Rakete na nuklearno termonuklearno gorivo. Krstareće rakete na nuklearni pogon

Često se u općim obrazovnim publikacijama o astronautici ne razlikuje razlika između nuklearnog raketnog motora (NRE) i nuklearnog raketnog električnog pogonskog sistema (NRE). Međutim, ove skraćenice ne kriju samo razliku u principima pretvaranja nuklearne energije u raketni potisak, već i vrlo dramatičnu povijest razvoja astronautike.

Drama priče leži u činjenici da kada bi se nastavila istraživanja nuklearnih i nuklearnih elektrana, koja su obustavljena uglavnom iz ekonomskih razloga, kako u SSSR-u tako i u SAD-u, onda bi ljudski letovi na Mars odavno postali uobičajeni. .

Sve je počelo sa atmosferskim avionima sa ramjet nuklearnim motorom

Motori razvijeni u okviru projekta Pluton planirani su za ugradnju na krstareće rakete, koje su stvorene 1950-ih pod oznakom SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, supersonic low-altitude raketa).

U Sjedinjenim Državama planirali su da naprave raketu dugu 26,8 metara, prečnik tri metra i tešku 28 tona. Tijelo rakete je trebalo da sadrži nuklearnu bojevu glavu, kao i nuklearni pogonski sistem, dužine 1,6 metara i prečnika 1,5 metara. Na pozadini drugih dimenzija, instalacija je izgledala vrlo kompaktno, što objašnjava njen princip rada direktnog toka.

Programeri su vjerovali da će, zahvaljujući nuklearnom motoru, domet rakete SLAM biti najmanje 182 hiljade kilometara.

Godine 1964. Ministarstvo odbrane SAD je zatvorilo projekat. Zvanični razlog je bio taj što u letu krstareća raketa na nuklearni pogon previše zagađuje sve okolo. Ali u stvari, razlog su bili značajni troškovi održavanja takvih projektila, pogotovo jer se u to vrijeme raketna znanost ubrzano razvijala na bazi raketnih motora na tekuće gorivo, čije je održavanje bilo mnogo jeftinije.

SSSR je ostao vjeran ideji stvaranja NRE s direktnim tokom mnogo duže od Sjedinjenih Država, zatvorivši projekt tek 1985. godine. Ali rezultati su bili mnogo značajniji. Tako je prvi i jedini sovjetski nuklearni raketni motor razvijen u Projektnom birou Khimavtomatika u Voronježu. Ovo je RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, poznat i kao "Irbit" i "IR-100").

U RD-0410 korišćen je heterogeni termalni neutronski reaktor, cirkonijum hidrid je služio kao moderator, reflektori neutrona su napravljeni od berilija, nuklearno gorivo je bio materijal na bazi karbida uranijuma i volframa, obogaćen izotopom 235 oko 80%.

Dizajn je uključivao 37 gorivnih sklopova prekrivenih toplinskom izolacijom koja ih odvaja od moderatora. Projektom je predviđeno da tok vodonika prvo prolazi kroz reflektor i moderator, održavajući njihovu temperaturu na sobnoj temperaturi, a zatim ulazi u jezgro, gdje hladi gorivne sklopove, zagrijavajući se do 3100 K. Na štandu su reflektor i moderator bili hladi odvojenim vodonikom.

Reaktor je prošao kroz značajnu seriju testova, ali nikada nije testiran za cijelo vrijeme rada. Međutim, van reaktorske jedinice su u potpunosti razrađene.

Specifikacije RD 0410

Potisak u praznini: 3,59 tf (35,2 kN)
Toplinska snaga reaktora: 196 MW
Specifični impuls potiska u vakuumu: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Broj uključenja: 10
Resurs za rad: 1 sat
Komponente goriva: radni fluid - tečni vodonik, pomoćna supstanca - heptan
Težina sa zaštitom od zračenja: 2 tone
Dimenzije motora: visina 3,5 m, prečnik 1,6 m.

Relativno male ukupne dimenzije i težina, visoka temperatura nuklearnog goriva (3100 K) sa efikasnim sistemom hlađenja protokom vodonika ukazuje da je RD0410 gotovo idealan prototip nuklearnog raketnog motora za moderne krstareće rakete. A, uzimajući u obzir moderne tehnologije za dobivanje samozaustavljivog nuklearnog goriva, povećanje resursa sa jednog sata na nekoliko sati je vrlo stvaran zadatak.

Dizajn nuklearnih raketnih motora

Postoje tri vrste NRE prema vrsti goriva za reaktor:

• čvrsta faza;
• tečna faza;
• gasna faza.

U nuklearnim raketnim motorima u gasnoj fazi gorivo (na primjer, uran) i radni fluid su u plinovitom stanju (u obliku plazme) i drže se u radnom području pomoću elektromagnetnog polja. Zagrijana na desetine hiljada stepeni, uranijumska plazma prenosi toplinu na radni fluid (na primjer, vodonik), koji, zauzvrat, zagrijan na visoke temperature, formira mlaz.

Prema vrsti nuklearne reakcije razlikuju se radioizotopni raketni motor, termonuklearni raketni motor i sam nuklearni motor (koristi se energija nuklearne fisije).

Zanimljiva opcija je i pulsni NRE - predlaže se korištenje nuklearnog punjenja kao izvora energije (goriva). Takve instalacije mogu biti unutrašnje i vanjske.

Glavne prednosti YRD-a su:

• visok specifični impuls;
• značajna rezerva energije;
• kompaktnost pogonskog sistema;
• mogućnost dobijanja veoma velikog potiska - desetine, stotine i hiljade tona u vakuumu.

• tokovi prodornog zračenja (gama zračenje, neutroni) tokom nuklearnih reakcija;
• uklanjanje visoko radioaktivnih spojeva uranijuma i njegovih legura;
• oticanje radioaktivnih gasova sa radnim fluidom.

Nuklearna elektrana

Tako je, na primjer, izvanredni ruski naučnik Anatolij Sazonovič Korotejev, autor izuma pod patentom, pružio tehničko rješenje za sastav opreme za modernu nuklearnu elektranu. Dalje dajem dio navedenog patentnog dokumenta doslovno i bez komentara.

Suštinu predloženog tehničkog rješenja ilustruje dijagram prikazan na crtežu. Nuklearna elektrana koja radi u pogonsko-energetskom režimu sadrži električni pogonski sistem (EPP) (na primjer, dijagram prikazuje dva električna raketna motora 1 i 2 sa odgovarajućim sistemima napajanja 3 i 4), reaktorsko postrojenje 5, turbinu 6, kompresor 7, generator 8, izmjenjivač topline-rekuperator 9, Rank-Hilsch vrtložna cijev 10, hladnjak-radijator 11. U ovom slučaju, turbina 6, kompresor 7 i generator 8 su kombinovani u jedna jedinica - turbogenerator-kompresor. Nuklearna elektrana je opremljena cjevovodima 12 radnog fluida i električnim vodovima 13 koji povezuju generator 8 i električni pogonski sistem. Izmjenjivač-rekuperator topline 9 ima takozvane visokotemperaturne 14 i niskotemperaturne 15 ulaze radnog fluida, kao i visokotemperaturne 16 i niskotemperaturne 17 izlaze radnog fluida.

Izlaz reaktorskog postrojenja 5 spojen je na ulaz turbine 6, izlaz turbine 6 je povezan sa visokotemperaturnim ulazom 14 izmjenjivača topline-rekuperatora 9. Niskotemperaturni izlaz 15 izmjenjivača topline -rekuperator 9 je spojen na ulaz u Ranque-Hilsch vrtložnu cijev 10. Ranque-Hilsch vortex cijev 10 ima dva izlaza od kojih je jedan (preko "vruće" radne tekućine) spojen na hladnjak-emiter 11, a drugi (preko "hladnog" radnog fluida) je spojen na ulaz kompresora 7. Izlaz hladnjaka-emitera 11 je takođe povezan sa ulazom u kompresor 7. Izlaz kompresora 7 je povezan sa niskotemperaturnim ulaz 15 u izmjenjivač topline-rekuperator 9. Visokotemperaturni izlaz 16 izmjenjivača-rekuperatora topline 9 povezan je sa ulazom u reaktorsko postrojenje 5. Dakle, glavni elementi nuklearne elektrane su međusobno povezani jednim strujnim kolom. radnog fluida.

