Kuidas töötab kosmose tuumamootor? Tuumamootorid kosmoselaevadele
Aleksander Losev
Raketi- ja kosmosetehnoloogia kiire areng 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 nende sõjaliste projektide jätkuks, 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, eelkõige USA-l, enam vaja rakendada prestiižseid, kuid ülimalt kulukaid kosmoseprojekte, et tõestada kogu maailmale lääneriikide paremust. majandussüsteem ja ideoloogilised kontseptsioonid.
90ndatel kaotasid eelmiste aastate peamised poliitilised ülesanded aktuaalsuse, blokkide vastasseis asendus globaliseerumisega, maailmas valitses pragmatism, mistõttu enamik kosmoseprogramme kärbiti või lükati edasi, pärandina jäi pärandina 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 tänapäeval on teadus ja tehnika jõudnud teatud piiridesse, pealegi on teaduse populaarsus kogu maailmas langenud ning matemaatika, füüsika jm õpetamise kvaliteet. on halvenenud. loodusteadused. 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.
On olemas tööstuspoliitika ning 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 panna aluse põhimõtteliselt teistsuguse loomiseks. , arenenum tulevikutehnoloogia.
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 selle kasutamine tuumaenergia. Et mõista, kuidas tuumatehnoloogia ja kosmos on omavahel seotud, on vaja arvestada reaktiivjõu põhiprintsiipe.
Niisiis on kaasaegsete kosmosemootorite peamised tüübid loodud keemilise energia põhimõtetel. Need on tahkekütuse kiirendid ja vedelad rakettmootorid, mille põlemiskambrites lähevad kütusekomponendid (kütus ja oksüdeerija) eksotermilisse füüsikasse. keemiline reaktsioon Põlemisel moodustub juga, mis paiskab igas sekundis mootori düüsist 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, ja seda madalam molekulmass gaasi, 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 lämmastiktetroksiidi segu kujul. lämmastikhape(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 miski, mida 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 mootorikambris olevat gaasi või töövedelikku kuumutada madalal temperatuuril aatommass temperatuuridele, mis on mitu korda kõrgemad 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 juures parimad omadused mootori võimsus.
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 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-s kasutati töövedelikuna vesinikku, mis vedelal kujul läbis "jahutussärgi", eemaldades düüsi seintelt liigse soojuse ja takistades selle sulamist ning sisenes seejärel reaktori südamikusse, kus seda soojendati. 3000K-ni 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 see, mida inimkond vajab planeetide uurimiseks. Päikesesüsteem ja nende kaaslased.
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. Reaktiivmootoris kuumutatud ainevoo loomiseks võite kasutada elektrienergia. 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 selliste kosmosemootorite parim energiaallikas 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 . Paigalduse spetsiaalne disain muudab selle ohutuks inimestele ja keskkond maapinnal.
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 elektromagnetkiirgust kasutavatele kosmosemoodulitele. 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 riskib Venemaa, kes ei ole viimase 25 aasta jooksul pööranud piisavalt tähelepanu fundamentaalteadustele ning kõrg- ja keskhariduse kvaliteedile, selle võimaluse igaveseks kaotada, kui programmi kärbitakse ja uus põlvkond teadlasi ei asenda praeguseid teadlasi ja insenerid. 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.
Seda artiklit võiks alustada traditsioonilise lõiguga selle kohta, kuidas ulmekirjanikud esitavad julgeid ideid ja teadlased viivad need ellu. Saate, aga te ei taha templitega kirjutada. Parem on meeles pidada, et kaasaegsetel tahkekütusel ja vedelatel rakettmootoritel on suhteliselt pikkade vahemaade lendude jaoks enam kui ebarahuldavad omadused. Need võimaldavad lasta lasti Maa orbiidile ja toimetada midagi Kuule, kuigi selline lend on kallim. Kuid selliste mootoritega Marsile lendamine pole enam lihtne. Andke neile vajalikes kogustes kütust ja oksüdeerijat. Ja need mahud on otseselt võrdelised läbitava vahemaaga.
