnoloogias on kosmoserakettmootorite arendamise kõige lootustandvam suund ja just see, mida inimkond vajab Päikesesüsteemi planeetide ja nende satelliitide uurimiseks.
Esimesed uuringud gaasifaasilise tuumajõuprojekti kohta algasid NSV Liidus 1957. aastal termiliste protsesside uurimisinstituudis (M. V. Keldyshi nimeline riiklik uurimiskeskus) ja otsus arendada gaasifaasilistel tuumareaktoritel põhinevaid tuumaelektrijaamasid. tegi 1963. aastal akadeemik V. P. Glushko (MTÜ Energomash) ja seejärel kinnitati NLKP Keskkomitee ja NSV Liidu Ministrite Nõukogu otsusega.
Gaasfaasiliste tuumajõumootorite väljatöötamist tehti Nõukogude Liidus kaks aastakümmet, kuid kahjuks ei jõutud seda kunagi lõpule, kuna puudus piisav rahastus ja vajadus täiendavate fundamentaaluuringute järele tuumakütuse ja vesinikplasma termodünaamika valdkonnas. neutronite füüsika ja magnetohüdrodünaamika.
Nõukogude tuumateadlased ja projekteerimisinsenerid seisid silmitsi mitmete probleemidega, nagu kriitilisuse saavutamine ja gaasifaasilise tuumareaktori töö stabiilsuse tagamine, sula uraani kadude vähendamine mitme tuhande kraadini kuumutatud vesiniku vabastamisel, termiline kaitse. düüsi ja magnetvälja generaatori ning uraani lõhustumisproduktide kogunemine, keemiliselt vastupidavate ehitusmaterjalide valik jne.
Ja kui Energia kanderakett hakati looma Nõukogude Mars-94 programmi jaoks esimeseks mehitatud lennuks Marsile, lükati tuumamootori projekt määramata ajaks edasi. Nõukogude Liit Meie kosmonautide Marsi planeedile 1994. aastal maandumiseks polnud piisavalt aega ja mis kõige tähtsam, poliitilist tahet ja majanduslikku tõhusust. See oleks vaieldamatu saavutus ja tõend meie juhtpositsioonist kõrgtehnoloogia vallas järgmistel aastakümnetel. Kuid kosmose, nagu palju muid asju, reetis NSV Liidu viimane juhtkond. Ajalugu ei saa muuta, lahkunud teadlasi ja insenere tagasi tuua ning kadunud teadmisi taastada. Palju tuleb uuesti luua.
Kuid kosmose tuumaenergia ei piirdu ainult tahke- ja gaasifaasiliste tuumajõumootorite sfääriga. Elektrienergiat saab kasutada reaktiivmootoris kuumutatud ainevoolu tekitamiseks. Seda ideed väljendas esmakordselt Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski 1903. aastal oma teoses "Maailmaruumide uurimine reaktiivinstrumentide abil".
Ja esimese elektrotermilise rakettmootori NSV Liidus lõi 1930. aastatel tulevane NSVL Teaduste Akadeemia akadeemik ja NPO Energia juht Valentin Petrovitš Glushko.
Elektriliste rakettmootorite tööpõhimõtted võivad olla erinevad. Tavaliselt jagunevad need nelja tüüpi:
- elektrotermiline (küte või elektrikaar). Neis kuumutatakse gaas temperatuurini 1000–5000K ja väljutatakse düüsist samamoodi nagu tuumarakettmootoris.
- elektrostaatilised mootorid (kolloidsed ja ioonsed), milles tööaine esmalt ioniseeritakse ja seejärel positiivsed ioonid (elektronideta aatomid) kiirendatakse elektrostaatilises väljas ja väljutatakse samuti läbi düüsikanali, tekitades joa tõukejõu. Elektrostaatiliste mootorite hulka kuuluvad ka statsionaarsed plasmamootorid.
- magnetoplasma ja magnetodünaamilised rakettmootorid. Seal kiireneb gaasiplasma tänu amprijõule risti ristuvates magnet- ja elektriväljades.
- impulssrakettmootorid, mis kasutavad elektrilahenduses töövedeliku aurustumisel tekkivate gaaside energiat.
Nende elektriliste rakettmootorite eeliseks on väike töövedeliku tarbimine, kasutegur kuni 60% ja suur osakeste voolukiirus, mis võib oluliselt vähendada kosmoselaeva massi, kuid on ka miinus - madal tõukejõu tihedus ja seetõttu. madal võimsus, samuti plasma loomiseks kasutatava töövedeliku (inertgaasid või leelismetallide aurud) kõrge hind.
Kõiki loetletud elektrimootorite tüüpe on praktikas rakendatud ja neid on alates 60. aastate keskpaigast korduvalt kasutatud kosmoses nii Nõukogude kui ka Ameerika kosmoselaevadel, kuid väikese võimsuse tõttu kasutati neid peamiselt orbiidi korrigeerimismootoritena.
Aastatel 1968–1988 saatis NSVL kosmosesse terve rea Cosmose satelliite, mille pardal olid tuumarajatised. Reaktorite tüübid nimetati: "Buk", "Topaz" ja "Jenissei".
Jenissei projekti reaktori soojusvõimsus oli kuni 135 kW ja elektrivõimsus umbes 5 kW. Jahutusvedelik oli naatrium-kaaliumsulam. See projekt suleti 1996. aastal.
Tõeline tõukejõu rakettmootor nõuab väga võimsat energiaallikat. JA parim allikas Selliste kosmosemootorite energiaks on tuumareaktor.
Tuumaenergeetika on üks kõrgtehnoloogilisi tööstusharusid, kus meie riik hoiab liidripositsiooni. Ja Venemaal luuakse juba põhimõtteliselt uut rakettmootorit ja see projekt on lähedal edukale lõpuleviimisele 2018. aastal. Lennutestid on kavandatud 2020. aastaks.
Ja kui gaasifaasiline tuumajõud on tulevaste aastakümnete teema, mille juurde tuleb pärast fundamentaalseid uuringuid tagasi pöörduda, siis selle tänaseks alternatiiviks on megavatt-klassi tuumajõujõusüsteem (NPPU), mille on juba loonud Rosatom ja Roscosmos ettevõtted alates 2009. aastast.
Mittetulundusühing Krasnaja Zvezda, mis on praegu maailmas ainus kosmose tuumaelektrijaamade arendaja ja tootja, samuti A. järgi nime saanud uurimiskeskus. M. V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, teadusinstituut MTÜ "Luch", "Kurchatovi Instituut", IRM, IPPE, RIAR ja MTÜ Mashinostroeniya.
Tuumajõu tõukejõusüsteem sisaldab kõrgtemperatuurset gaasjahutusega kiirneutronite tuumareaktorit turbomasinasüsteemiga soojusenergia muundamiseks elektrienergiaks, külmiku-emitrite süsteemi liigse soojuse eemaldamiseks kosmosesse, mõõteriistade kambrit, toiteplokki. plasma- või ioonelektrimootorid ja konteiner kasuliku koorma mahutamiseks.
Jõujõusüsteemis toimib tuumareaktor elektrilise plasmamootori töös elektrienergia allikana, südamikku läbiv reaktori gaasjahutusvedelik aga siseneb elektrigeneraatori ja kompressori turbiini ning naaseb reaktorisse. suletud ahelaga ja seda ei visata kosmosesse nagu tuumajõumootoril, mis muudab konstruktsiooni töökindlamaks ja ohutumaks ning sobib seetõttu mehitatud kosmoselendudeks.
Tuumajaama plaanitakse kasutada korduvkasutatava kosmosepuksiiri jaoks, et tagada Kuu uurimisel või mitmeotstarbeliste orbitaalkomplekside loomisel lasti kohaletoimetamine. Eeliseks pole mitte ainult transpordisüsteemi elementide korduvkasutus (mida Elon Musk üritab oma SpaceX-i kosmoseprojektides saavutada), vaid ka võimalus tarnida kolm korda rohkem lasti kui võrreldava võimsusega keemiliste reaktiivmootoritega rakettidel. vähendades transpordisüsteemi stardimassi . Installatsiooni eriline disain muudab selle Maa inimestele ja keskkonnale ohutuks.
2014. aastal monteeriti JSC Mashinostroitelny Zavodis Elektrostalis selle tuumaelektrilise tõukejõusüsteemi esimene standardkonstruktsiooniga kütuseelement (kütuseelement) ja 2016. aastal viidi läbi reaktorisüdamiku korvi simulaatori katsetused.
Praegu (2017. aastal) on käimas töö konstruktsioonielementide valmistamise kallal, komponentide ja koostude paigaldamisel ja katsetamisel maketidel, samuti turbomasinate energiamuundamissüsteemide ja jõuallikate prototüüpide autonoomne testimine. Tööde valmimine on kavandatud järgmise 2018. aasta lõpuks, kuid alates 2015. aastast hakkas kogunema ajagraafiku mahajäämus.
Nii et niipea kui see installatsioon luuakse, saab Venemaast esimene riik maailmas, millel on tuumakosmosetehnoloogiad, mis on aluseks mitte ainult tulevastele päikesesüsteemi uurimisprojektidele, vaid ka maapealsele ja maavälisele energiale. . Kosmose tuumaelektrijaamu saab kasutada süsteemide loomiseks elektri kaugülekandeks Maale või kosmosemoodulitele elektromagnetiline kiirgus. Ja sellest saab ka arenenud tulevikutehnoloogia, kus meie riigil on liidripositsioon.