YaEDU radi na sljedeći način. Radni fluid zagrejan u reaktorskom postrojenju 5 šalje se u turbinu 6, koja obezbeđuje rad kompresora 7 i generatora 8 turbogeneratora-kompresora. Generator 8 proizvodi električnu energiju, koja se putem električnih vodova 13 šalje do električnih raketnih motora 1 i 2 i njihovih sistema napajanja 3 i 4, osiguravajući njihov rad. Nakon izlaska iz turbine 6, radni fluid se kroz visokotemperaturni ulaz 14 šalje u izmjenjivač topline-rekuperator 9, gdje se radni fluid djelimično hladi.

Zatim se iz niskotemperaturnog izlaza 17 izmjenjivača topline-rekuperatora 9 radni fluid šalje u Rank-Hilsch vrtložnu cijev 10, unutar koje se tok radnog fluida dijeli na "vruću" i "hladnu" komponentu. „Vrući“ deo radnog fluida zatim sledi u frižider-emiter 11, gde se ovaj deo radnog fluida efikasno hladi. "Hladni" dio radnog fluida prati ulaz u kompresor 7, a nakon hlađenja, tamo slijedi dio radnog fluida koji napušta hladnjak-radijator 11.

Kompresor 7 napaja hlađeni radni fluid u izmenjivač toplote-rekuperator 9 kroz niskotemperaturni ulaz 15. Ovaj hlađeni radni fluid u izmenjivaču-rekuperatoru toplote 9 obezbeđuje delimično hlađenje nadolazećeg toka radnog fluida koji ulazi u izmenjivač toplote- rekuperatora 9 iz turbine 6 kroz visokotemperaturni ulaz 14. Dalje, delimično zagrejani radni fluid (zbog razmene toplote sa protivtokom radnog fluida iz turbine 6) iz izmenjivača toplote-rekuperatora 9 kroz visoko- temperaturni izlaz 16 ponovo ulazi u reaktorsko postrojenje 5, ciklus se ponovo ponavlja.

Dakle, jedan radni fluid smješten u zatvorenoj petlji osigurava kontinuirani rad nuklearne elektrane, a korištenje Rank-Hilsch vrtložne cijevi u sklopu nuklearne elektrane u skladu s predloženim tehničkim rješenjem poboljšava karakteristike težine i veličine. nuklearne elektrane, povećava pouzdanost njenog rada, pojednostavljuje njenu shemu dizajna i omogućava povećanje efikasnosti nuklearne elektrane u cjelini.

Čuvajte se mnogih slova.

Planirano je da se model leta svemirske letjelice s nuklearnom elektranom (NPP) u Rusiji izradi do 2025. godine. Relevantni rad je uključen u nacrt Federalnog svemirskog programa za 2016–2025. (FKP-25), koji je Roskosmos poslao ministarstvima na odobrenje.

Nuklearni energetski sistemi se smatraju glavnim obećavajućim izvorima energije u svemiru pri planiranju velikih međuplanetarnih ekspedicija. U budućnosti će nuklearne elektrane, koje trenutno razvijaju poduzeća Rosatoma, u budućnosti moći davati megavatnu snagu u svemiru.

Svi radovi na izgradnji nuklearnih elektrana teku u skladu sa planiranim rokovima. S velikom dozom samopouzdanja možemo reći da će posao biti završen na vrijeme, predviđeno ciljnim programom, - kaže Andrej Ivanov, projekt menadžer odjela komunikacija državne korporacije Rosatom.

Nedavno su u okviru projekta prošle dvije važne faze: kreiran je jedinstven dizajn gorivnog elementa koji osigurava rad na visokim temperaturama, velikim temperaturnim gradijentima i visokim dozama zračenja. Uspješno su završena i tehnološka ispitivanja reaktorske posude budućeg svemirskog bloka. Kao dio ovih ispitivanja, tijelo je pod pritiskom i izvršena su 3D mjerenja u područjima osnovnog metala, obodnog zavara i konusnog prijelaza.

Princip rada. Istorija stvaranja.

Ne postoje fundamentalne poteškoće s nuklearnim reaktorom za korištenje u svemiru. U periodu od 1962. do 1993. godine u našoj zemlji stečeno je bogato iskustvo u proizvodnji sličnih instalacija. Sličan posao je obavljen u SAD. Od početka 1960-ih godina u svijetu je razvijeno nekoliko tipova električnih pogonskih motora: jonski, stacionarni plazma motor, motor sa anodnim slojem, pulsni plazma motor, magnetoplazma, magnetoplazmodinamički.

Radovi na stvaranju nuklearnih motora za svemirske letjelice aktivno su vođeni u SSSR-u i SAD-u u prošlom stoljeću: Amerikanci su zatvorili projekat 1994., SSSR - 1988. godine. Zatvaranje rada uvelike je olakšala katastrofa u Černobilu, koja je negativno uticala na javno mnijenje u pogledu korištenja nuklearne energije. Osim toga, ispitivanja nuklearnih instalacija u svemiru nisu se uvijek provodila redovno: 1978. godine sovjetski satelit Kosmos-954 ušao je u atmosferu i raspao se, raspršivši hiljade radioaktivnih fragmenata na površini od 100 hiljada kvadratnih metara. km u sjeverozapadnoj Kanadi. Sovjetski Savez je Kanadi isplatio novčanu kompenzaciju u iznosu od više od 10 miliona dolara.

U svibnju 1988. godine dvije organizacije - Federacija američkih naučnika i Komitet sovjetskih naučnika za mir protiv nuklearne prijetnje - dale su zajednički prijedlog za zabranu korištenja nuklearne energije u svemiru. Taj prijedlog nije dobio formalne posljedice, ali od tada nijedna država nije lansirala letjelicu s nuklearnim elektranama na brodu.

Velike prednosti projekta su praktično važne operativne karakteristike - dug radni vek (10 godina rada), značajan interval remonta i dugo vreme rada na jednom prekidaču.

U 2010. godini formulisani su tehnički prijedlozi projekta. Dizajn je počeo ove godine.

Nuklearna elektrana sadrži tri glavna uređaja: 1) reaktorsko postrojenje sa radnim fluidom i pomoćnim uređajima (izmjenjivač topline-rekuperator i turbogenerator-kompresor); 2) električni raketni pogon; 3) frižider-emiter.

Reaktor.

Sa fizičke tačke gledišta, ovo je kompaktni plinski hlađeni brzi neutronski reaktor.
Gorivo koje se koristi je spoj (dioksid ili karbonitrid) uranijuma, ali zbog toga što dizajn mora biti vrlo kompaktan, uranijum ima veće obogaćenje izotopom 235 nego u gorivim šipkama u konvencionalnim (civilnim) nuklearnim elektranama, možda preko 20%. A njihova školjka je monokristalna legura vatrostalnih metala na bazi molibdena.

Ovo gorivo će morati da radi na veoma visokim temperaturama. Stoga je bilo potrebno odabrati materijale koji bi mogli obuzdati negativne faktore povezane s temperaturom, a istovremeno omogućiti gorivu da obavlja svoju glavnu funkciju - zagrijavanje rashladne tekućine plina, koja će se koristiti za proizvodnju električne energije.

Frižider.

Hlađenje gasom tokom rada nuklearnog postrojenja je apsolutno neophodno. Kako izbaciti toplotu u svemir? Jedina mogućnost je radijacijsko hlađenje. Zagrijana površina u praznini se hladi emitiranjem elektromagnetnih valova u širokom rasponu, uključujući vidljivu svjetlost. Jedinstvenost projekta je u korištenju posebne rashladne tekućine - mješavine helij-ksenona. Instalacija obezbeđuje visoku efikasnost.

Motor.

Princip rada jonskog motora je sljedeći. Uz pomoć anoda i katodnog bloka koji se nalazi u magnetskom polju u komori za plinsko pražnjenje stvara se razrijeđena plazma. Jone radnog fluida (ksenona ili druge supstance) emisiona elektroda "izvlači" iz njega i ubrzava u razmaku između njega i elektrode za ubrzanje.

Za realizaciju plana obećano je 17 milijardi rubalja u periodu od 2010. do 2018. godine. Od tih sredstava, državnoj korporaciji Rosatom je za izgradnju samog reaktora izdvojeno 7,245 milijardi rubalja. Ostalo 3,955 milijardi - FSUE "Centar Keldysh" za stvaranje nuklearno - pogonske elektrane. Još 5,8 milijardi rubalja ići će za RSC Energia, gdje će u istom vremenskom roku morati da se formira radna slika cjelokupnog transportno-energetskog modula.