Traditsiooniliste keemiliste rakettmootorite alternatiiviks on elektri-, plasma- ja tuumamootorid. Kõigist alternatiivsetest mootoritest on mootorite arendamise faasi jõudnud vaid üks süsteem – tuumareaktsioon (Nuclear Reaction Engine). Nõukogude Liidus ja USA-s alustati tuumarakettmootorite loomisega juba eelmise sajandi 50ndatel. Ameeriklased töötasid sellise elektrijaama jaoks mõlema variandi kallal: reaktiivse ja impulss-elektrijaama jaoks. Esimene kontseptsioon hõlmab töövedeliku kuumutamist tuumareaktori abil ja seejärel selle vabastamist düüside kaudu. Impulss-tuumajõumootor paneb omakorda kosmoselaeva edasi liikuma väikeste tuumakütusekoguste järjestikuste plahvatuste kaudu.
Ka USA-s leiutati Orioni projekt, mis ühendas tuumajõul töötava mootori mõlemad versioonid. Seda tehti järgmiselt: laeva sabast paiskusid välja väikesed tuumalaengud mahuga umbes 100 tonni trotüüli. Nende järele lasti metallkettaid. Laevast kaugemal lõhkas laeng, ketas aurustus ja aine hajus eri suundades. Osa sellest kukkus laeva tugevdatud sabaosasse ja nihutas seda edasi. Väikese tõukejõu suurenemise oleks pidanud tagama lööke vastuvõtva plaadi aurustumine. Sellise lennu ühikuhind oleks pidanud olema vaid 150 dollarit kandevõime kilogrammi kohta.
Asi jõudis isegi katsetamiseni: kogemus näitas, et liikumine järjestikuste impulsside abil on võimalik, nagu ka piisava tugevusega ahtriplaadi loomine. Kuid Orioni projekt suleti 1965. aastal kui vähetõotav. See on aga seni ainus olemasolev kontseptsioon, mis võimaldab ekspeditsioone vähemalt üle päikesesüsteemi.
Prototüübi ehitamiseni oli võimalik jõuda vaid tuumajõul töötava rakettmootoriga. Need olid Nõukogude RD-0410 ja Ameerika NERVA. Nad töötasid samal põhimõttel: "tavalises" tuumareaktoris kuumutatakse töövedelikku, mis düüsidest väljutades tekitab tõukejõu. Mõlema mootori töövedelikuks oli vedel vesinik, Nõukogude oma kasutas aga abiainena heptaani.
RD-0410 tõukejõud oli 3,5 tonni, NERVA andis peaaegu 34, kuid sellel olid ka suured mõõtmed: pikkus 43,7 meetrit ja läbimõõt 10,5 meetrit versus Nõukogude mootoril vastavalt 3,5 ja 1,6 meetrit. Samal ajal jäi Ameerika mootor ressursi poolest Nõukogude omale kolm korda alla - RD-0410 suutis töötada tund aega.
Mõlemad mootorid jäid aga lubadusest hoolimata ka Maale ega lennanud kuhugi. peamine põhjus mõlema projekti sulgemine (NERVA 70ndate keskel, RD-0410 1985) - raha. Keemiamootorite omadused on kehvemad kui tuumamootoritel, kuid tuumajõumootoriga laeva ühe vettelaskmise hind samal ajal kasulik koormus võib-olla 8-12 korda rohkem kui sellesama vedelkütuse rakettmootoriga Sojuzi start. Ja see ei võta isegi arvesse kõiki kulusid, mis on vajalikud tuumamootorite praktiliseks kasutamiseks sobivaks muutmiseks.
"Odavate" süstikute dekomisjoneerimine ja hiljutine revolutsiooniliste läbimurrete puudumine kosmosetehnoloogias nõuavad uusi lahendusi. Tänavu aprillis teatas Roscosmose toonane juht A. Perminov kavatsusest välja töötada ja kasutusele võtta täiesti uus tuumajõusüsteem. Just see peaks Roscosmose arvates radikaalselt parandama "olukorda" kogu maailma kosmonautikas. Nüüd on selgunud, kellest peaksid saama järgmised astronautika revolutsionäärid: tuumajõumootorite väljatöötamisega tegeleb Keldyshi keskuse föderaalne ühtne ettevõte. tegevdirektor Ettevõte A. Korotejev on juba rõõmustanud avalikkust, et uue tuumajõumootori kosmoseaparaadi eelprojekt valmib a. järgmine aasta. Mootori konstruktsioon peaks olema valmis 2019. aastaks, testimine on kavandatud 2025. aastaks.