Arendatavatele plasmaelektrimootoritele tuginedes luuakse võimsad tõukejõusüsteemid inimeste pikamaalendudeks kosmosesse ja ennekõike Marsi uurimiseks, mille orbiidile saab jõuda vaid 1,5 kuuga, mitte aga rohkem kui aasta, nagu tavaliste keemiliste reaktiivmootorite kasutamisel.
Ja tulevik algab alati revolutsiooniga energeetikas. Ja ei midagi muud. Energia on primaarne ja see on energiatarbimise hulk, mis mõjutab tehnika arengut, kaitsevõimet ja inimeste elukvaliteeti.
NASA eksperimentaalne plasma rakettmootor
Nõukogude astrofüüsik Nikolai Kardašev pakkus välja tsivilisatsioonide arengu skaala juba 1964. aastal. Selle skaala järgi sõltub tsivilisatsioonide tehnoloogilise arengu tase energia hulgast, mida planeedi elanikkond oma vajadusteks kasutab. Seega kasutab I tüüpi tsivilisatsioon kõiki planeedil saadaolevaid ressursse; II tüüpi tsivilisatsioon – saab oma tähe energiat, mille süsteemis ta asub; ja III tüüpi tsivilisatsioon kasutab oma galaktika olemasolevat energiat. Inimkond pole veel sellisel skaalal I tüüpi tsivilisatsiooniks küpsenud. Me kasutame ainult 0,16% kogu planeedi Maa potentsiaalsest energiavarust. See tähendab, et Venemaal ja kogu maailmas on kasvuruumi ning need tuumatehnoloogiad avavad meie riigile tee mitte ainult kosmosesse, vaid ka tulevasele majanduslikule õitsengule.
Ja võib-olla on Venemaa ainus võimalus teadus- ja tehnikavaldkonnas teha nüüd revolutsiooniline läbimurre tuuma-kosmosetehnoloogiate vallas, et ületada ühe "hüppega" liidritest mahajäämus mitu aastat ja olla õigel kohal. uus tehnoloogiline revolutsioon inimtsivilisatsiooni järgmises arengutsüklis. Selline ainulaadne võimalus langeb konkreetsele riigile vaid kord paari sajandi jooksul.
Kahjuks Venemaa, kes pole viimase 25 aasta jooksul piisavalt tähelepanu pööranud põhiteadused ning kõrg- ja keskhariduse kvaliteet, riskib selle võimaluse igaveseks kaotada, kui programmi kärbitakse ja uus põlvkond teadlasi ei asenda praeguseid teadlasi ja insenere. Geopoliitilised ja tehnoloogilised väljakutsed, millega Venemaa 10–12 aasta pärast silmitsi seisavad, on väga tõsised, võrreldavad 20. sajandi keskpaiga ohtudega. Venemaa suveräänsuse ja terviklikkuse säilitamiseks tulevikus on nüüd hädasti vaja hakata koolitama spetsialiste, kes suudavad nendele väljakutsetele vastata ja luua midagi põhimõtteliselt uut.
Venemaa muutmiseks ülemaailmseks intellektuaalseks ja tehnoloogiliseks keskuseks on aega vaid umbes 10 aastat ja seda ei saa teha ilma hariduse kvaliteedi tõsise muutuseta. Teadustehnoloogiliseks läbimurdeks on vaja haridussüsteemi (nii kooli kui ülikooli) juurde tagasi tuua süsteemsed maailmapildi, teadusliku fundamentaalsuse ja ideoloogilise terviklikkuse seisukohad.
Mis puudutab praegust seisakut kosmosetööstuses, siis see pole hirmutav. Kaasaegse kosmosetehnoloogia aluseks olevate füüsiliste põhimõtete järele on tavapäraste satelliiditeenuste sektoris nõudlus veel pikka aega. Meenutagem, et inimkond kasutas purje 5,5 tuhat aastat ja auruajastu kestis ligi 200 aastat ning alles kahekümnendal sajandil hakkas maailm kiiresti muutuma, sest toimus järjekordne teadus-tehnoloogiline revolutsioon, mis käivitas innovatsioonilaine. ja tehnoloogiliste struktuuride muutus, mis lõppkokkuvõttes muutis nii maailma majandust kui ka poliitikat. Peaasi on olla nende muutuste alged.
Sergeev Aleksei, 9 “A” klass, Munitsipaalharidusasutus “Keskkool nr 84”
Teaduskonsultant: , mittetulundusliku teadus- ja uuendustegevuse partnerluse "Tomski aatomikeskus" direktori asetäitja
Juhataja: , füüsikaõpetaja, Munitsipaalharidusasutus “Keskkool nr 84” CATO Seversk
Sissejuhatus
Kosmoselaeva pardal olevad tõukejõusüsteemid on loodud tõukejõu või impulsi tekitamiseks. Kasutatava tõukejõu tüübi järgi jaotatakse tõukejõusüsteem keemiliseks (CHRD) ja mittekeemiliseks (NCRD). CRD-d jagunevad vedelkütuse mootoriteks (LPRE), tahkekütuse rakettmootoriteks (tahkekütuse mootoriteks) ja kombineeritud rakettmootoriteks (RCR). Omakorda jagunevad mittekeemilised tõukejõusüsteemid tuuma- (NRE) ja elektrilisteks (EP). Suur teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski lõi sajand tagasi esimese tõukejõusüsteemi mudeli, mis töötas tahkel ja vedelal kütusel. Hiljem, 20. sajandi teisel poolel, sooritati tuhandeid lende, kasutades peamiselt vedelkütusega mootoreid ja tahkekütuse rakettmootoreid.
Kuid praegu muutub vedelkütusega rakettmootorite ja tahkekütuse rakettmootorite kasutamine lendudeks teistele planeetidele, tähtedest rääkimata, järjest kahjumlikumaks, kuigi rakettmootoreid on välja töötatud palju. Tõenäoliselt on vedelkütusega rakettmootorite ja tahkekütuse rakettmootorite võimalused end täielikult ammendanud. Põhjus on siin selles, et kõigi keemiliste tõukurite eriimpulss on madal ja ei ületa 5000 m/s, mis nõuab tõukejõu pikaajalist tööd ja vastavalt ka suuri kütusevarusid piisavalt suurte kiiruste arendamiseks või nagu astronautikas tavaks, on vaja Tsiolkovski arvu suuri väärtusi, st kütusega töötava raketi massi suhet tühja raketi massi. Nii on 100 tonni kasulikku lasti madalale orbiidile suunava kanderaketi Energia stardimassiks umbes 3000 tonni, mis annab Tsiolkovski numbrile väärtuse 30 piires.
Näiteks lennul Marsile peaks Tsiolkovski arv olema veelgi suurem, ulatudes väärtusteni 30 kuni 50. Lihtne on hinnata, et umbes 1000 tonnise kandevõimega ja just nendes piirides on minimaalne mass. vaja tagada kõik vajalik Marsile startivale meeskonnale varieerub Võttes arvesse kütusevaru Maale tagasilennuks, peab kosmoselaeva algmass olema vähemalt 30 000 tonni, mis ületab selgelt kaasaegse astronautika arengutaseme, põhineb vedelkütuse mootorite ja tahkekütuse rakettmootorite kasutamisel.
Seega, et mehitatud meeskonnad jõuaksid ka lähimatele planeetidele, on vaja välja töötada kanderaketid mootoritel, mis töötavad muudel põhimõtetel kui keemiline tõukejõud. Kõige lootustandvamad on selles osas elektrilised reaktiivmootorid (EPE), termokeemilised rakettmootorid ja tuumareaktiivmootorid (NRE).
1.Põhimõisted
Rakettmootor on reaktiivmootor, mis ei kasuta tööks keskkonda (õhku, vett). Kõige enam kasutatakse keemilisi rakettmootoreid. Arendatakse ja katsetatakse teist tüüpi rakettmootoreid – elektri-, tuuma- ja teisi. Lihtsamaid surugaasidel töötavaid rakettmootoreid kasutatakse laialdaselt ka kosmosejaamades ja sõidukites. Tavaliselt kasutavad nad töövedelikuna lämmastikku. /1/
Tõukejõusüsteemide klassifikatsioon
2. Rakettmootorite otstarve
Vastavalt otstarbele jagunevad rakettmootorid mitmeks põhitüübiks: kiirendavad (käivitavad), pidurdavad, tõukejõu-, juhtimis- ja teised. Rakettmootoreid kasutatakse peamiselt rakettidel (sellest ka nimi). Lisaks kasutatakse mõnikord lennunduses rakettmootoreid. Rakettmootorid on astronautika peamised mootorid.
Sõjalistel (lahingu)rakettidel on tavaliselt tahkekütuse mootorid. See on tingitud asjaolust, et sellist mootorit tankitakse tehases ja see ei vaja hooldust kogu raketi enda ladustamis- ja kasutusaja jooksul. Tahkekütuse mootoreid kasutatakse sageli kosmoserakettide võimenditena. Eriti laialdaselt kasutatakse neid selles valdkonnas USA-s, Prantsusmaal, Jaapanis ja Hiinas.