Planirano je da do kraja 2017. godine bude pripremljena nuklearna elektrana koja će završiti transportno-energetski modul (međuplanetarni letni modul). Do kraja 2018. godine nuklearna elektrana će biti spremna za probe dizajna leta. Projekat se finansira iz federalnog budžeta.

Nije tajna da su radovi na stvaranju nuklearnih raketnih motora započeli u SAD i SSSR-u još 60-ih godina prošlog stoljeća. Dokle su stigli? I na kakve ste izazove nailazili na tom putu?

Anatolij Korotejev: Zaista, rad na korištenju nuklearne energije u svemiru počeo je i aktivno se provodio u našoj zemlji i Sjedinjenim Državama 1960-ih i 70-ih godina.

U početku je zadatak bio da se naprave raketni motori koji bi koristili zagrevanje vodonika na temperaturu od oko 3000 stepeni umesto hemijske energije sagorevanja goriva i oksidatora. Ali pokazalo se da je takav direktan put još uvijek neefikasan. Kratko vrijeme dobivamo veliki potisak, ali istovremeno izbacujemo mlaz, koji u slučaju nenormalnog rada reaktora može biti radioaktivno kontaminiran.

Stečeno je određeno iskustvo, ali ni mi ni Amerikanci tada nismo uspjeli stvoriti pouzdane motore. Radili su, ali nedovoljno, jer je zagrijavanje vodonika na 3000 stepeni u nuklearnom reaktoru ozbiljan zadatak. Osim toga, bilo je ekoloških problema tokom zemaljskih testova takvih motora, budući da su radioaktivni mlaznici emitirani u atmosferu. Više nije tajna da je takav rad izveden na poligonu Semipalatinsk posebno pripremljenom za nuklearna testiranja, koji je ostao u Kazahstanu.

Odnosno, dva parametra su se pokazala kritičnim - previsoka temperatura i emisija zračenja?

Anatolij Korotejev: Generalno, da. Iz ovih i nekih drugih razloga, rad kod nas i u Sjedinjenim Američkim Državama je prekinut ili obustavljen - to se može ocijeniti na različite načine. I činilo nam se nerazumnim nastavljati ih na takav način, rekao bih, frontalno, kako bi se napravio nuklearni motor sa svim već navedenim nedostacima. Predložili smo potpuno drugačiji pristup. Razlikuje se od starog na isti način na koji se hibridni automobil razlikuje od konvencionalnog. U konvencionalnom automobilu motor okreće točkove, dok se kod hibridnih automobila električna energija proizvodi iz motora i ta električna energija okreće točkove. Odnosno, stvara se određena međuelektrana.

Stoga smo predložili shemu u kojoj svemirski reaktor ne zagrijava mlaz izbačen iz njega, već proizvodi električnu energiju. Vrući plin iz reaktora okreće turbinu, turbina okreće električni generator i kompresor, koji cirkuliše radni fluid u zatvorenom krugu. Generator, s druge strane, proizvodi električnu energiju za plazma motor sa specifičnim potiskom 20 puta većim od hemijskih kolega.

Pametna šema. U suštini, ovo je mini-nuklearna elektrana u svemiru. A koje su njegove prednosti u odnosu na ramjet nuklearni motor?

Anatolij Korotejev: Glavna stvar je da mlaz koji izlazi iz novog motora neće biti radioaktivan, jer kroz reaktor prolazi potpuno drugačiji radni fluid koji se nalazi u zatvorenom krugu.

Osim toga, ne trebamo zagrijavati vodonik do ekstremnih vrijednosti ​​​sa ovom shemom: inertni radni fluid cirkuliše u reaktoru, koji se zagrijava do 1500 stupnjeva. Ozbiljno pojednostavljujemo naš zadatak. I kao rezultat toga, specifični potisak ćemo povećati ne dvaput, već 20 puta u odnosu na hemijske motore.

Još jedna stvar je takođe važna: nema potrebe za složenim testovima u punom obimu, za koje je potrebna infrastruktura bivšeg poligona Semipalatinsk, posebno klupna baza koja je ostala u gradu Kurčatov.

U našem slučaju, sva potrebna ispitivanja mogu se izvršiti na teritoriji Rusije, a da se ne upuštamo u duge međunarodne pregovore o korišćenju nuklearne energije van naše države.

Izvode li se slični radovi u drugim zemljama?

Anatolij Korotejev: Imao sam sastanak sa zamenikom šefa NASA-e, razgovarali smo o pitanjima vezanim za povratak na rad na nuklearnoj energiji u svemiru i on je rekao da Amerikanci pokazuju veliko interesovanje za to.

Sasvim je moguće da i Kina može odgovoriti aktivnim djelovanjem sa svoje strane, pa je potrebno raditi brzo. I to ne samo zbog toga da nekog prestignemo za pola koraka.

Moramo raditi brzo, prije svega, da u međunarodnoj saradnji koja je u nastajanju, a ona se de facto formira, izgledamo dostojno.

Ne isključujem da bi u bliskoj budućnosti mogao biti pokrenut međunarodni program za nuklearnu svemirsku elektranu, sličan programu kontrolirane termonuklearne fuzije koji se sada provodi.

Sergejev Aleksej, 9 "A" razred MOU "Srednja škola br. 84"

Naučni konsultant: , zamenik direktora neprofitnog partnerstva za naučne i inovativne aktivnosti "Tomski atomski centar"

Rukovodilac: , nastavnik fizike, MOU "Srednja škola br. 84" ZATO Seversk

Uvod

Pogonski sistemi na svemirskom brodu dizajnirani su da stvaraju potisak ili zamah. Prema vrsti potiska koji koristi pogonski sistem, dijele se na hemijske (CRD) i nehemijske (NCRD). HRD se dijele na tečno (LRE), čvrsto gorivo (RDTT) i kombinovano (KRD). Zauzvrat, nehemijski pogonski sistemi se dele na nuklearne (NRE) i električne (EP). Veliki naučnik Konstantin Eduardovič Ciolkovski je pre jednog veka stvorio prvi model pogonskog sistema koji je radio na čvrsta i tečna goriva. Nakon toga, u drugoj polovini 20. veka, izvedene su hiljade letova uglavnom koristeći LRE i raketne motore na čvrsto gorivo.

Međutim, u ovom trenutku, za letove na druge planete, a da ne spominjemo zvijezde, upotreba raketnih motora na tekuće gorivo i raketnih motora na čvrsto gorivo postaje sve neisplativija, iako su razvijeni mnogi raketni motori. Najvjerovatnije su se mogućnosti LRE i raketnih motora na čvrsto gorivo potpuno iscrpile. Razlog je u tome što je specifični impuls svih hemijskih raketnih motora nizak i ne prelazi 5000 m/s, što zahteva dugotrajan rad pogonskog sistema i, shodno tome, velike rezerve goriva za razvijanje dovoljno velikih brzina, odnosno, kao što je uobičajeno u astronautici, velike vrijednosti broja Ciolkovskog, tj. omjera mase rakete s gorivom i mase prazne. Dakle, RN Energia, koja stavlja 100 tona korisnog tereta u nisku orbitu, ima lansirnu masu od oko 3.000 tona, što daje broju Ciolkovskog vrijednost u rasponu od 30.

Za let do Marsa, na primjer, broj Ciolkovskog bi trebao biti još veći, dostižući vrijednosti od 30 do 50. Lako je procijeniti da je nosivost od oko 1.000 tona, odnosno minimalna masa potrebna da se obezbijedi sve što je potrebno. za posadu koja kreće na Mars, uzimajući u obzir zalihe goriva za povratni let na Zemlju, početna masa letjelice mora biti najmanje 30.000 tona, što je očito iznad nivoa razvoja moderne astronautike zasnovane na korišćenju tečnosti raketni motori na pogonsko gorivo i raketni motori na čvrsto gorivo.

Dakle, da bi posade s ljudskom posadom došle čak i do najbližih planeta, potrebno je razviti lansirne rakete na motorima koji rade na principima drugačijim od hemijskog pogona. Najperspektivniji u tom pogledu su električni mlazni motori (EP), termohemijski raketni motori i nuklearni mlazni motori (NJ).