Kompleksi nimetati TEM - transpordi- ja energiamooduliks. Sellel on gaasjahutusega tuumareaktor. Otsejõusüsteemi üle pole veel otsustatud: kas see on reaktiivmootor nagu RD-0410 või elektriline rakettmootor (ERE). Viimast tüüpi pole aga kusagil maailmas veel laialdaselt kasutatud: nendega oli varustatud vaid kolm. kosmoselaev. Kuid elektrimootori kasuks räägib asjaolu, et reaktor suudab toita mitte ainult mootorit, vaid ka paljusid teisi agregaate või isegi kasutada kogu TEM-i kosmosejõujaamana.
Vedelkütuse rakettmootorid on andnud inimesele võimaluse minna kosmosesse – Maa-lähedastele orbiitidele. Sellised raketid põletavad aga 99% kütusest esimestel lennuminutitel. Ülejäänud kütusest ei pruugi teistele planeetidele reisimiseks piisata ning kiirus on nii väike, et teekond kestab kümneid või sadu aastaid. Tuumamootorid võivad probleemi lahendada. Kuidas? Me mõtleme selle koos välja.
Reaktiivmootori tööpõhimõte on väga lihtne: see muudab kütuse reaktiivlennuki kineetiliseks energiaks (energia jäävuse seadus) ja selle reaktiivmootori suuna tõttu liigub rakett ruumis (jäävuse seadus). hoog). Oluline on mõista, et me ei saa kiirendada raketti või lennukit kiirusele, mis on suurem kui kütuse väljavoolu kiirus – tagasi paiskuv kuum gaas.
Kosmoselaev New Horizons
Mis eristab tõhusat mootorit ebaõnnestunud või vananenud analoogist? Esiteks, kui palju kütust vajab mootor raketi kiirendamiseks soovitud kiiruseni. Seda rakettmootori kõige olulisemat parameetrit nimetatakse spetsiifiline impulss, mida defineeritakse kui koguimpulsi ja kütusekulu suhet: mida kõrgem on see indikaator, seda tõhusam on rakettmootor. Kui rakett koosneb peaaegu täielikult kütusest (see tähendab, et kasuliku koorma jaoks pole ruumi, äärmuslik juhtum), võib eriimpulsi lugeda võrdseks raketi düüsist välja voolava kütuse (töövedeliku) kiirusega. Raketi väljalaskmine on ülimalt kulukas ettevõtmine, arvesse läheb iga gramm mitte ainult kandevõimest, vaid ka kütusest, mis samuti kaalub ja võtab ruumi. Seetõttu valivad insenerid üha enam aktiivset kütust, mille ühik annaks maksimaalse efektiivsuse, suurendades spetsiifilist impulssi.
Valdav osa rakettidest on ajaloos ja uusajal varustatud mootoritega, mis kasutavad kütuse keemilist põlemisreaktsiooni (oksüdatsiooni).
Need võimaldasid jõuda Kuule, Veenusele, Marsile ja isegi kaugetele planeetidele - Jupiterile, Saturnile ja Neptuunile. Tõsi, kosmoseekspeditsioonid kestsid kuid ja aastaid (automaatjaamad Pioneer, Voyager, New Horizons jne). Tuleb märkida, et kõik sellised raketid tarbivad Maalt õhkutõusmiseks märkimisväärse osa kütusest ja jätkavad seejärel inertsist lendamist harvadel mootori sisselülitamise hetkedel.
Pioneeri kosmoselaev
Sellised mootorid sobivad rakettide Maa-lähedasele orbiidile saatmiseks, kuid selle kiirendamiseks vähemalt veerandi valguse kiirusest kulub uskumatult palju kütust (arvutused näitavad, et kütust kulub vaatamata asjaolule 103 200 grammi et meie galaktika mass ei ületa 1056 grammi). On ilmne, et lähimate planeetide ja veelgi enam tähtedeni jõudmiseks vajame piisavalt suuri kiirusi, mida vedelkütuse raketid ei suuda pakkuda.