Vedelrakettmootoritel on suurem tõukejõud kui tahketel rakettmootoritel. Seetõttu kasutatakse neid kosmoserakettide Maa ümber orbiidile saatmiseks ja planeetidevahelisteks lendudeks. Peamised rakettide vedelad raketikütused on petrooleum, heptaan (dimetüülhüdrasiin) ja vedel vesinik. Seda tüüpi kütuse jaoks on vaja oksüdeerijat (hapnikku). Sellistes mootorites kasutatakse oksüdeerijatena lämmastikhapet ja veeldatud hapnikku. Lämmastikhape on oksüdeerivate omaduste poolest madalam kui veeldatud hapnik, kuid ei nõua rakettide ladustamise, tankimise ja kasutamise ajal spetsiaalse temperatuurirežiimi säilitamist
Kosmoselendude mootorid erinevad Maa mootoritest selle poolest, et need peavad tootma võimalikult palju võimsust võimalikult väikese massi ja mahuga. Lisaks kehtivad neile sellised nõuded nagu erakordselt kõrge efektiivsus ja töökindlus ning märkimisväärne tööaeg. Kasutatava energia tüübi järgi jagunevad kosmoselaevade tõukejõusüsteemid nelja tüüpi: termokeemilised, tuuma-, elektri-, päikesepurjed. Igal loetletud tüübil on oma eelised ja puudused ning neid saab kasutada teatud tingimustel.
Praegu saadetakse võimsate termokeemiliste mootoritega varustatud rakettidega kosmosesse kosmoselaevu, orbitaaljaamu ja mehitamata Maa satelliite. On ka väikese tõukejõuga minimootoreid. See on võimsate mootorite väiksem koopia. Mõned neist mahuvad teie peopessa. Selliste mootorite tõukejõud on väga väike, kuid sellest piisab, et kontrollida laeva asendit ruumis
3. Termokeemilised rakettmootorid.
On teada, et sisepõlemismootoris on aurukatla ahi - kõikjal, kus põlemine toimub, võtab õhuhapnik kõige aktiivsema osa. Kosmoses pole õhku ja rakettmootorite avakosmoses töötamiseks on vaja kahte komponenti - kütust ja oksüdeerijat.
Vedelad termokeemilised rakettmootorid kasutavad kütusena alkoholi, petrooleumi, bensiini, aniliini, hüdrasiini, dimetüülhüdrasiini ja vedelat vesinikku. Vedel hapnik, vesinikperoksiid ja Lämmastikhape. Võib-olla hakatakse tulevikus vedelat fluori kasutama oksüdeeriva ainena, kui leiutatakse meetodid sellise aktiivse kemikaali säilitamiseks ja kasutamiseks
Vedelreaktiivmootorite kütust ja oksüdeerijat hoitakse eraldi spetsiaalsetes paakides ja tarnitakse pumpade abil põlemiskambrisse. Kui need põlemiskambris kokku panna, ulatuvad temperatuurid 3000 – 4500 °C.
Paisuvad põlemissaadused omandavad kiiruse 2500–4500 m/s. Mootori korpusest eemaldudes tekitavad need joa tõukejõu. Samal ajal, mida suurem on gaasivoolu mass ja kiirus, seda suurem on mootori tõukejõud.
Mootorite spetsiifilist tõukejõudu hinnatakse tavaliselt ühe sekundi jooksul põletatud kütuse massiühiku kohta tekitatud tõukejõu järgi. Seda suurust nimetatakse rakettmootori eriimpulsiks ja seda mõõdetakse sekundites (kg tõukejõudu / kg põletatud kütust sekundis). Parimatel tahkekütuse rakettmootoritel on eriimpulss kuni 190 s, see tähendab, et 1 kg kütuse põlemine sekundis tekitab tõukejõu 190 kg. Vesinik-hapnik rakettmootori eriimpulss on 350 s. Teoreetiliselt võib vesinikfluorimootor arendada spetsiifilise impulsi, mis on pikem kui 400 s.
Tavaliselt kasutatav vedela rakettmootori vooluring töötab järgmiselt. Surugaas tekitab krüogeense kütusega paakides vajaliku rõhu, et vältida gaasimullide tekkimist torustikes. Pumbad varustavad rakettmootoreid kütusega. Kütus süstitakse põlemiskambrisse läbi suure hulga pihustite. Läbi düüside süstitakse põlemiskambrisse ka oksüdeerija.
Igas autos tekivad kütuse põlemisel suured soojusvood, mis soojendavad mootori seinu. Kui te kambri seinu ei jahuta, põleb see kiiresti läbi, olenemata sellest, mis materjalist see on valmistatud. Vedelreaktiivmootorit jahutatakse tavaliselt ühe kütusekomponendiga. Sel eesmärgil on kamber valmistatud kahest seinast. Kütuse külm komponent voolab seinte vahelises pilus.
Alumiinium" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">alumiinium jne. Eelkõige lisandina tavalistele kütustele, nagu vesinik-hapnik. Sellised "kolmekomponentsed koostised" suudavad tagada suurima võimaliku kiiruse keemiatööstusele kütused heitgaas - kuni 5 km/s.Aga see on praktiliselt keemia ressursside piir.Rohkem praktiliselt ei saagi.Kuigi pakutud kirjelduses domineerivad endiselt vedelad rakettmootorid,peab ütlema,et esimene ajaloos inimkonnast loodi tahket kütust kasutav termokeemiline rakettmootor - Tahkekütusega rakettmootor Kütus - näiteks spetsiaalne püssirohi - asub otse põlemiskambris. Tahkekütusega täidetud reaktiivotsikuga põlemiskamber - see on kogu disain. Tahkekütuse põlemisviis oleneb tahkekütuse rakettmootori otstarbest (stardi-, säilitus- või kombineeritud).Sõjanduses kasutatavatele tahkekütuse rakettidele on iseloomulik stardi- ja tõukejõumootorite olemasolu.Tahkekütuse rakettmootori käivitamine arendab suur tõukejõud väga lühikeseks ajaks, mis on vajalik raketi kanderaketist väljumiseks ja selle esialgseks kiirendamiseks. Tahkekütuse rakettmootor on loodud selleks, et säilitada raketi konstantne lennukiirus lennutrajektoori põhiosas (tõukejõul). Erinevused nende vahel seisnevad peamiselt põlemiskambri konstruktsioonis ja kütuselaengu põlemispinna profiilis, mis määravad ära kütuse põlemiskiiruse, millest sõltub tööaeg ja mootori tõukejõud. Erinevalt sellistest rakettidest töötavad Maa satelliitide, orbitaaljaamade ja kosmoselaevade saatmiseks mõeldud kanderaketid, samuti planeetidevahelised jaamad ainult stardirežiimil alates raketi stardist kuni objekti orbiidile saatmiseni ümber Maa või planeetidevahelisele trajektoorile. Üldjuhul ei ole tahkekütuse rakettmootoritel vedelkütusemootorite ees palju eeliseid: neid on lihtne valmistada, neid saab kaua säilitada, need on alati töövalmis ja suhteliselt plahvatuskindlad. Kuid spetsiifilise tõukejõu poolest on tahkekütusel töötavad mootorid vedelatest mootoritest 10-30% madalamad.
4. Elektrilised rakettmootorid
Peaaegu kõik eespool käsitletud rakettmootorid arendavad tohutut tõukejõudu ja on mõeldud kosmoselaevade Maa ümber orbiidile saatmiseks ja nende kiirendamiseks planeetidevaheliste lendude jaoks kosmilise kiiruseni. Hoopis teine asi on juba orbiidile või planeetidevahelisel trajektooril liikunud kosmoselaevade tõukejõusüsteemid. Siin on reeglina vaja väikese võimsusega (mitu kilovatti või isegi vatti) mootoreid, mis on võimelised töötama sadu ja tuhandeid tunde ning olema korduvalt sisse-välja lülitatavad. Need võimaldavad säilitada lendu orbiidil või mööda etteantud trajektoori, kompenseerides atmosfääri ülemiste kihtide ja päikesetuule tekitatud lennutakistust. Elektrilistes rakettmootorites kiirendatakse töövedelikku teatud kiiruseni, kuumutades seda elektrienergiaga. Elekter tuleb päikesepaneelidest või tuumajaamast. Töövedeliku kuumutamise meetodid on erinevad, kuid tegelikkuses kasutatakse peamiselt elektrikaar. See on osutunud väga töökindlaks ja talub paljusid käivitamisi. Vesinikku kasutatakse töövedelikuna elektrikaaremootorites. Elektrikaare abil kuumutatakse vesinik väga kõrge temperatuurini ja see muutub plasmaks – positiivsete ioonide ja elektronide elektriliselt neutraalseks seguks. Plasma väljavoolu kiirus mootorist ulatub 20 km/s. Kui teadlased lahendavad plasma magnetilise isoleerimise probleemi mootorikambri seintest, on võimalik plasma temperatuuri märkimisväärselt tõsta ja heitgaasi kiirust 100 km/s-ni. Esimene elektriline rakettmootor töötati välja Nõukogude Liidus aastatel. juhtimisel (hiljem sai temast Nõukogude kosmoserakettide mootorite looja ja akadeemik) kuulsas Gas Dynamics Laboratory (GDL) juures./10/
5. Muud tüüpi mootorid
Tuumarakettmootorite jaoks on ka eksootilisemaid konstruktsioone, milles lõhustuv materjal on vedelas, gaasilises või isegi plasma olekus, kuid selliste konstruktsioonide rakendamine praegusel tehnoloogia ja tehnoloogia tasemel on ebareaalne. Järgmised rakettmootorite projektid on veel teoreetilises või laboratoorses staadiumis:
Impulss-tuumarakettmootorid, mis kasutavad väikeste tuumalaengute plahvatuste energiat;
Termotuumarakettmootorid, mis võivad kütusena kasutada vesiniku isotoopi. Vesiniku energiatootlikkus sellises reaktsioonis on 6,8 * 1011 KJ/kg, st ligikaudu kaks suurusjärku kõrgem kui tuumalõhustumisreaktsioonide tootlikkus;
Päikesepurje mootorid - mis kasutavad päikesevalguse rõhku (päikesetuul), mille olemasolu tõestas empiiriliselt üks vene füüsik juba 1899. aastal. Teadlased on arvutustega kindlaks teinud, et 1 tonni kaaluv seade, mis on varustatud 500 m läbimõõduga purjega, suudab lennata Maalt Marsile umbes 300 päevaga. Päikesepurje efektiivsus väheneb aga Päikesest kaugenedes kiiresti.