1.Osnovni koncepti

Raketni motor je mlazni motor koji za rad ne koristi okolinu (vazduh, vodu). Najrasprostranjeniji hemijski raketni motori. Razvijaju se i testiraju i druge vrste raketnih motora - električni, nuklearni i drugi. Na svemirskim stanicama i vozilima široko se koriste i najjednostavniji raketni motori koji rade na komprimiranim plinovima. Obično koriste azot kao radni fluid. /jedan/

Klasifikacija pogonskih sistema

2. Namjena raketnih motora

Prema svojoj namjeni, raketni motori se dijele na nekoliko glavnih tipova: ubrzavajući (pokretanje), kočioni, potporni, upravljački i drugi. Raketni motori se uglavnom koriste na raketama (otuda i naziv). Osim toga, raketni motori se ponekad koriste u avijaciji. Raketni motori su glavni motori u astronautici.

Vojne (borbene) rakete obično imaju motore na čvrsto gorivo. To je zbog činjenice da se takav motor puni gorivom u tvornici i ne zahtijeva održavanje za cijelo vrijeme skladištenja i servisiranja same rakete. Motori na čvrsto gorivo se često koriste kao pojačivači za svemirske rakete. Posebno se široko, u ovom svojstvu, koriste u SAD-u, Francuskoj, Japanu i Kini.

Raketni motori na tečno gorivo imaju veće karakteristike potiska od onih na čvrsto gorivo. Stoga se koriste za lansiranje svemirskih raketa u orbitu oko Zemlje i na međuplanetarnim letovima. Glavna tečna goriva za rakete su kerozin, heptan (dimetilhidrazin) i tečni vodonik. Za takva goriva potrebno je oksidacijsko sredstvo (kiseonik). Dušična kiselina i tečni kiseonik koriste se kao oksidaciono sredstvo u takvim motorima. Dušična kiselina je inferiorna od ukapljenog kiseonika u pogledu oksidacionih svojstava, ali ne zahteva održavanje posebnog temperaturnog režima tokom skladištenja, punjenja goriva i upotrebe raketa

Motori za svemirske letove razlikuju se od zemaljskih po tome što, uz najmanju moguću masu i zapreminu, moraju proizvesti što je moguće više snage. Osim toga, podliježu zahtjevima kao što su izuzetno visoka efikasnost i pouzdanost, značajno vrijeme rada. Prema vrsti energije koja se koristi, pogonski sistemi svemirskih letjelica dijele se na četiri tipa: termohemijski, nuklearni, električni, solarni. Svaki od ovih tipova ima svoje prednosti i nedostatke i može se koristiti u određenim uvjetima.

Trenutno se svemirske letjelice, orbitalne stanice i Zemljini sateliti bez posade lansiraju u svemir raketama opremljenim snažnim termohemijskim motorima. Postoje i minijaturni motori malog potiska. Ovo je smanjena kopija moćnih motora. Neki od njih mogu stati na dlan. Sila potiska takvih motora je vrlo mala, ali je dovoljna za kontrolu položaja broda u svemiru.

3. Termohemijski raketni motori.

Poznato je da u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem, peći parnog kotla - gde god da se odvija sagorevanje, atmosferski kiseonik uzima najaktivniji deo. U svemiru nema zraka, a za rad raketnih motora u svemiru potrebno je imati dvije komponente - gorivo i oksidant.

U tečnim termohemijskim raketnim motorima kao gorivo se koriste alkohol, kerozin, benzin, anilin, hidrazin, dimetilhidrazin, tečni vodonik. Kao oksidacijski agens koriste se tekući kisik, vodikov peroksid, dušična kiselina. Moguće je da će se tečni fluor u budućnosti koristiti kao oksidant, kada se izmisle metode skladištenja i upotrebe takve aktivne hemikalije.

Gorivo i oksidant za mlazne motore na tečno gorivo se čuvaju odvojeno, u posebnim rezervoarima i pumpaju u komoru za sagorevanje. Kada se kombinuju u komori za sagorevanje, razvija se temperatura do 3000 - 4500 ° C.

Produkti sagorevanja, šireći se, postižu brzinu od 2500 do 4500 m/s. Polazeći od kućišta motora, stvaraju mlazni potisak. Istovremeno, što je veća masa i brzina izlivanja plinova, to je veća sila potiska motora.

Uobičajeno je da se specifični potisak motora procjenjuje količinom potiska koju stvara jedinica mase goriva sagorijenog u jednoj sekundi. Ova vrijednost se naziva specifičnim impulsom raketnog motora i mjeri se u sekundama (kg potiska / kg sagorjelog goriva u sekundi). Najbolji raketni motori na čvrsto gorivo imaju specifičan impuls do 190 s, odnosno sagorijevanje 1 kg goriva u jednoj sekundi stvara potisak od 190 kg. Raketni motor vodonik-kiseonik ima specifičan impuls od 350 s. Teoretski, motor vodonik-fluor može razviti specifični impuls duži od 400 s.

Uobičajena shema raketnog motora na tekuće gorivo radi na sljedeći način. Komprimovani gas stvara potreban pritisak u rezervoarima sa kriogenim gorivom kako bi se sprečila pojava gasnih mehurića u cevovodima. Pumpe opskrbljuju gorivom raketne motore. Gorivo se ubrizgava u komoru za sagorevanje kroz veliki broj injektora. Takođe, oksidaciono sredstvo se ubrizgava u komoru za sagorevanje kroz mlaznice.

U svakom automobilu, tokom sagorevanja goriva, formiraju se veliki toplotni tokovi koji zagrevaju zidove motora. Ako ne ohladite zidove komore, ona će brzo izgorjeti, bez obzira od kojeg materijala je napravljena. Mlazni motor na tečno gorivo obično se hladi jednom od komponenti pogonskog goriva. Za to je komora napravljena sa dva zida. Komponenta hladnog goriva teče u procjepu između zidova.

Aluminijum" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">aluminij, itd. Posebno kao aditiv konvencionalnim gorivima, kao što je vodonik-kiseonik. Ovakvi "trostruki sastavi" mogu da obezbede najveću moguću brzinu za odliv hemijskih goriva - do 5 km/s. Ali to je skoro granica hemije. To praktički ne može učiniti više. Iako u predloženom opisu i dalje dominiraju tečni raketni motori, mora se reći da je prvi u U istoriji čovečanstva stvoren je termohemijski raketni motor na čvrsto gorivo - raketni motor na čvrsto gorivo. Gorivo - na primer specijalni barut - nalazi se direktno u komori za sagorevanje. Komora za sagorevanje sa mlaznicom napunjenom čvrstim gorivom - to je kompletan dizajn.Režim sagorevanja čvrstog goriva zavisi od namene raketnog motora na čvrsto gorivo (pokretanje, marširanje ili kombinovano).Za rakete na čvrsto gorivo koje se koriste u vojnim poslovima karakteriše prisustvo startnih i nosača motora. To je kratko vrijeme koje je potrebno da raketa napusti lanser i njeno početno ubrzanje. Marširajući raketni motor na čvrsto gorivo je dizajniran da održava konstantnu brzinu leta rakete u glavnom (krstarećem) dijelu putanje leta. Razlike između njih su uglavnom u dizajnu komore za sagorevanje i profilu površine sagorevanja punjenja goriva, koji određuju brzinu sagorevanja goriva, od čega zavisi vreme rada i potisak motora. Za razliku od takvih raketa, svemirska lansirna vozila za lansiranje Zemljinih satelita, orbitalnih stanica i svemirskih letjelica, kao i međuplanetarne stanice, rade samo u startnom režimu od lansiranja rakete do lansiranja objekta u orbitu oko Zemlje ili na međuplanetarnu putanja. Generalno, raketni motori na čvrsto gorivo nemaju mnogo prednosti u odnosu na motore na tečno gorivo: jednostavni su za proizvodnju, mogu se dugo skladištiti, uvijek su spremni za akciju i relativno su otporni na eksploziju. Ali u pogledu specifičnog potiska, motori na čvrsto gorivo su 10-30% inferiorniji od tekućih.