Gaasifaasiline tuumamootor
Sügavkosmos on hoopis teine asi. Võtame näiteks Marsi, kus ulmekirjanikud “asustavad” kaugelt ja laialt: see on hästi uuritud ja teaduslikult paljulubav ning mis kõige tähtsam – see on lähemal kui keegi teine. Asi on “kosmosebussis”, mis suudab meeskonna mõistliku aja jooksul ehk võimalikult kiiresti kohale toimetada. Kuid planeetidevahelise transpordiga on probleeme. Seda on raske vajaliku kiiruseni kiirendada, säilitades samal ajal vastuvõetavad mõõtmed ja kulutades mõistliku koguse kütust.
RS-25 (Rocket System 25) on vedelkütusel töötav rakettmootor, mida toodab Rocketdyne, USA. Seda kasutati kosmosetranspordisüsteemi Space Shuttle purilennukil, millest igaühele oli paigaldatud kolm sellist mootorit. Rohkem tuntud kui SSME mootor (inglise Space Shuttle Main Engine – kosmosesüstiku peamootor). Kütuse põhikomponendid on vedel hapnik (oksüdeerija) ja vesinik (kütus). RS-25 kasutab suletud tsükli skeemi (generaatori gaasi järelpõletusega).
Lahenduseks võib olla "rahulik aatom", mis surub kosmoselaevu. Insenerid hakkasid mõtlema kerge ja kompaktse seadme loomisele, mis suudaks vähemalt ennast orbiidile saata juba eelmise sajandi 50ndate lõpus. Peamine erinevus tuumamootorite ja sisepõlemismootoriga rakettide vahel seisneb selles, et kineetiline energia saadakse mitte kütuse põlemisel, vaid radioaktiivsete elementide lagunemisel tekkivast soojusenergiast. Võrdleme neid lähenemisviise.
Alates vedelad mootorid tekib heitgaaside kuum "kokteil" (impulssi jäävuse seadus), mis tekib kütuse ja oksüdeerija reaktsioonil (energia jäävuse seadus). Enamasti on tegemist hapniku ja vesiniku kombinatsiooniga (vesiniku põletamise tulemuseks on tavaline vesi). H2O on palju suurema molaarmassiga kui vesinikul või heeliumil, mistõttu on seda raskem kiirendada, sellise mootori eriimpulss on 4500 m/s.
NASA maapealsed katsed uus süsteem kosmoseraketi start, 2016 (Utah, USA). Need mootorid paigaldatakse kosmoselaevale Orion, mis on plaanitud Marsi missiooniks.
IN tuumamootorid Tehakse ettepanek kasutada ainult vesinikku ja seda kiirendada (soojendada), kasutades tuumalagunemise energiat. Selle tulemuseks on kokkuhoid oksüdeerija (hapniku) pealt, mis on juba suurepärane, kuid mitte kõike. Kuna vesinikul on suhteliselt madal erikaal, on meil lihtsam seda suuremaks kiirendada suured kiirused. Muidugi võib kasutada ka muid kuumustundlikke gaase (heelium, argoon, ammoniaak ja metaan), kuid need kõik on vesinikust vähemalt kaks korda madalamad kõige tähtsama – saavutatava eriimpulsi (üle 8 km/s) poolest. .
Nii et kas tasub seda kaotada? Kasum on nii suur, et insenere ei peata ei reaktori konstruktsiooni ja juhtimise keerukus ega selle suur kaal ega isegi kiirgusoht. Pealegi ei kavatse keegi Maa pinnalt startida - selliste laevade kokkupanek viiakse läbi orbiidil.
"Lendav" reaktor
Kuidas tuumamootor töötab? Kosmosemootori reaktor on palju väiksem ja kompaktsem kui selle maapealsed kolleegid, kuid kõik peamised komponendid ja juhtimismehhanismid on põhimõtteliselt samad. Reaktor toimib küttekehana, kuhu juhitakse vedelat vesinikku. Temperatuur südamikus ulatub (ja võib ületada) 3000 kraadi. Seejärel vabastatakse kuumutatud gaas läbi düüsi.