6.Tuumarakettmootorid
Vedelkütusel töötavate rakettmootorite üks peamisi puudusi on seotud gaaside piiratud voolukiirusega. Tuumarakettmootorites näib olevat võimalik kasutada tuuma "kütuse" lagunemisel vabanevat kolossaalset energiat tööaine soojendamiseks. Tuumarakettmootorite tööpõhimõte ei erine peaaegu üldse termokeemiliste mootorite tööpõhimõttest. Erinevus seisneb selles, et töövedelikku kuumutatakse mitte tema enda keemilise energia, vaid tuumasisese reaktsiooni käigus vabaneva "võõra" energia tõttu. Töövedelik juhitakse läbi tuumareaktori, milles toimub aatomituumade (näiteks uraani) lõhustumisreaktsioon, ja kuumutatakse. Tuumarakettmootorid kaotavad vajaduse oksüdeerija järele ja seetõttu saab kasutada ainult ühte vedelikku. Töövedelikuna on soovitav kasutada aineid, mis võimaldavad mootoril suuremat veojõudu arendada. Selle tingimuse rahuldab kõige paremini vesinik, millele järgneb ammoniaak, hüdrasiin ja vesi. Protsessid, mille käigus tuumaenergia vabaneb, jagunevad radioaktiivseteks transformatsioonideks, raskete tuumade lõhustumisreaktsioonideks ja kergete tuumade ühinemisreaktsioonideks. Radioisotoopide transformatsioonid realiseeritakse nn isotoopide energiaallikates. Erimassi energia (energia, mida võib vabastada 1 kg kaaluv aine) kunstlik radioaktiivsed isotoobid oluliselt kõrgem kui keemilised kütused. Seega 210Po puhul võrdub see 5*10 8 KJ/kg, samas kui kõige energiasäästlikuma keemilise kütuse (hapnikuga berüllium) puhul ei ületa see väärtus 3*10 4 KJ/kg. Kahjuks ei ole veel ratsionaalne selliseid mootoreid kosmosekanderakettidel kasutada. Selle põhjuseks on isotoopaine kõrge hind ja kasutusraskused. Isotoop eraldab ju pidevalt energiat, isegi kui seda transporditakse spetsiaalses konteineris ja kui rakett on stardipaigas pargitud. Tuumareaktorid kasutavad energiasäästlikumat kütust. Seega on 235U (uraani lõhustuva isotoobi) massi erienergia võrdne 6,75 * 10 9 KJ/kg, st ligikaudu suurusjärgu võrra suurem kui 210Po isotoobi oma. Neid mootoreid saab “sisse lülitada” ja “välja lülitada”, tuumkütus (233U, 235U, 238U, 239Pu) on palju odavam kui isotoopkütus. Sellistes mootorites saab töövedelikuna kasutada mitte ainult vett, vaid ka tõhusamaid tööaineid - piiritust, ammoniaaki, vedelat vesinikku. Vedela vesinikuga mootori eritõukejõud on 900 s. IN kõige lihtsam skeem tahkel tuumakütusel töötava reaktoriga tuumarakettmootori töövedelik asetatakse paaki. Pump annab selle mootorikambrisse. Düüside abil pihustades puutub töövedelik kokku kütust tekitava tuumkütusega, soojeneb, paisub ja paiskub suurel kiirusel läbi düüsi välja. Tuumakütus on energiavarude poolest parem kui mis tahes muud tüüpi kütus. Siis tekib loogiline küsimus: miks on seda kütust kasutavatel käitistel ikkagi suhteliselt madal eritõukejõud ja suur mass? Fakt on see, et tahkefaasilise tuumarakettmootori spetsiifilist tõukejõudu piirab lõhustuva materjali temperatuur ja elektrijaam kiirgab töötamise ajal tugevat ioniseerivat kiirgust, millel on kahjulik mõju elusorganismidele. Bioloogiline kaitse sellise kiirguse eest on väga oluline ja seda ei kohaldata kosmosesõidukitel. Tahket tuumakütust kasutavate tuumarakettmootorite praktiline väljatöötamine algas 20. sajandi 50. aastate keskel Nõukogude Liidus ja USA-s peaaegu samaaegselt esimeste tuumaelektrijaamade ehitamisega. Tööd tehti kõrgendatud salastatuse õhkkonnas, kuid see on teada tõeline rakendus astronautikas pole selliseid rakettmootoreid veel kasutatud. Kõik on seni piirdunud suhteliselt väikese võimsusega isotoopsete elektriallikate kasutamisega mehitamata tehissatelliite Maa, planeetidevaheline kosmoselaev ja maailmakuulus nõukogude "kuukulgur".
7.Tuumareaktiivmootorid, tööpõhimõtted, impulsi saamise meetodid tuumakäituris.
Tuumarakettmootorid said oma nime tänu sellele, et nad loovad tuumaenergia kasutamise kaudu tõukejõu ehk energia, mis vabaneb tuumareaktsioonide tulemusena. Üldises mõttes tähendavad need reaktsioonid mis tahes muutusi aatomituumade energiaseisundis, samuti mõnede tuumade muutumist teisteks, mis on seotud tuumade struktuuri ümberkorraldamisega või neis sisalduvate elementaarosakeste arvu muutumisega. nukleonid. Pealegi võivad tuumareaktsioonid, nagu teada, toimuda kas spontaanselt (s.o spontaanselt) või kunstlikult, näiteks siis, kui mõnda tuuma pommitatakse teiste (või elementaarosakeste) poolt. Tuuma lõhustumise ja termotuumasünteesi reaktsioonid ületavad keemilisi reaktsioone vastavalt miljoneid ja kümneid miljoneid kordi energia poolest. Seda seletatakse asjaoluga, et aatomite keemilise sideme energia molekulides on kordades väiksem kui tuumas olevate nukleonide tuumasideme energia. Tuumaenergiat rakettmootorites saab kasutada kahel viisil:
1. Vabanenud energiat kasutatakse töövedeliku soojendamiseks, mis seejärel düüsis paisub, nagu tavalises rakettmootoris.
2. Tuumaenergia muundatakse elektrienergiaks ja seejärel kasutatakse seda töövedeliku osakeste ioniseerimiseks ja kiirendamiseks.
3. Lõpuks tekitavad impulsi protsessi käigus tekkinud lõhustumisproduktid ise (näiteks tulekindlaid metalle - volframi, molübdeeni) kasutatakse lõhustuvatele ainetele eriliste omaduste andmiseks.
Tahkefaasilise reaktori kütuseelemendid on läbi imbunud kanalitega, mille kaudu voolab tuumajõumootori töövedelik, mis järk-järgult soojeneb. Kanalite läbimõõt on umbes 1-3 mm ja nende kogupindala moodustab 20-30% aktiivse tsooni ristlõikest. Südamik on riputatud jõupaagi sees oleva spetsiaalse võre abil, et see saaks reaktori kuumenemisel laieneda (muidu vajuks see termiliste pingete tõttu kokku).
Südamik kogeb suuri mehaanilisi koormusi, mis on seotud märkimisväärse hüdraulilise rõhu langusega (kuni mitukümmend atmosfääri) voolavast töövedelikust, termilistest pingetest ja vibratsioonist. Aktiivse tsooni suuruse suurenemine reaktori kuumenemisel ulatub mitme sentimeetrini. Aktiivne tsoon ja reflektor on paigutatud vastupidavasse võimsusega korpusesse, mis neelab töövedeliku survet ja joaotsiku tekitatud tõukejõudu. Korpus on suletud vastupidava kaanega. Selles on pneumaatilised, vedru- või elektrimehhanismid reguleerivate organite juhtimiseks, tuumajõumootori kinnituspunktid kosmoselaeva külge ja äärikud tuumajõumootori ühendamiseks töövedeliku toitetorustikuga. Kaanel võib asuda ka turbopumba agregaat.
8 - otsik,
9 - laienev düüsi otsik,
10 - turbiini tööaine valik,
11 - Jõukorpus,
12 - Juhttrummel,
13 - Turbiini heitgaasid (kasutatakse asendi kontrollimiseks ja tõukejõu suurendamiseks),
14 - Juhttrumlite ajamirõngas)
1957. aasta alguses määrati Los Alamose labori töö lõplik suund ning otsustati ehitada grafiidis dispergeeritud uraankütusega grafiidist tuumareaktor. Selles suunas loodud Kiwi-A reaktorit katsetati 1959. aastal 1. juulil.
Ameerika tahkefaasiline tuumareaktiivmootor XE Prime katsestendil (1968)
Lisaks reaktori ehitamisele oli Los Alamos laboris täies hoos Nevadasse spetsiaalse katseobjekti rajamine ning täitis aastal ka mitmeid USA õhujõudude eritellimusi. seotud väljad(üksikute TURD üksuste arendamine). Los Alamose labori tellimusel täitsid kõik üksikute komponentide valmistamise eritellimused järgmised ettevõtted: Aerojet General, Põhja-Ameerika lennunduse osakond Rocketdyne. 1958. aasta suvel anti kogu Roveri programmi juhtimine Ameerika Ühendriikide õhujõududelt üle äsja organiseeritud riiklikule lennundus- ja kosmoseametile (NASA). 1960. aasta kesksuvel AEC ja NASA vahel sõlmitud erikokkuleppe tulemusena moodustati G. Fingeri juhtimisel kosmose tuumajõuamet, mis hiljem juhtis Roveri programmi.