4. Električni raketni motori

Gotovo svi raketni motori o kojima smo gore govorili razvijaju ogroman potisak i dizajnirani su da dovedu svemirske letjelice u orbitu oko Zemlje i ubrzaju ih do svemirskih brzina za međuplanetarne letove. Sasvim je druga stvar - pogonski sistemi za letelice koje su već lansirane u orbitu ili na međuplanetarnu putanju. Ovdje su, u pravilu, potrebni motori male snage (nekoliko kilovata ili čak vati) koji mogu raditi stotine i hiljade sati i više puta se paliti i gasiti. Oni vam omogućavaju da održite let u orbiti ili duž date putanje, kompenzujući otpor letenju koji stvaraju gornji slojevi atmosfere i solarni vjetar. U električnim raketnim motorima radni fluid se ubrzava do određene brzine zagrijavanjem električnom energijom. Struja dolazi iz solarnih panela ili nuklearne elektrane. Metode zagrijavanja radnog fluida su različite, ali u stvarnosti se uglavnom koristi električni luk. Pokazao se kao vrlo pouzdan i podnosi veliki broj uključivanja. Vodonik se koristi kao radni fluid u elektrolučnim motorima. Uz pomoć električnog luka, vodik se zagrijava na vrlo visoku temperaturu i pretvara se u plazmu – električki neutralnu mješavinu pozitivnih jona i elektrona. Brzina istjecanja plazme iz potisnika dostiže 20 km/s. Kada naučnici riješe problem magnetske izolacije plazme od zidova komore motora, tada će biti moguće značajno povećati temperaturu plazme i dovesti brzinu oticanja na 100 km/s. Prvi električni raketni motor razvijen je u Sovjetskom Savezu u godinama. pod vodstvom (kasnije je postao tvorac motora za sovjetske svemirske rakete i akademik) u poznatoj plinskodinamičkoj laboratoriji (GDL). /10/

5.Druge vrste motora

Postoje i egzotičniji projekti nuklearnih raketnih motora, u kojima je fisioni materijal u tekućem, plinovitom ili čak plazma stanju, ali je implementacija takvih dizajna na sadašnjem nivou tehnologije i tehnologije nerealna. U teorijskoj ili laboratorijskoj fazi postoje sljedeći projekti raketnih motora

Pulsni nuklearni raketni motori koji koriste energiju eksplozija malih nuklearnih punjenja;

Termonuklearni raketni motori koji mogu koristiti izotop vodonika kao gorivo. Energetska efikasnost vodonika u takvoj reakciji je 6,8*1011 kJ/kg, odnosno približno dva reda veličine veća od produktivnosti reakcija nuklearne fisije;

Solarni motori na jedra - koji koriste pritisak sunčeve svjetlosti (solarni vjetar), čije je postojanje eksperimentalno dokazao ruski fizičar još 1899. godine. Proračunom, naučnici su ustanovili da uređaj težak 1 tonu, opremljen jedrom prečnika 500 m, može odletjeti od Zemlje do Marsa za oko 300 dana. Međutim, efikasnost solarnog jedra brzo opada sa udaljenosti od Sunca.

6. Nuklearni raketni motori

Jedan od glavnih nedostataka raketnih motora na tečno gorivo je povezan sa ograničenom brzinom istjecanja plinova. U nuklearnim raketnim motorima, čini se da je moguće koristiti kolosalnu energiju koja se oslobađa tokom razgradnje nuklearnog "goriva" za zagrijavanje radne tvari. Princip rada nuklearnih raketnih motora gotovo je isti kao i princip rada termohemijskih motora. Razlika leži u činjenici da se radni fluid zagrijava ne zbog vlastite kemijske energije, već zbog "strane" energije koja se oslobađa tijekom intranuklearne reakcije. Radni fluid prolazi kroz nuklearni reaktor, u kojem se odvija reakcija fisije atomskih jezgri (na primjer, uranijuma), a istovremeno se zagrijava. Nuklearni raketni motori eliminišu potrebu za oksidantom i stoga se može koristiti samo jedna tečnost. Kao radni fluid preporučljivo je koristiti tvari koje omogućuju motoru da razvije veliku vučnu silu. Ovaj uslov najpotpunije zadovoljava vodonik, zatim amonijak, hidrazin i voda. Procesi u kojima se oslobađa nuklearna energija dijele se na radioaktivne transformacije, reakcije fisije teških jezgara i reakcije fuzije lakih jezgara. Radioizotopske transformacije se ostvaruju u takozvanim izotopskim izvorima energije. Specifična masena energija (energija koju može osloboditi supstanca težine 1 kg) umjetnih radioaktivnih izotopa je mnogo veća od energije kemijskih goriva. Tako je za 210Ro jednaka 5*10 8 KJ/kg, dok za energetski najefikasnije hemijsko gorivo (berilij sa kiseonikom) ova vrednost ne prelazi 3*10 4 KJ/kg. Nažalost, još uvijek nije racionalno koristiti takve motore na svemirskim lansirnim vozilima. Razlog tome je visoka cijena izotopske tvari i poteškoća u radu. Uostalom, izotop neprestano oslobađa energiju, čak i kada se transportuje u posebnom kontejneru i kada je raketa parkirana na startu. Nuklearni reaktori koriste energetski efikasnije gorivo. Tako je specifična energija mase 235U (fisivnog izotopa uranijuma) 6,75 * 10 9 kJ/kg, što je otprilike red veličine veća od one izotopa 210Ro. Ovi motori se mogu "upaliti" i "gasiti", nuklearno gorivo (233U, 235U, 238U, 239Pu) je mnogo jeftinije od izotopa. U takvim motorima ne samo da se voda može koristiti kao radni fluid, već i efikasnije radne tvari - alkohol, amonijak, tečni vodonik. Specifični potisak motora sa tečnim vodonikom je 900 s. U najjednostavnijoj shemi nuklearnog raketnog motora s reaktorom koji radi na čvrstom nuklearnom gorivu, radni fluid je smješten u spremnik. Pumpa ga isporučuje u komoru motora. Raspršen uz pomoć mlaznica, radni fluid dolazi u kontakt s nuklearnim gorivom koje proizvodi toplinu, zagrijava se, širi i velikom brzinom se izbacuje van kroz mlaznicu. Nuklearno gorivo po energetskim rezervama nadmašuje bilo koju drugu vrstu goriva. Tada se postavlja prirodno pitanje - zašto instalacije na ovo gorivo i dalje imaju relativno mali specifični potisak i veliku masu? Činjenica je da je specifični potisak čvrstofaznog nuklearnog raketnog motora ograničen temperaturom fisionog materijala, a elektrana tokom rada emituje jako jonizujuće zračenje koje štetno djeluje na žive organizme. Biološka zaštita od takvog zračenja je od velike važnosti i nije primjenjiva na svemirskim letjelicama. Praktični razvoj nuklearnih raketnih motora koji koriste čvrsto nuklearno gorivo započeo je sredinom 1950-ih u Sovjetskom Savezu i Sjedinjenim Državama, gotovo istovremeno s izgradnjom prvih nuklearnih elektrana. Rad je obavljen u atmosferi visoke tajnosti, ali je poznato da takvi raketni motori još nisu dobili stvarnu upotrebu u astronautici. Do sada je sve bilo ograničeno na korištenje izotopskih izvora električne energije relativno male snage na bespilotnim umjetnim satelitima Zemlje, međuplanetarnim svemirskim letjelicama i svjetski poznatom sovjetskom "lunarnom roveru".

7. Nuklearni mlazni motori, princip rada, metode za dobijanje impulsa u nuklearnom raketnom motoru.

NRE su dobile ime po tome što stvaraju potisak upotrebom nuklearne energije, odnosno energije koja se oslobađa kao rezultat nuklearnih reakcija. Uopšteno govoreći, ove reakcije znače bilo kakve promjene energetskog stanja atomskih jezgri, kao i transformaciju nekih jezgara u druge, povezane s preuređivanjem strukture jezgara ili promjenom broja elementarnih čestica sadržanih u njima. - nukleoni. Štaviše, nuklearne reakcije, kao što je poznato, mogu se dogoditi ili spontano (tj. spontano) ili umjetno izazvane, na primjer, kada neke jezgre bombardiraju druge (ili elementarne čestice). Nuklearne reakcije fisije i fuzije u smislu energije premašuju hemijske reakcije za milione, odnosno desetine miliona puta. To se objašnjava činjenicom da je energija kemijske veze atoma u molekulima mnogo puta manja od energije nuklearne veze nukleona u jezgri. Nuklearna energija u raketnim motorima može se koristiti na dva načina:

1. Oslobođena energija se koristi za zagrijavanje radnog fluida, koji se zatim širi u mlaznici, baš kao kod konvencionalnog raketnog motora.