Sellised reaktorid eraldavad aga kahjulikku kiirgust. Meeskonna ja arvukate elektroonikaseadmete kaitsmiseks kiirguse eest on vaja põhjalikke meetmeid. Seetõttu meenutavad tuumamootoriga planeetidevaheliste kosmoselaevade projektid sageli vihmavarju: mootor asub varjestatud eraldi plokis, mis on põhimooduliga ühendatud pika sõrestiku või toruga.
"Põlemiskamber" Tuumamootor on reaktori südamik, milles kõrge rõhu all tarnitud vesinikku kuumutatakse 3000 kraadini või rohkem. Selle piiri määrab ainult reaktori materjalide kuumakindlus ja kütuse omadused, kuigi temperatuuri tõstmine suurendab eriimpulssi.
Kütuseelemendid- need on kuumakindlad ribilised (soojusülekandeala suurendamiseks) uraanigraanulitega täidetud silindrid-klaasid. Neid "pestakse" gaasivooluga, mis täidab nii töövedeliku kui ka reaktori jahutusvedeliku rolli. Kogu konstruktsioon on isoleeritud berülliumi peegeldavate ekraanidega, mis ei eralda ohtlikku kiirgust väljapoole. Soojuse vabanemise juhtimiseks asuvad ekraanide kõrval spetsiaalsed pöörlevad trumlid
Tuumarakettmootoritest on mitmeid paljutõotavaid konstruktsioone, mille rakendamine ootab tiibadel. Lõppude lõpuks kasutatakse neid peamiselt planeetidevahelisel reisil, mis ilmselt on kohe nurga taga.
Tuumajõuprojektid
Need projektid külmutati põhjusel erinevatel põhjustel- rahapuudus, disaini keerukus või isegi vajadus kokkupanekuks ja paigaldamiseks avakosmosesse.
"ORION" (USA, 1950–1960)
Mehitatud tuumaimpulssiga kosmoselaeva projekt ("plahvatustasand") planeetidevahelise ja tähtedevahelise ruumi uurimiseks.
Toimimispõhimõte. Laeva mootorist väljub lennule vastassuunas väike samaväärne tuumalaeng, mis detoneeritakse laevast suhteliselt väikesel kaugusel (kuni 100 m). Löögijõud peegeldub massiivselt peegeldavalt plaadilt laeva sabas, "lükkades" seda edasi.
"PROMETHEUS" (USA, 2002–2005)
NASA kosmoseagentuuri projekt kosmoselaevade tuumamootori väljatöötamiseks.
Toimimispõhimõte. Kosmoselaeva mootor pidi koosnema tõukejõu tekitavatest ioniseeritud osakestest ja kompaktsest tuumareaktorist, mis varustab käitist energiaga. Ioonmootor loob umbes 60-grammise tõukejõu, kuid võib töötada pidevalt. Lõppkokkuvõttes suudab laev järk-järgult saavutada tohutu kiiruse - 50 km/sek, kulutades minimaalselt energiat.
"PLUTO" (USA, 1957–1964)
Tuumareaktiivmootori väljatöötamise projekt.
Toimimispõhimõte.Õhk siseneb tuumareaktorisse läbi sõiduki esiosa, kus seda soojendatakse. Kuum õhk paisub, omandab suurema kiiruse ja eraldub läbi düüsi, tagades vajaliku tõmbe.
NERVA (USA, 1952–1972)
(ing. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) on USA Aatomienergia Komisjoni ja NASA ühisprogramm tuumarakettmootori loomiseks.
Toimimispõhimõte. Vedel hüdrogeel juhitakse spetsiaalsesse kambrisse, kus seda kuumutatakse tuumareaktori abil. Kuum gaas paisub ja lastakse düüsi, tekitades tõukejõu.