Tuumareaktiivmootorite kuue "kuuma katse" tulemused olid väga julgustavad ja 1961. aasta alguses koostati reaktori lennukatsetuste (RJFT) aruanne. Seejärel, 1961. aasta keskel, käivitati Nerva projekt (tuumamootori kasutamine kosmoserakettide jaoks). Peatöövõtjaks valiti Aerojet General ja reaktori ehituse eest vastutavaks alltöövõtjaks Westinghouse.
10.2 Töö TURE-ga Venemaal
Ameerika" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">ameeriklased, vene teadlased kasutasid teadusreaktorites üksikute kütuseelementide kõige ökonoomsemaid ja tõhusamaid katseid. Kogu 70.-80. lubasid projekteerimisbürool "Salyut", keemiaautomaatika disainibürool, IAE, NIKIET ja mittetulundusühingu "Luch" (PNITI) välja töötada erinevaid kosmose tuumajõumootorite ja hübriidtuumaelektrijaamade projekte. Teadusliku automaatika projekteerimisbüroos loodi NIITP juhtkond (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO vastutasid reaktori elementide eest Luch, MAI). YARD RD 0411 ja minimaalse suurusega tuumamootor RD 0410 tõukejõud vastavalt 40 ja 3,6 tonni.
Selle tulemusena valmistati reaktor, "külm" mootor ja stendi prototüüp katsetamiseks vesinikgaasil. Erinevalt Ameerika omast, mille eriimpulss ei ületanud 8250 m/s, oli Nõukogude TNRE tänu kuumuskindlamate ja täiustatud disainiga kütuseelementide kasutamisele ning südamiku kõrgele temperatuurile võrdne 9100 m. /s ja kõrgem. MTÜ "Luch" ühisekspeditsiooni TURE testimise pingibaas asus Semipalatinsk-21 linnast 50 km edelas. Ta asus tööle 1962. aastal. sisse Katseplatsil katsetati tuumajõul töötavate rakettmootorite prototüüpide täismahus kütuseelemente. Sel juhul sisenes heitgaas suletud väljalaskesüsteemi. Baikal-1 katsestendi kompleks täissuuruses tuumamootorite katsetamiseks asub Semipalatinsk-21-st 65 km lõuna pool. Aastatel 1970–1988 viidi läbi umbes 30 reaktori "kuumkäivitust". Samal ajal ei ületanud võimsus 230 MW vesiniku kuluga kuni 16,5 kg/sek ja selle temperatuur reaktori väljalaskeava juures 3100 K. Kõik käivitamised olid edukad, tõrgeteta ja plaanipärased.
Nõukogude TNRD RD-0410 on ainus töötav ja töökindel tööstuslik tuumarakettmootor maailmas
Praegu on sellised tööd objektil peatatud, kuigi tehnikat hoitakse suhteliselt töökorras. NPO Luchi katsestendi alus on maailmas ainuke katsekompleks, kus on võimalik katsetada tuumajõureaktorite elemente ilma märkimisväärsete rahaliste ja ajakuludeta. Võimalik, et USA-s Space Research Initiative'i programmi raames Kuule ja Marsile lendudeks mõeldud tuumajõumootorite kallal töö taasalustamine Venemaa ja Kasahstani spetsialistide kavandatud osalusel toob kaasa tegevuse taastamise kl. Semipalatinski baasi ja “Marsi” ekspeditsiooni elluviimist 2020. aastatel .
Peamised omadused
Vesiniku eriimpulss: 910–980 sek(teoreetiliselt kuni 1000 sek).
· Töövedeliku (vesiniku) väljavoolu kiirus: 9100 - 9800 m/sek.
· Saavutatav tõukejõud: kuni sadu ja tuhandeid tonne.
· Maksimaalsed töötemperatuurid: 3000°С - 3700°С (lühiajaline sisselülitamine).
· Kasutusiga: kuni mitu tuhat tundi (perioodiline aktiveerimine). /5/
11.Seade
Nõukogude tahkefaasilise tuumarakettmootori RD-0410 disain
1 - voolik töövedeliku paagist
2 - turbopumba seade
3 - juhttrumli ajam
4 - kiirguskaitse
5 - reguleerimistrummel
6 - aeglusti
7 - kütusekomplekt
8 - reaktori anum
9 - tulekahju põhi
10 - düüsi jahutusliin
11- düüsikamber
12 - otsik
12.Tööpõhimõte
Oma tööpõhimõtte kohaselt on TURE kõrgtemperatuuriline reaktor-soojusvaheti, millesse juhitakse rõhu all töövedelik (vedel vesinik) ja kuumutamisel kõrgele temperatuurile (üle 3000°C) väljastatakse see läbi jahutatud otsik. Soojuse regenereerimine düüsis on väga kasulik, kuna võimaldab vesinikku palju kiiremini soojendada ja kasutades ära märkimisväärsel hulgal soojusenergiat, saab eriimpulsi tõsta 1000 sek-ni (9100-9800 m/s).
Tuumarakettmootori reaktor
MsoNormalTable">
Töövedelik
Tihedus, g/cm3
Konkreetne tõukejõud (küttekambri kindlaksmääratud temperatuuridel, °K), sek
0,071 (vedelik)
0,682 (vedelik)
1000 (vedelik)
Ei. Dann
Ei. Dann
Ei. Dann
(Märkus: rõhk küttekambris on 45,7 atm, paisumine rõhuni 1 atm sama töövedeliku keemilise koostisega) /6/
15.Kasu
TNRE-de peamine eelis keemiliste rakettmootorite ees on kõrgema eriimpulsi saavutamine, olulised energiavarud, süsteemi kompaktsus ja võime saavutada väga suurt tõukejõudu (kümned, sajad ja tuhanded tonnid vaakumis. Üldiselt on vaakumis saavutatav eriimpulss on kasutatud kahekomponendilise raketikütuse (petrooleum-hapnik, vesinik-hapnik) omast 3-4 korda ja kõrgeima soojusintensiivsusega töötamisel 4-5 korda suurem. USA-s ja Venemaal on selliste mootorite väljatöötamisel ja ehitamisel märkimisväärne kogemus ning vajaduse korral (kosmoseuuringute eriprogrammid) saab selliseid mootoreid toota lühikese aja jooksul ja nende maksumus on mõistlik. TNRE kasutamise korral kosmoselaevade kiirendamiseks ruumis ja ette nähtud lisakasutus häirete manöövrid suurte planeetide (Jupiter, Uraan, Saturn, Neptuun) gravitatsioonivälja abil avarduvad oluliselt Päikesesüsteemi uurimise saavutatavad piirid ning kaugematele planeetidele jõudmiseks kuluv aeg väheneb oluliselt. Lisaks saab TNRE-sid edukalt kasutada hiiglaslike planeetide madalatel orbiitidel töötavate seadmete jaoks, kasutades töövedelikuna nende haruldast atmosfääri, või nende atmosfääris töötamiseks. /8/
16. Puudused
TNRE peamiseks puuduseks on võimsa läbistava kiirguse voo olemasolu (gammakiirgus, neutronid), samuti kõrge radioaktiivsete uraaniühendite, indutseeritud kiirgusega tulekindlate ühendite ja radioaktiivsete gaaside eemaldamine töövedelikuga. Sellega seoses on TURE maapealsete startide puhul vastuvõetamatu, et vältida keskkonnaseisundi halvenemist stardipaigas ja atmosfääris. /14/
17.TURD omaduste parandamine. Hübriid turbopropellermootorid
Nagu iga rakett või mootor üldiselt, on ka tahkefaasilisel tuumareaktiivmootoril olulisi piiranguid kõige olulisematele saavutatavatele omadustele. Need piirangud näitavad seadme (TJRE) võimetust töötada temperatuurivahemikus, mis ületab mootori konstruktsioonimaterjalide maksimaalse töötemperatuuri vahemikku. TNRE võimaluste laiendamiseks ja peamiste tööparameetrite oluliseks suurendamiseks saab kasutada erinevaid hübriidskeeme, milles TNRE mängib soojuse ja energia allika rolli ning kasutatakse täiendavaid füüsilisi meetodeid töövedelike kiirendamiseks. Kõige usaldusväärsem, praktiliselt teostatav ning kõrgete spetsiifiliste impulsside ja tõukeomadustega on hübriidskeem koos täiendava MHD-ahelaga (magnetohüdrodünaamiline ahel) ioniseeritud töövedeliku (vesiniku ja spetsiaalsete lisandite) kiirendamiseks. /13/
18. Tuumajõumootoritest tulenev kiirgusoht.
Töötav tuumamootor on võimas kiirgusallikas – gamma- ja neutronkiirgus. Erimeetmeid rakendamata võib kiirgus põhjustada kosmoselaevas töövedeliku ja konstruktsiooni lubamatut kuumenemist, murenemist, plasti hävimist ja kummiosade vananemist, elektrikaablite isolatsiooni kahjustusi ja elektroonikaseadmete rikkeid. Kiirgus võib põhjustada materjalide indutseeritud (kunstlikku) radioaktiivsust – nende aktiveerumist.