2. Nuklearna energija se pretvara u električnu, a zatim koristi za jonizaciju i ubrzavanje čestica radnog fluida.

3. Konačno, impuls stvaraju sami proizvodi fisije, formirani u procesu DIV_ADBLOCK265">

Po analogiji sa LRE, originalni radni fluid NRE-a se skladišti u tečnom stanju u rezervoaru pogonskog sistema i napaja se pomoću jedinice turbopumpe. Plin za rotaciju ove jedinice, koja se sastoji od turbine i pumpe, može se proizvoditi u samom reaktoru.

Dijagram takvog pogonskog sistema je prikazan na slici.

Postoji mnogo NRE sa fisijskim reaktorom:

čvrsta faza

gasna faza

NRE sa fuzijskim reaktorom

Pulse YARD i drugi

Od svih mogućih tipova NRE, najrazvijeniji su termički radioizotopski motor i motor sa čvrstofaznim fisijskim reaktorom. Ali ako nam karakteristike radioizotopa NRE ne dozvoljavaju da se nadamo njihovoj širokoj primjeni u astronautici (barem u bliskoj budućnosti), onda stvaranje NRE u čvrstoj fazi otvara velike izglede za astronautiku. Tipičan NRE ovog tipa sadrži reaktor na čvrstoj fazi u obliku cilindra visine i prečnika oko 1–2 m (ako su ovi parametri blizu, curenje fisijskih neutrona u okolni prostor je minimalno).

Reaktor se sastoji od aktivne zone; reflektor koji okružuje ovu zonu; upravna tijela; kućište za napajanje i drugi elementi. Jezgro sadrži nuklearno gorivo - fisijski materijal (obogaćeni uranijum), zatvoreno u gorive elemente, i moderator ili razblaživač. Reaktor prikazan na slici je homogen - u njemu je moderator dio gorivnih elemenata, koji se homogeno miješa sa gorivom. Moderator se također može postaviti odvojeno od nuklearnog goriva. U ovom slučaju, reaktor se naziva heterogen. Razrjeđivači (mogu biti, na primjer, vatrostalni metali - volfram, molibden) koriste se za davanje posebnih svojstava fisionim tvarima.

Gorivni elementi čvrstofaznog reaktora su probušeni kanalima kroz koje struji radni fluid NRE, postepeno se zagrijavajući. Kanali imaju prečnik oko 1-3 mm, a njihova ukupna površina iznosi 20-30% poprečnog presjeka jezgra. Jezgro je okačeno posebnom rešetkom unutar energetskog kućišta tako da se može proširiti kada se reaktor zagrije (inače bi se srušio zbog toplinskih naprezanja).

Jezgro doživljava velika mehanička opterećenja povezana s djelovanjem značajnih padova hidrauličkog tlaka (do nekoliko desetina atmosfera) od tekućeg radnog fluida, toplinskih naprezanja i vibracija. Povećanje veličine jezgra tokom zagrijavanja reaktora dostiže nekoliko centimetara. Aktivna zona i reflektor smješteni su unutar jakog energetskog kućišta, koje percipira pritisak radnog fluida i potisak koji stvara mlaznica. Kućište je zatvoreno čvrstim poklopcem. Sadrži pneumatske, opružne ili električne mehanizme za pogon regulacionih tela, tačke pričvršćivanja NRE na letelicu, prirubnice za povezivanje NRE sa dovodnim cevovodima radnog fluida. Na poklopcu se može nalaziti i jedinica turbopumpe.

8 - mlaznica,

9 - Mlaznica za proširenje,

10 - Izbor radne materije za turbinu,

11 - Power Corps,

12 - Kontrolni bubanj

13 - Izduvni gas turbine (koristi se za kontrolu položaja i povećanje potiska),

14 - Prsten pogoni kontrolne bubnjeve)

Početkom 1957. godine određen je konačni pravac rada Laboratorije u Los Alamosu i donesena je odluka o izgradnji grafitnog nuklearnog reaktora sa uranijumskim gorivom dispergovanim u grafitu. Reaktor Kiwi-A stvoren u ovom pravcu testiran je 1959. 1. jula.

Američki nuklearni mlazni motor u čvrstoj fazi XE Prime na ispitnoj klupi (1968.)

Pored izgradnje reaktora, Laboratorija iz Los Alamosa bila je u punom jeku na izgradnji posebnog poligona u Nevadi, a izvršila je i niz posebnih narudžbi američkog ratnog vazduhoplovstva u srodnim oblastima (razvoj pojedinačnih TNRE jedinice). U ime Laboratorije u Los Alamosu, sve posebne narudžbe za proizvodnju pojedinačnih komponenti izvršile su firme: Aerojet General, Rocketdyne divizija Sjevernoameričke avijacije. U ljeto 1958. sva kontrola nad programom Rovera prešla je sa američkog ratnog zrakoplovstva na novoorganiziranu Nacionalnu upravu za aeronautiku i svemir (NASA). Kao rezultat posebnog sporazuma između AEC-a i NASA-e sredinom ljeta 1960. godine formiran je Ured za svemirske nuklearne motore pod vodstvom G. Fingera, koji je u budućnosti vodio program Rovera.

Rezultati šest "vrućih testova" nuklearnih mlaznih motora bili su vrlo ohrabrujući, a početkom 1961. godine pripremljen je izvještaj o letnim testovima reaktora (RJFT). Zatim je sredinom 1961. pokrenut projekat Nerva (upotreba nuklearnog motora za svemirske rakete). Za glavnog izvođača radova izabran je Aerojet General, a za podizvođača odgovornog za izgradnju reaktora Westinghouse.

10.2 Rad TNRD-a u Rusiji

Američki" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Američki Ruski naučnici koristili su najekonomičnija i najefikasnija ispitivanja pojedinačnih gorivnih elemenata u istraživačkim reaktorima. Salyut", Dizajnerski biro za hemijsku automatizaciju, IAE, NIKIET i Stvoreni su NPO "Luch" (PNITI) za razvoj raznih projekata svemirskih nuklearnih raketnih motora i hibridnih nuklearnih elektrana. Luch, MAI). DVORIŠTE RD 0411 i nuklearni motor minimalnih dimenzija RD 0410 potisak od 40 i 3,6 tona, respektivno.

Kao rezultat, proizvedeni su reaktor, "hladni" motor i prototip klupe za ispitivanje na plinovitom vodiku. Za razliku od američkog, sa specifičnim impulsom ne većim od 8250 m/s, sovjetski TNRE je, zbog upotrebe otpornijih na toplinu i naprednijih gorivnih elemenata i visoke temperature u jezgri, imao ovaj pokazatelj jednak 9100 m/s. s i više. Klupna baza za testiranje TNRD-a zajedničke ekspedicije NPO Luch nalazila se 50 km jugozapadno od grada Semipalatinsk-21. Počela je da radi 1962. U godinama puni gorivi elementi prototipova NRE testirani su na poligonu. Istovremeno, izduvni gasovi su ušli u zatvoreni sistem emisije. Kompleks klupe za puno testiranje nuklearnih motora "Bajkal-1" nalazi se 65 km južno od grada Semipalatinska-21. Od 1970. do 1988. izvedeno je oko 30 "vrućih startova" reaktora. Istovremeno, snaga nije prelazila 230 MW pri protoku vodonika do 16,5 kg/s i njegovoj temperaturi na izlazu iz reaktora od 3100 K. Sva lansiranja su bila uspješna, bez nezgoda i po planu.

Sovjetski TYARD RD-0410 - jedini ispravan i pouzdan industrijski nuklearni raketni motor na svijetu

Trenutno je takav rad na deponiji zaustavljen, iako se oprema održava u relativno operativnom stanju. Klupna baza NPO Luch jedini je eksperimentalni kompleks u svijetu u kojem je moguće testirati elemente NRE reaktora bez značajnih finansijskih i vremenskih troškova. Moguće je da će nastavak rada u Sjedinjenim Državama na TNRE za letove na Mjesec i Mars u sklopu programa Inicijative za svemirska istraživanja uz planirano učešće stručnjaka iz Rusije i Kazahstana dovesti do nastavka aktivnosti Semipalatinske baza i realizacija "Marsovske" ekspedicije 2020-ih.