Tuumarakettmootor on rakettmootor, mille tööpõhimõte põhineb tuumareaktsioonil ehk radioaktiivsel lagunemisel, mille käigus vabaneb töövedelikku soojendav energia, milleks võivad olla reaktsioonisaadused või mõni muu aine, näiteks vesinik. Eespool kirjeldatud tööpõhimõtet kasutavaid rakettmootoreid on mitut tüüpi: tuuma-, radioisotoop-, termotuumamootor. Tuumarakettmootorite abil on võimalik saada spetsiifilisi impulsi väärtusi, mis on oluliselt suuremad kui need, mida on võimalik saavutada keemiliste rakettmootoritega. Spetsiifilise impulsi kõrge väärtus on seletatav töövedeliku suure väljavoolu kiirusega - umbes 8-50 km/s. Tuumamootori tõukejõud on võrreldav keemiamootorite omaga, mis võimaldab tulevikus asendada kõik keemiamootorid tuumamootoritega.
Peamine takistus täielikule väljavahetamisele on tuumarakettmootorite põhjustatud radioaktiivne saaste.
Need on jagatud kahte tüüpi - tahke ja gaasifaas. Esimest tüüpi mootorites asetatakse lõhustuv materjal arenenud pinnaga vardasõlmedesse. See võimaldab tõhusalt soojendada gaasilist töövedelikku, tavaliselt toimib töövedelikuna vesinik. Heitgaasi kiirust piirab töövedeliku maksimaalne temperatuur, mis omakorda sõltub otseselt konstruktsioonielementide maksimaalsest lubatud temperatuurist ja see ei ületa 3000 K. Gaasifaasilistes tuumarakettmootorites lõhustuv aine on gaasilises olekus. Selle hoidmine tööpiirkonnas toimub mõju kaudu elektromagnetväli. Seda tüüpi tuumarakettmootorite puhul ei ole konstruktsioonielemendid piiravaks teguriks, mistõttu võib töövedeliku väljalaskekiirus ületada 30 km/s. Neid saab kasutada esimese etapi mootoritena, hoolimata lõhustuva materjali lekkimisest.
70ndatel XX sajand USA-s ja Nõukogude Liidus katsetati aktiivselt tahkes faasis lõhustuva ainega tuumarakettmootoreid. Ameerika Ühendriikides töötati NERVA programmi raames välja programm eksperimentaalse tuumarakettmootori loomiseks.
Ameeriklased töötasid välja vedela vesinikuga jahutatud grafiitreaktori, mis kuumutati, aurustati ja paiskus välja raketiotsiku kaudu. Grafiidi valik tulenes selle temperatuuritaluvusest. Selle projekti järgi pidanuks saadud mootori eriimpulss olema kaks korda suurem kui keemiamootoritele omane vastav näitaja, tõukejõuga 1100 kN. Nerva reaktor pidi töötama kanderaketi Saturn V kolmanda etapi osana, kuid Kuuprogrammi sulgemise ja selle klassi rakettmootorite muude ülesannete puudumise tõttu ei testitud reaktorit kunagi praktikas.
Gaasifaasi tuumarakettmootor on praegu teoreetilises arendusjärgus. Gaasifaasi tuumamootor hõlmab plutooniumi kasutamist, mille aeglaselt liikuvat gaasivoogu ümbritseb kiirem jahutava vesiniku vool. Orbitaalil kosmosejaamad MIR ja ISS viisid läbi katseid, mis võisid anda tõuke gaasifaasimootorite edasiarendamiseks.
Täna võib öelda, et Venemaa on tuumajõusüsteemide alased teadusuuringud pisut "külmutanud". Venemaa teadlaste töö on rohkem keskendunud tuumaelektrijaamade põhikomponentide ja koostude arendamisele ja täiustamisele ning nende ühendamisele. Selle valdkonna edasiste uuringute prioriteetne suund on kahes režiimis töötava tuumajõujõusüsteemide loomine. Esimene on tuumarakettmootori režiim ja teine on paigaldusrežiim elektri tootmiseks kosmoselaeva pardale paigaldatud seadmete toiteks.
© Oksana Viktorova/Collage/Ridus
Vladimir Putini Föderaalassambleele peetud pöördumises tehtud avaldus tuumamootoriga käitatava tiibraketi olemasolust Venemaal tekitas ühiskonnas ja meedias elevusetormi. Samas, kuni viimase ajani oli nii laiemale avalikkusele kui ka spetsialistidele üsna vähe teada, mis selline mootor on ja millised on selle kasutusvõimalused.