Praegu peetakse tuumajõumootoritega kosmoselaevade kiirguskaitse probleemi põhimõtteliselt lahendatuks. Samuti on lahendatud põhimõttelised küsimused, mis on seotud tuumajõumootorite hooldusega katsestendidel ja stardiplatsidel. Kuigi töötav tuumamootor kujutab endast ohtu opereerivale personalile, on see juba päev pärast tuumamootori töö lõppemist võimalik ilma igasuguste vahenditeta isikukaitse olla mõnekümne minuti jooksul tuumajaamast 50 m kaugusel ja isegi sellele läheneda. Lihtsaimad kaitsevahendid võimaldavad hoolduspersonalil vahetult pärast katsetamist siseneda tuumajõumootori tööpiirkonda.
Stardikomplekside ja keskkonna saastatuse tase ei saa ilmselt takistuseks tuumajõumootorite kasutamisele kosmoserakettide madalamatel astmetel. Kiirgusohu probleemi keskkonnale ja töötavale personalile leevendab suuresti asjaolu, et töövedelikuna kasutatav vesinik reaktorit läbides praktiliselt ei aktiveeru. Seetõttu ei ole tuumajõul töötava mootori joa ohtlikum kui vedelkütuse rakettmootori joa./4/
Järeldus
Tuumajõumootorite arendamise ja kasutamise väljavaadete kaalumisel astronautikas tuleks lähtuda saavutatud ja oodatud omadustest. erinevat tüüpi NRE, sellest, mida saab neile anda astronautikale, rakendusele ja lõpuks tiheda seose olemasolust NRE probleemi ja kosmose energiavarustuse probleemi ning energiaarengu probleemide vahel üldiselt.
Nagu eespool mainitud, on kõigist võimalikest tuumajõumootoritest enim arenenud termiline radioisotoopmootor ja tahkefaasilise lõhustumisreaktoriga mootor. Aga kui radioisotoopide tuumajõumootorite omadused ei luba loota nende laialdasele kasutuselevõtule astronautikas (vähemalt lähitulevikus), siis tahkefaasiliste tuumajõumootorite loomine avab astronautikale suuri väljavaateid.
Näiteks on välja pakutud seade, mille algmass on 40 000 tonni (st umbes 10 korda suurem kui suurimatel kaasaegsetel kanderakettidel), millest 1/10 moodustab kasuliku koormuse ja 2/3 tuumamassiga. süüdistused . Kui lõhatate ühe laengu iga 3 sekundi järel, piisab nende varust 10 päevaks tuumajõusüsteemi pidevaks tööks. Selle aja jooksul kiirendab seade kiiruseni 10 000 km/s ja tulevikus võib see 130 aasta pärast jõuda tähe Alpha Centaurini.
Tuumaelektrijaamadel on ainulaadsed omadused, milleks on praktiliselt piiramatu energiaintensiivsus, töö sõltumatus keskkonnast ja vastupidavus välismõjudele (kosmiline kiirgus, meteoriidikahjustused, kõrged ja madalad temperatuurid jne). Tuumaradioisotoopide rajatiste maksimaalne võimsus on aga piiratud mitmesaja vati suuruse väärtusega. See piirang puudub tuumareaktorielektrijaamade puhul, mis määrab nende kasutamise tasuvuse raskete kosmoselaevade pikaajaliste lendude ajal Maa-lähedases kosmoses, lendude ajal Päikesesüsteemi kaugetele planeetidele ja muudel juhtudel.
Tahkefaasiliste ja muude lõhustumisreaktoriga tuumajõumootorite eelised ilmnevad kõige täielikumalt selliste keerukate kosmoseprogrammide uurimisel nagu mehitatud lennud Päikesesüsteemi planeetidele (näiteks ekspeditsioonil Marsile). Sel juhul võimaldab tõukejõu eriimpulsi suurenemine kvalitatiivselt uusi probleeme lahendada. Kõik need probleemid leevenevad oluliselt, kui kasutada tahkefaasilist tuumakütusega rakettmootorit, mille spetsiifiline impulss on kaks korda suurem kui tänapäevastel vedelkütusel kasutatavatel rakettmootoritel. Sel juhul on võimalik ka lennuaegu oluliselt vähendada.
Suure tõenäosusega saavad lähitulevikus tahkefaasilised tuumajõumootorid üheks levinumaks rakettmootoriks. Tahkefaasilisi tuumajõumootoreid saab kasutada seadmetena kauglendudeks, näiteks sellistele planeetidele nagu Neptuun, Pluuto ja isegi Päikesesüsteemist kaugemale lendamiseks. Kuid lendudeks tähtede poole ei sobi lõhustumispõhimõtetel põhinev tuumajõul töötav mootor. Sel juhul on paljutõotavad tuumasünteesireaktsioonide põhimõttel töötavad tuumamootorid või täpsemalt termotuumareaktiivmootorid (TRE) ja fotoonilised reaktiivmootorid (PRE), mille impulsi allikaks on aine ja antiaine annihilatsioonireaktsioon. . Tõenäoliselt kasutab inimkond aga tähtedevahelises ruumis reisimiseks teistsugust transpordiviisi, mis erineb reaktiivlennukist.
Lõpetuseks annan parafraasi Einsteini kuulsast lausest – tähtede poole reisimiseks peab inimkond välja pakkuma midagi, mis oleks keerukuselt ja tajult võrreldav neandertallase jaoks tuumareaktoriga!
KIRJANDUS
Allikad:
1. "Raketid ja inimesed. 4. raamat Moon Race" - M: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin "Lahing tähtede eest. Kosmiline vastasseis" - M: teadmised, 1998.
4. L. Gilberg “Taeva vallutamine” - M: Znanie, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. "Mootor", "Kosmoseaparaatide tuumamootorid", nr 5 1999
7. "Mootor", "Kosmoselaevade gaasifaasilised tuumamootorid",
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., Tuleviku Chekalini transport.
M.: Teadmised, 1983.
11. , Chekalini kosmoseuuring. - M.:
Teadmised, 1988.
12. Gubanov B. "Energia - Buran" - samm tulevikku // Teadus ja elu.-
13. Gatland K. Kosmosetehnoloogia. - M.: Mir, 1986.
14., Sergeyuk ja kaubandus. - M.: APN, 1989.
15.NSVL kosmoses. 2005 – M.: APN, 1989.
16. Teel süvakosmosesse // Energia. - 1985. - nr 6.
RAKENDUS
Tahkefaasiliste tuumareaktiivmootorite peamised omadused
Tootja riik | Mootor | Tõukejõud vaakumis, kN | spetsiifiline impulss, sek | Projektitöö, aasta |
|
NERVA/Loxi segatsükkel |
Eelmise aasta lõpus katsetasid Venemaa strateegilised raketiväed täiesti uut relva, mille olemasolu peeti varem võimatuks. Tuumajõul töötav tiibrakett, mida sõjalised eksperdid nimetavad 9M730-ks, on täpselt see uus relv, millest president Putin oma pöördumises föderaalassambleele rääkis. Väidetavalt viidi raketikatsetus läbi Novaja Zemlja polügoonil, orienteeruvalt 2017. aasta sügise lõpus, kuid täpseid andmeid ei kustutata niipea. Arvatavasti on raketi arendajaks ka Novaator Experimental Design Bureau (Jekaterinburg). Pädevate allikate sõnul tabas rakett sihtmärki tavarežiimil ja katsetused loeti igati õnnestunuks. Lisaks väidetavad fotod (ülal) uue tuumaelektrijaamaga raketi stardist ja isegi kaudne kinnitus, mis on seotud eeldatava katsetamise ajal lendava Il-976 LII Gromovi katsepaiga vahetus läheduses. labor” ilmus meedias Rosatomi märkidega. Küsimusi tekkis aga veelgi. Kas raketi deklareeritud võime lennata piiramatul kaugusel on realistlik ja kuidas see saavutatakse?
Tuumajaamaga tiibraketti omadused
Vahetult pärast Vladimir Putini kõnet meedias ilmunud tuumarelvadega tiibraketti omadused võivad erineda tegelikest, mis selguvad hiljem. Praeguseks on avalikuks tulnud järgmised andmed raketi suuruse ja jõudlusnäitajate kohta:Pikkus
- avaleht- vähemalt 12 meetrit,
- marssima- vähemalt 9 meetrit,
Raketi korpuse läbimõõt- umbes 1 meeter,
Korpuse laius- umbes 1,5 meetrit,
Saba kõrgus- 3,6 - 3,8 meetrit
Venemaa tuumajõul töötava tiibraketti tööpõhimõte
Tuumajõul töötavate rakettide väljatöötamisega tegeles korraga mitu riiki ja arendus algas juba kaugetel 1960ndatel. Inseneride pakutud konstruktsioonid erinesid ainult üksikasjades, lihtsustatult võib tööpõhimõtet kirjeldada järgmiselt: tuumareaktor soojendab spetsiaalsetesse mahutitesse sisenevat segu (erinevad valikud, alates ammoniaagist kuni vesinikuni), millele järgneb eraldumine läbi düüside all. kõrgsurve. See tiibrakett, millest Venemaa president rääkis, ei sobi aga ühegi varem välja töötatud konstruktsiooni näitega.Fakt on see, et Putini sõnul on raketi lennuulatus peaaegu piiramatu. Seda ei saa mõistagi mõista nii, et rakett võib lennata aastaid, kuid seda võib pidada otseseks märgiks, et selle lennuulatus on kordades suurem kui tänapäevaste tiibrakettide lennuulatus. Teine punkt, mida ei saa ignoreerida, on samuti seotud deklareeritud piiramatu lennuulatusega ja vastavalt ka tiibraketti jõuallika tööga. Näiteks RD-0410 mootoris testitud heterogeense termilise neutronreaktori, mille töötasid välja Kurchatov, Keldysh ja Korolev, katseaeg oli vaid 1 tund ja sellisel juhul ei saa olla piiramatut lennuulatust. tuumajõul töötav tiibrakett.kõne.