Glavne karakteristike

Specifični impuls na vodonik: 910 - 980 sec(teor. do 1000 sec).

· Brzina isteka radnog tijela (vodonik): 9100 - 9800 m/sec.

· Ostvarljivi potisak: do stotine i hiljade tona.

· Maksimalne radne temperature: 3000°S - 3700°S (kratkoročno uključivanje).

· Vek trajanja: do nekoliko hiljada sati (periodično aktiviranje). /5/

11.Uređaj

Uređaj sovjetskog čvrstofaznog nuklearnog raketnog motora RD-0410

1 - vod iz rezervoara radnog fluida

2 - turbopumpna jedinica

3 - upravljački pogon bubnja

4 - zaštita od zračenja

5 - kontrolni bubanj

6 - usporivač

7 - sklop goriva

8 - posuda reaktora

9 - vatreno dno

10 - Linija za hlađenje mlaznice

11- komora mlaznica

12 - mlaznica

12. Princip rada

TNRE je po principu rada visokotemperaturni reaktor-izmjenjivač topline, u koji se pod pritiskom uvodi radni fluid (tečni vodonik), a kako se zagrijava na visoke temperature (preko 3000°C) se izbacuje kroz ohlađenu mlaznicu. Rekuperacija topline u mlaznici je vrlo korisna, jer omogućava mnogo brže zagrijavanje vodonika i, korištenjem značajne količine toplinske energije, povećanje specifičnog impulsa na 1000 sekundi (9100-9800 m/s).

Reaktor nuklearnog raketnog motora

MsoNormalTable">

radno tijelo

Gustina, g/cm3

Specifični potisak (na naznačenim temperaturama u komori za grejanje, °K), sec

0,071 (tečnost)

0,682 (tečnost)

1.000 (tečnost)

br. podaci

br. podaci

br. podaci

(Napomena: Pritisak u komori za grejanje je 45,7 atm, ekspanzija do pritiska od 1 atm sa nepromenjenim hemijskim sastavom radnog fluida) /6/

15.Prednosti

Glavna prednost TNRD-a u odnosu na hemijske raketne motore je dobijanje većeg specifičnog impulsa, značajne rezerve energije, kompaktnog sistema i mogućnosti dobijanja veoma velikog potiska (desetine, stotine i hiljade tona u vakuumu. Generalno, specifični impuls postignut u vakuumu veći je od istrošenog dvokomponentnog hemijskog raketnog goriva (kerozin-kiseonik, vodonik-kiseonik) za 3-4 puta, a pri radu na najvećem toplotnom intenzitetu 4-5 puta. Trenutno u SAD-u. i Rusija postoji značajno iskustvo u razvoju i konstrukciji takvih motora, a po potrebi (posebni programi istraživanja svemira) takvi motori se mogu proizvesti u kratkom vremenu i imaće razumnu cijenu.U slučaju korištenja TNRD-a za ubrzanje svemirskih letjelica u svemiru, a uz dodatnu upotrebu perturbacijskih manevara korištenjem gravitacionog polja velikih planeta (Jupiter, Uran, Saturn, Neptun) ostvarive granice proučavanja Sunčeve Sistemi se značajno šire, a vrijeme potrebno da se stigne do udaljenih planeta je značajno smanjeno. Osim toga, TNRD se može uspješno koristiti za vozila koja rade u niskim orbitama džinovskih planeta koristeći njihovu razrijeđenu atmosferu kao radni fluid, ili za rad u njihovoj atmosferi. /osam/

16. Nedostaci

Glavni nedostatak TNRD-a je prisustvo snažnog fluksa prodornog zračenja (gama zračenje, neutroni), kao i uklanjanje visoko radioaktivnih spojeva uranijuma, vatrostalnih spojeva s induciranim zračenjem i radioaktivnih plinova s ​​radnim fluidom. U tom smislu, TNRD je neprihvatljiv za zemaljska lansiranja kako bi se izbjeglo pogoršanje ekološke situacije na mjestu lansiranja i u atmosferi. /četrnaest/

17. Poboljšanje karakteristika TJARD-a. Hibridni TNRD

Kao i svaka raketa ili bilo koji motor općenito, nuklearni mlazni motor u čvrstoj fazi ima značajna ograničenja u ostvarivim kritičnim karakteristikama. Ova ograničenja predstavljaju nemogućnost rada uređaja (TNRD) u temperaturnom opsegu koji prelazi opseg maksimalnih radnih temperatura konstrukcijskih materijala motora. Za proširenje mogućnosti i značajno povećanje glavnih radnih parametara TNRD-a, mogu se primijeniti različite hibridne sheme u kojima TNRD igra ulogu izvora topline i energije te se koriste dodatne fizičke metode za ubrzanje radnih tijela. Najpouzdanija, praktičnija i koja ima visoke karakteristike u smislu specifičnog impulsa i potiska je hibridna shema sa dodatnim MHD krugom (magnetohidrodinamički krug) za ubrzanje joniziranog radnog fluida (vodik i specijalni aditivi). /13/

18. Opasnost od zračenja iz YARD-a.

Radni NRE je snažan izvor zračenja - gama i neutronskog zračenja. Bez preduzimanja posebnih mjera, zračenje može uzrokovati neprihvatljivo zagrijavanje radnog fluida i konstrukcije u letjelici, krtost metalnih konstrukcijskih materijala, uništavanje plastike i starenje gumenih dijelova, narušavanje izolacije električnih kablova i kvar elektronske opreme. Zračenje može izazvati indukovanu (vještačku) radioaktivnost materijala – njihovu aktivaciju.

Trenutno se problem zaštite od zračenja letjelica sa NRE smatra načelno riješenim. Rešena su i osnovna pitanja vezana za održavanje nuklearnih raketnih motora na ispitnim stolovima i lansirnim poligonima. Iako radni NRE predstavlja opasnost za operativno osoblje, „već dan nakon završetka rada NRE moguće je ostati nekoliko desetina minuta na udaljenosti od 50 m od NRE bez ikakve lične zaštitne opreme i Najjednostavniji način zaštite omogućava osoblju za održavanje da uđe u radni prostor DVORIŠTA ubrzo nakon testiranja.

Nivo kontaminacije lansirnih kompleksa i okoliša, po svemu sudeći, neće biti prepreka za korištenje nuklearnih raketnih motora na nižim stepenicama svemirskih raketa. Problem opasnosti od zračenja za okolinu i operativno osoblje u velikoj meri je ublažen činjenicom da se vodonik, koji se koristi kao radni fluid, praktično ne aktivira prilikom prolaska kroz reaktor. Stoga, NRE mlaz nije ništa opasniji od LRE mlaza. / 4 /

Zaključak

Kada se razmatraju izgledi za razvoj i upotrebu NRE u astronautici, treba polaziti od postignutih i očekivanih karakteristika različitih tipova NRE, od onoga što oni mogu dati astronautici, njihove primjene i, konačno, od prisustva bliskog povezanost NRE problema i problema snabdijevanja energijom u prostoru i sa razvojem energetike općenito.

Kao što je već spomenuto, od svih mogućih tipova NRE, najrazvijeniji su termički radioizotopski motor i motor sa čvrstofaznim fisijskim reaktorom. Ali ako nam karakteristike radioizotopa NRE ne dozvoljavaju da se nadamo njihovoj širokoj primjeni u astronautici (barem u bliskoj budućnosti), onda stvaranje NRE u čvrstoj fazi otvara velike izglede za astronautiku.

Na primjer, predložen je uređaj s početnom masom od 40.000 tona (tj. otprilike 10 puta većom od one kod najvećih modernih lansirnih vozila), pri čemu 1/10 te mase pada na nosivost, a 2/3 na nuklearni optužbe. Ako se svake 3 sekunde raznese jedno punjenje, tada će njihova zaliha biti dovoljna za 10 dana neprekidnog rada nuklearnog raketnog motora. Za to vrijeme uređaj će ubrzati do brzine od 10.000 km/s i u budućnosti, nakon 130 godina, može doći do zvijezde Alpha Centauri.