Reedus püüdis välja mõelda, millisest tehnilisest seadmest president rääkida võib ja mis selle ainulaadseks teeb.
Arvestades, et Maneeži ettekanne polnud tehtud tehniliste spetsialistide publikule, vaid „laiemale” avalikkusele, oleks selle autorid võinud lubada teatud mõistete asendamist, ütles tuumafüüsika ja tehnoloogia instituudi asedirektor Georgiy Tihhomirov. National Research Nuclear University MEPhI, ei välista.
«Seda, mida president ütles ja näitas, nimetavad eksperdid kompaktelektrijaamadeks, millega katsetati algul lennunduses ja seejärel süvakosmoseuuringutes. Need olid katsed lahendada piiramatul kaugusel lennates piisava kütusevaru lahendamatut probleemi. Selles mõttes on esitlus igati õige: sellise mootori olemasolu tagab raketi või mõne muu seadme süsteemide toite määramata pikaks ajaks,” rääkis ta Reedusele.
Töö sellise mootoriga NSV Liidus algas täpselt 60 aastat tagasi akadeemikute M. Keldõši, I. Kurtšatovi ja S. Korolevi juhtimisel. Samadel aastatel tehti samalaadseid töid ka USA-s, kuid see lõpetati 1965. aastal. NSV Liidus jätkus tööd veel kümmekond aastat, enne kui seda samuti ebaoluliseks peeti. Võib-olla sellepärast Washington liiga palju ei reageerinud, öeldes, et Venemaa raketi esitlemine neid ei üllatanud.
Venemaal pole tuumamootori idee kunagi surnud - eriti alates 2009. aastast on sellise tehase praktiline arendamine käimas. Ajastuse järgi otsustades sobivad presidendi väljakuulutatud testid suurepäraselt sellesse Roscosmose ja Rosatomi ühisprojekti – kuna arendajad plaanisid 2018. aastal mootori välikatseid läbi viia. Võimalik, et tingitud poliitilistel põhjustel Nad pingutasid end veidi rohkem ja nihutasid tähtaegu "vasakule".
«Tehnoloogiliselt on see konstrueeritud nii, et tuumaelektriplokk soojendab gaasijahutusvedelikku. Ja see kuumutatud gaas kas pöörab turbiini või loob otse reaktiivtõukejõu. Teatav kavalus kuuldud raketi esitluses on see, et selle lennuulatus ei ole lõpmatu: seda piirab töövedeliku – vedelgaasi maht, mida saab füüsiliselt raketipaakidesse pumbata,” räägib spetsialist.
Samal ajal on kosmoseraketil ja tiibraketil põhimõtteliselt erinevad lennujuhtimisskeemid, kuna neil on erinevaid ülesandeid. Esimene lendab õhuvabas ruumis, ta ei vaja manööverdamist - piisab, kui anda talle algimpulss ja seejärel liigub ta mööda arvutatud ballistilist trajektoori.
Tiibrakett seevastu peab oma trajektoori pidevalt muutma, mille jaoks peab tal olema impulsside tekitamiseks piisav kütusevaru. Kas see kütus süüdatakse tuumajaamas või traditsioonilises, ei ole antud juhul oluline. Ainus, mis loeb, on selle kütuse tarnimine, rõhutab Tihhomirov.
„Tuumarajatise tähendus süvakosmosesse lennates on energiaallika olemasolu pardal, mis toidab seadme süsteeme piiramatu aja jooksul. Sel juhul võib olla mitte ainult tuumareaktor, vaid ka radioisotoopide termoelektrilised generaatorid. Kuid sellise paigalduse tähendus raketile, mille lend ei kesta üle mõnekümne minuti, pole mulle veel päris selge,” tõdeb füüsik.
Maneeži aruanne hilines vaid paar nädalat, võrreldes NASA 15. veebruari teatega, et ameeriklased jätkavad uurimistööd tuumarakettmootori kallal, mille nad pool sajandit tagasi maha jätsid.
Muide, 2017. aasta novembris teatas China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), et Hiinas luuakse 2045. aastaks tuumajõul töötav kosmoselaev. Seetõttu võime täna julgelt öelda, et ülemaailmne tuumajõu võidujooks on alanud.