Kõik see viitab sellele, et Venemaa teadlased on välja pakkunud täiesti uue, varem läbimõtlemata konstruktsioonikontseptsiooni, milles kuumutamiseks ja sellele järgnevaks düüsist väljutamiseks kasutatakse ainet, millel on palju ökonoomne ressurss pikkade vahemaade jooksul. Näiteks võib see olla täiesti uut tüüpi tuumahingamismootor (NARE), mille töömass on atmosfääriõhk, pumbatakse kompressorite abil töömahutitesse, kuumutatakse tuumaseadmega ja lastakse seejärel läbi düüside.
Märkimist väärib ka see, et Vladimir Putini väljakuulutatud tuumajõuseadmega tiibrakett suudab lennata ümber õhu- ja raketitõrjesüsteemide aktiivsete tsoonide ning hoida sihtmärgini teed madalal ja ülimadalal kõrgusel. See on võimalik ainult siis, kui varustada rakett maastikku jälgivate süsteemidega, mis on vastupidavad vaenlase elektrooniliste sõjapidamissüsteemide tekitatud häiretele.
Iga paari aasta tagant mõni
uus kolonelleitnant avastab Pluuto.
Pärast seda helistab ta laborisse,
välja selgitada tuumareaktiivlennuki edasine saatus.
See on tänapäeval moekas teema, aga mulle tundub, et tuumareaktiivmootor on palju huvitavam, kuna tal pole vaja töövedelikku kaasas kanda.
Ma eeldan, et presidendi sõnum oli temast, aga millegipärast hakkasid kõik täna HOODI postitusi tegema???
Las ma kogun siin kõik ühte kohta. Ma ütlen teile, huvitavad mõtted tekivad, kui loete teemasse sisse. Ja väga ebamugavad küsimused.
Ramjet engine (ramjet engine; ingliskeelne termin on ramjet, sõnast ram - ram) on reaktiivmootor, mis on oma konstruktsioonilt õhku hingavate reaktiivmootorite (ramjet engines) klassis lihtsaim. See kuulub otsereaktsiooniga reaktiivmootorite tüüpi, milles tõukejõu tekitab ainult düüsist voolav joa. Mootori tööks vajalik rõhu tõus saavutatakse vastutuleva õhuvoolu pidurdamisega. Reaktiivmootor ei tööta madalatel lennukiirustel, eriti nullkiirusel, selle töövõimsusele toomiseks on vaja üht või teist gaasipedaali.
1950. aastate teisel poolel, ajastul külm sõda USA-s ja NSV Liidus töötati välja tuumareaktoriga ramjetmootorite projektid.
Foto autor: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg
Nende reaktiivmootorite energiaallikaks (erinevalt teistest reaktiivmootoritest) ei ole kütuse põlemisel tekkiv keemiline reaktsioon, vaid tuumareaktori töövedeliku kuumutuskambris tekkiv soojus. Sisendseadmest väljuv õhk läbib sellises tõmbejoas reaktori südamikku, jahutades seda, soojendab end töötemperatuurini (umbes 3000 K) ja voolab seejärel düüsist välja kiirusega, mis on enamasti võrreldav heitgaaside kiirusega. täiustatud keemilised rakettmootorid. Võimalikud sihtkohad lennukid selle mootoriga:
- tuumalaenguga kontinentidevaheline ristlusrakett;
- üheastmelised kosmoselennukid.
Mõlemad riigid lõid kompaktsed vähese ressursiga tuumareaktorid, mis sobivad suure raketi mõõtmetega. USA-s tehti Pluuto ja Tory tuumareaktiivmootori uurimisprogrammide raames 1964. aastal Tory-IIC tuumareaktiivmootori stendi tulekatsetused (täisvõimsusrežiim 513 MW viis minutit tõukejõuga 156 kN). Lennukatseid ei tehtud ja programm suleti 1964. aasta juulis. Programmi sulgemise üheks põhjuseks oli keemiliste rakettmootoritega ballistiliste rakettide konstruktsiooni täiustamine, mis tagas täielikult lahingumissioonide lahendamise ilma suhteliselt kallite tuumareaktiivmootoritega skeeme kasutamata.
Teisest pole praegu vene allikates kombeks rääkida...
Pluuto projekt pidi kasutama madallennu taktikat. Selline taktika tagas salastatuse NSV Liidu õhutõrjesüsteemi radarite ees.
Reaktiivmootori kiiruse saavutamiseks tuli Pluuto tavaliste raketivõimendite paketi abil maapinnalt välja lasta. Tuumareaktori käivitamine algas alles pärast seda, kui Pluuto jõudis reisikõrgusesse ja oli asustatud piirkondadest piisavalt eemaldunud. Peaaegu piiramatu tegevusulatusega tuumamootor võimaldas raketil lennata ringe üle ookeani, oodates käsku lülituda ülehelikiirusele sihtmärgi suunas NSV Liidus.
SLAMi kontseptsiooni disain
Otsustati läbi viia täismahus reaktori staatiline katse, mis oli mõeldud reaktiivmootorile.
Kuna Pluuto reaktor muutus pärast starti äärmiselt radioaktiivseks, toimetati see katsepaika spetsiaalselt ehitatud täisautomaatse raudteeliini kaudu. Mööda seda joont liikus reaktor umbes kahe miili kaugusele, mis eraldas staatilise katsestendi ja massiivse "demonteerimishoone". Hoones demonteeriti “kuum” reaktor kontrolliks kaugjuhitavate seadmete abil. Livermore'i teadlased jälgisid testimisprotsessi telerisüsteemi abil, mis asus katsestendist kaugel plekkangaaris. Igaks juhuks varustati angaar kiirguskaitsevarjendiga kahenädalase toidu- ja veevaruga.
Ainuüksi lammutushoone seinte (mis olid kuus kuni kaheksa jalga paksud) ehitamiseks vajaliku betooni tarnimiseks ostis Ameerika Ühendriikide valitsus terve kaevanduse.
Miljoneid naela suruõhku hoiti 25 miili pikkustes naftatootmistorudes. Seda suruõhku pidi kasutama tingimuste simuleerimiseks, milles reaktiivmootor reisikiirusel lennu ajal satub.
Süsteemi kõrge õhurõhu tagamiseks laenas labor Connecticuti osariigis Grotonis asuvast allveelaevabaasist hiiglaslikud kompressorid.
Katse, mille käigus seade töötas viis minutit täisvõimsusel, nõudis tonni õhu surumist läbi teraspaakide, mis olid täidetud enam kui 14 miljoni 4 cm läbimõõduga teraskuuliga. Neid paake kuumutati kütteelementide abil 730 kraadini, milles põles õli.
Raudteeplatvormile paigaldatud Tori-2S on edukaks testimiseks valmis. mai 1964
14. mail 1961 hoidsid insenerid ja teadlased angaaris, kust katset juhiti, hinge kinni, kui maailma esimene helepunasele raudteeplatvormile paigaldatud tuumareaktiivmootor teatas valju mürinaga oma sünnist. Tori-2A käivitati vaid mõneks sekundiks, mille jooksul see oma nimivõimsust ei arendanud. Test loeti siiski õnnestunuks. Kõige tähtsam oli see, et reaktor ei süttinud, mida osad aatomienergiakomitee esindajad ülimalt kartsid. Peaaegu kohe pärast katseid alustas Merkle tööd teise Tory reaktori loomisega, millel pidi olema rohkem võimsust ja väiksema kaaluga.
Töö Tori-2B kallal pole joonestuslauast kaugemale edenenud. Selle asemel ehitasid Livermores kohe Tory-2C, mis kolm aastat pärast esimese reaktori katsetamist murdis kõrbevaikuse. Nädal hiljem taaskäivitati reaktor ja see töötas viis minutit täisvõimsusel (513 megavatti). Selgus, et heitgaaside radioaktiivsus oli oodatust oluliselt väiksem. Nendel katsetel osalesid ka õhuväe kindralid ja aatomienergiakomitee ametnikud.
Sel ajal hakkasid Pluuto projekti rahastanud Pentagoni kliendid valdama kahtlusi. Kuna rakett lasti välja USA territooriumilt ja lendas madalal kõrgusel üle Ameerika liitlaste territooriumi, et vältida Nõukogude õhutõrjesüsteemide avastamist, tekkis mõnel sõjalisel strateegil küsimus, kas rakett ei kujutaks liitlastele ohtu. Isegi enne, kui Pluuto rakett vaenlasele pomme viskab, uimastab, purustab ja isegi kiiritab see liitlasi. (Pluuto pea kohal pidi tekitama maapinnal umbes 150 detsibelli müra. Võrdluseks, ameeriklased Kuule saatnud raketi (Saturn V) müratase oli täistõukejõul 200 detsibelli.) Muidugi, rebenenud kuulmekile oleks teie probleemidest väikseim, kui puutuksite kokku alasti pea kohal lendava reaktoriga, mis praadiks teid nagu kana gamma- ja neutronkiirgusega.
Tori-2C
Kuigi raketi loojad väitsid, et ka Pluuto oli oma olemuselt tabamatu, väljendasid sõjalised analüütikud hämmeldust, kuidas miski nii lärmakas, kuum, suur ja radioaktiivne võib jääda avastamata nii kauaks, kui kulus oma missiooni lõpuleviimiseks. Samal ajal olid USA õhujõud juba alustanud ballistiliste rakettide Atlas ja Titan, mis suutsid sihtmärkideni jõuda mitu tundi enne lendavat reaktorit, ning NSVL raketitõrjesüsteemi, mille hirm sai peamiseks tõukejõuks. Pluuto loomine. , ei saanud vaatamata edukatele katsete pealtkuulamisele kunagi takistuseks ballistiliste rakettide jaoks. Projekti kriitikud leidsid oma dekodeerimise akronüümist SLAM – aeglane, madal ja segane – aeglaselt, madal ja määrdunud. Pärast Polarise raketi edukat katsetamist hakkas projektist loobuma ka merevägi, mis oli algselt avaldanud huvi rakettide kasutamise vastu allveelaevadelt või laevadelt startimiseks. Ja lõpuks oli iga raketi maksumus 50 miljonit dollarit. Järsku sai Pluutost rakendusteta tehnoloogia, relv, millel puuduvad elujõulised sihtmärgid.
Lõplik nael Pluuto kirstu oli aga vaid üks küsimus. See on nii petlikult lihtne, et livermorelasi võib vabandada, et nad sellele sihilikult tähelepanu ei pööra. „Kus teha reaktori lennukatsetusi? Kuidas veenda inimesi, et lennu ajal ei kaota rakett kontrolli ja lendab madalal kõrgusel üle Los Angelese või Las Vegase? küsis Livermore'i laboratooriumi füüsik Jim Hadley, kes töötas Pluuto projektiga päris lõpuni. Praegu tegeleb ta teistes riikides Z-üksuse jaoks tehtavate tuumakatsetuste tuvastamisega. Hadley enda kinnitusel ei olnud garantiid, et rakett ei välju kontrolli alt ja ei muutu lendavaks Tšernobõliks.
Sellele probleemile on pakutud mitmeid lahendusi. Üks neist oleks Pluuto start Wake'i saare lähedal, kus rakett lendaks kaheksa numbriga üle Ameerika Ühendriikide ookeaniosa. "Kuumad" raketid pidi uputama 7 kilomeetri sügavusele ookeani. Ent isegi siis, kui aatomienergiakomisjon veenis inimesi mõtlema kiirgusest kui piiramatust energiaallikast, piisas töö peatamiseks ettepanekust heita ookeani palju kiirgusega saastunud rakette.
1. juulil 1964, seitse aastat ja kuus kuud pärast tööde algust, suleti Pluuto projekt aatomienergiakomisjoni ja õhujõudude poolt.
Iga paari aasta tagant avastab uus õhuväe kolonelleitnant Pluuto, ütles Hadley. Pärast seda helistab ta laborisse, et selgitada välja tuumareaktiivlennuki edasine saatus. Kolonelleitnantide entusiasm kaob kohe pärast seda, kui Hadley räägib probleemidest kiirguse ja lennukatsetustega. Keegi ei helistanud Hadleyle rohkem kui korra.
Kui keegi soovib Pluutot uuesti ellu äratada, võib ta leida Livermore'ist värbajaid. Siiski ei tule neid palju. Idee sellest, millest võib saada üks pagana hull relv, on parem jätta minevikku.
SLAM-raketi tehnilised omadused:
Läbimõõt - 1500 mm.
Pikkus - 20000 mm.
Kaal - 20 tonni.
Vahemik on piiramatu (teoreetiliselt).
Kiirus merepinnal on 3 Machi.
Relvastus - 16 termotuumapommi (igaüks 1 megatonni tootlikkusega).
Mootor on tuumareaktor (võimsus 600 megavatti).
Juhtimissüsteem - inertsiaalne + TERCOM.
Maksimaalne nahatemperatuur on 540 kraadi Celsiuse järgi.
Lennuki kere materjal on kõrge temperatuuriga Rene 41 roostevaba teras.
Katte paksus - 4 - 10 mm.
Sellegipoolest on tuumareaktiivmootor paljutõotav üheastmeliste kosmoselennukite ja kiirete mandritevaheliste rasketranspordilennukite tõukejõusüsteemina. Seda soodustab võimalus luua rakettmootori režiimis allahelikiirusel ja nulllennukiirusel töötav tuumareaktiivlennuk, kasutades parda raketikütuse varusid. See tähendab näiteks, et tuumareaktiivlennukiga kosmoselennuk alustab (sealhulgas õhkutõusmist), varustades pardal olevatest (või välimistest) paakidest töövedelikku mootoritesse ja, olles juba saavutanud kiiruse M = 1, lülitub ümber atmosfääriõhu kasutamisele. .
Nagu ütles Venemaa president V. V. Putin, "toimus 2018. aasta alguses edukas tiibraketi väljalaskmine tuumajaamaga". Veelgi enam, tema sõnul on sellise tiibraketti laskeulatus "piiramatu".
Huvitav, millises regioonis katsetused läbi viidi ja miks vastavad tuumakatsetuste seireteenistused need maha lõid. Või on ruteenium-106 sügisene eraldumine atmosfääri kuidagi nende katsetega seotud? Need. Tšeljabinski elanikke mitte ainult ei puistatud ruteeniumiga, vaid ka praeti?
Kas saate teada, kuhu see rakett kukkus? Lihtsamalt öeldes, kus tuumareaktor katki läks? Millisel treeningväljakul? Novaja Zemljal?
**************************************** ********************
Nüüd loeme natuke tuumarakettmootorite kohta, kuigi see on täiesti erinev lugu
Tuumarakettmootor (NRE) on teatud tüüpi rakettmootor, mis kasutab tuumade lõhustumise või sulandumise energiat reaktiivjõu tekitamiseks. Need võivad olla vedelad (kuumutavad tuumareaktori küttekambris vedelat töövedelikku ja vabastavad gaasi läbi düüsi) ja impulssplahvatusohtlikud ( tuumaplahvatused madala võimsusega võrdseks ajaks).
Traditsiooniline tuumajõumootor tervikuna on konstruktsioon, mis koosneb küttekambrist, mille soojusallikaks on tuumareaktor, töövedeliku toitesüsteemist ja düüsist. Töövedelik (tavaliselt vesinik) juhitakse paagist reaktori südamikusse, kus läbides tuuma lagunemisreaktsiooniga kuumutatud kanaleid, kuumutatakse see kõrge temperatuurini ja visatakse seejärel läbi düüsi välja, tekitades joa tõukejõu. Tuumajõumootoreid on erineva konstruktsiooniga: tahkefaasiline, vedelfaas ja gaasifaas – mis vastavad tuumakütuse agregatsiooni olekule reaktori südamikus – tahke, sulatatud või kõrge temperatuuriga gaas (või isegi plasma).
Ida. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546
RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, tuntud ka kui "Irgit" ja "IR-100") - esimene ja ainus Nõukogude tuumarakettmootor 1947-78. See töötati välja Voroneži Khimavtomatika disainibüroos.
RD-0410 kasutas heterogeenset termilist neutronreaktorit. Disain hõlmas 37 kütusesõlme, mis olid kaetud soojusisolatsiooniga, mis eraldas need moderaatorist. ProjektEeldati, et vesiniku vool läbis esmalt reflektori ja moderaatori, hoides nende temperatuuri toatemperatuuril, ning seejärel sisenes südamikusse, kus see soojendati temperatuurini 3100 K. Stendi juures jahutati reflektorit ja moderaatorit eraldi vesinikuga. voolu. Reaktor läbis märkimisväärse hulga katsetusi, kuid seda ei testitud kunagi kogu selle tööaja jooksul. Reaktorist väljas olevad komponendid olid täielikult ammendatud.
********************************
Ja see on Ameerika tuumarakettmootor. Tema diagramm oli pealkirjapildil
Autor: NASA – suurepärased pildid NASA kirjelduses, avalik domeen, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378
NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) on USA Aatomienergia Komisjoni ja NASA ühisprogramm tuumarakettmootori (NRE) loomiseks, mis kestis 1972. aastani.
NERVA demonstreeris, et tuumajõusüsteem on elujõuline ja sobib kosmoseuuringuteks ning 1968. aasta lõpus kinnitas SNPO, et NERVA uusim modifikatsioon NRX/XE vastas Marsi mehitatud missiooni nõuetele. Kuigi NERVA mootorid ehitati ja katsetati võimalikult suures ulatuses ning neid peeti paigaldamiseks valmis kosmoselaev, Nixoni administratsioon tühistas suurema osa Ameerika kosmoseprogrammist.
AEC, SNPO ja NASA on hinnanud NERVA-t väga edukaks programmiks, mis on täitnud või ületanud oma eesmärgid. Programmi põhieesmärk oli „luua tehniline baas tuumarakettide tõukejõusüsteemide jaoks, mida kasutatakse kosmosemissioonide tõukejõusüsteemide kavandamisel ja arendamisel. Peaaegu kõik tuumajõumootoreid kasutavad kosmoseprojektid põhinevad NERVA NRX või Pewee disainidel.
NERVA hukkumise eest vastutasid Marsi missioonid. Kongressi liikmed mõlemast erakonnast on otsustanud, et mehitatud missioon Marsile oleks USA-le vaikiv kohustus toetada kulukat kosmosevõistlust aastakümneteks. Igal aastal hilines RIFT programm ja NERVA eesmärgid muutusid keerukamaks. Lõppude lõpuks, kuigi NERVA mootoril oli palju edukaid katseid ja Kongressi tugev toetus, ei lahkunud see kunagi Maalt.
2017. aasta novembris avaldas Hiina lennunduse teaduse ja tehnoloogia korporatsioon (CASC) Hiina kosmoseprogrammi arendamise tegevuskava aastateks 2017–2045. Eelkõige näeb see ette tuumarakettmootori jõul töötava korduvkasutatava laeva loomist.