Nuklearne elektrane imaju jedinstvene karakteristike koje uključuju praktično neograničenu potrošnju energije, neovisan rad od okoline i otpornost na vanjske utjecaje (kosmičko zračenje, oštećenja meteorita, visoke i niske temperature itd.). Međutim, maksimalna snaga nuklearnih radioizotopskih instalacija ograničena je na vrijednost od nekoliko stotina vati. Ovo ograničenje ne postoji za nuklearne reaktorske elektrane, što predodređuje isplativost njihove upotrebe tokom dugotrajnih letova teških letjelica u svemiru blizu Zemlje, tokom letova na udaljene planete Sunčevog sistema i u drugim slučajevima.

Prednosti čvrste faze i drugih NRE sa fisijskim reaktorima najpotpunije su otkrivene u proučavanju tako složenih svemirskih programa kao što su letovi s ljudskom posadom do planeta Sunčevog sistema (na primjer, tokom ekspedicije na Mars). U ovom slučaju, povećanje specifičnog impulsa RD-a omogućava rješavanje kvalitativno novih problema. Svi ovi problemi su uvelike olakšani upotrebom NRE u čvrstoj fazi sa specifičnim impulsom dvostruko većim od modernih LRE. U ovom slučaju također postaje moguće značajno smanjiti vrijeme leta.

Najvjerovatnije će u bliskoj budućnosti NRE u čvrstoj fazi postati jedan od najčešćih RD. Čvrsta faza NRE može se koristiti kao vozila za letove na velike udaljenosti, na primjer, do planeta kao što su Neptun, Pluton, pa čak i letjeti iz Sunčevog sistema. Međutim, za letove do zvijezda, NRE, zasnovan na principima fisije, nije prikladan. U ovom slučaju obećavaju NRE ili, preciznije, termonuklearni mlazni motori (TRD) koji rade na principu fuzijskih reakcija i fotonski mlazni motori (PRD), u kojima je reakcija anihilacije materije i antimaterije izvor zamaha. Međutim, najvjerovatnije će čovječanstvo za putovanje u međuzvjezdani prostor koristiti drugačiji, drugačiji od mlaznog, način kretanja.

U zaključku ću preformulisati čuvenu Einsteinovu frazu – da bi otputovalo do zvijezda, čovječanstvo mora smisliti nešto što bi po složenosti i percepciji bilo usporedivo s nuklearnim reaktorom za neandertalca!

LITERATURA

Izvori:

1. "Rakete i ljudi. Knjiga 4 Mjesečeva trka" - M: Znanje, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervušin "Bitka za zvijezde. Svemirska konfrontacija" - M: znanje, 1998.
4. L. Gilberg "Osvajanje neba" - M: Znanje, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. "Motor", "Nuklearni motori za svemirska vozila", br. 5, 1999.

7. "Motor", "Nuklearni motori u gasnoj fazi za svemirska vozila",

br. 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., Čekalin transport budućnosti.

Moskva: Znanje, 1983.

11., Čekalinovo istraživanje svemira.- M.:

Znanje, 1988.

12. "Energija - Buran" - korak u budućnost // Nauka i život.-

13. Svemirska tehnologija - M.: Mir, 1986.

14., Sergejuk i trgovina - M.: APN, 1989.

15 .SSSR u svemiru. 2005.-M.: APN, 1989.

16. Na putu u duboki svemir // Energija. - 1985. - br. 6.

DODATAK

Glavne karakteristike čvrstofaznih nuklearnih mlaznih motora

O krstarećoj raketi "neograničenog dometa zbog super-moćne nuklearne elektrane" u dimenzijama krstarećih projektila Tomahawk (0,53 m u prečniku i težine 1400 kg) ili Kh-101 (0,74 m u prečniku i težine 2300 kg).

Sovjetski prototip RD-0410(GRAU indeks - 11B91, također poznat kao "Irgit" i "IR-100") - prvi i jedini sovjetski nuklearni raketni motor

Počnimo sa video prezentacijom BDP-a

Sumirajući senzacije sa prikazanog projekta, možemo reći da je ovo ekstremno iznenađenje na granici nepouzdanosti prikazanog. Pokušaću da objasnim zašto.

Da, istorijski je postojao razvoj krstarećih projektila sa ramjet nuklearnim vazdušnim motorom: ovo je raketa SLAM u SAD-u sa reaktorom TORY-II, koncept Avro Z-59 u Velikoj Britaniji i razvoj u SSSR-u.

Moderan prikaz koncepta rakete Avro Z-59, težine oko 20 tona.

Međutim, svi ovi radovi nastavljeni su 60-ih godina kao istraživanje i razvoj različitog stepena dubine (Sjedinjene Države su otišle najdalje, kao što je objašnjeno u nastavku) i nisu dobili nastavak u obliku modela u službi. Nisu ga dobili iz istog razloga kao i mnoge druge razvoje Atom Agea - avioni, vozovi, rakete s nuklearnim elektranama. Sve ove opcije vozila, uz neke prednosti koje daje mahnita gustina energije u nuklearnom gorivu, imaju vrlo ozbiljne nedostatke - visoku cijenu, složenost rada, zahtjeve za stalnom zaštitom i na kraju, nezadovoljavajuće rezultate razvoja, o kojima se obično malo zna (objavljivanje Rezultati istraživanja i razvoja su isplativiji za sve strane izlažu dostignuća i skrivaju neuspjehe).

Konkretno, za krstareće rakete mnogo je lakše stvoriti nosač (podmornicu ili avion) ​​koji će "odvući" mnogo krstarećih projektila na mjesto lansiranja nego se zafrkavati s malom flotom (a nevjerovatno je teško savladati velika flota) krstarećih projektila lansiranih sa vlastite teritorije. Univerzalni, jeftin, masovni proizvod je na kraju osvojio mali, skup i sa dvosmislenim plusevima. Nuklearne krstareće rakete nisu išle dalje od zemaljskih testova.

Ovaj konceptualni ćorsokak 60-ih Kirgistanske Republike sa nuklearnim elektranama, po mom mišljenju, i sada je aktuelan, pa je glavno pitanje prikazanom "zašto??". Ali to je još konveksnije zbog problema koji se javljaju u razvoju, testiranju i radu takvog oružja, o čemu ćemo dalje raspravljati.

Pa počnimo s reaktorom. Koncepti SLAM i Z-59 su bili tromašinski niskoleteći projektili impresivnih dimenzija i mase (20+ tona nakon što su bačeni pojačivači). Užasno skup niskoleteći supersonic je omogućio da se maksimalno iskoristi prisustvo praktično neograničenog izvora energije na brodu, osim toga, važna karakteristika nuklearnog zračnog mlaznog motora je poboljšanje efikasnosti rada (termodinamički ciklus) sa povećanjem brzine, tj. ista ideja, ali pri brzinama od 1000 km/h imao bi mnogo teži i ukupni motor. Konačno, 3M na visini od sto metara 1965. godine značio je neranjivost za protivvazdušnu odbranu.

Ispostavilo se da je prije koncept CR sa nuklearnim elektranama bio "vezan" velikom brzinom, pri čemu su prednosti koncepta bile jake, a konkurencija s ugljikovodičnim gorivom slabila.

Prikazana raketa je, po mom mišljenju, transsonična ili slabo nadzvučna (osim ako, naravno, ne vjerujete da je to ona na snimku). Ali u isto vrijeme, veličina reaktora se značajno smanjila u odnosu na TORY-II iz rakete SLAM, gdje je iznosila čak 2 metra, uključujući radijalni neutronski reflektor napravljen od grafita

Jezgro prvog testnog reaktora TORY-II-A tokom montaže.

Da li je uopšte moguće postaviti reaktor prečnika 0,4-0,6 metara? Počnimo s suštinski minimalnim reaktorom - blankom Pu239. Dobar primjer implementacije takvog koncepta je svemirski reaktor Kilopower, koji, međutim, koristi U235. Prečnik jezgra reaktora je samo 11 centimetara! Ako pređemo na plutonijum 239, dimenzije jezgra će pasti za još 1,5-2 puta.

Sada, od minimalne veličine, počet ćemo koračati prema pravom nuklearnom zračnom mlaznom motoru, prisjećajući se složenosti. Prva stvar koju treba dodati veličini reaktora je veličina reflektora - posebno, u Kilopoweru, BeO utrostručuje veličinu. Drugo, ne možemo koristiti U ili Pu blank - oni će jednostavno izgorjeti u struji zraka za samo minut. Potreban je omotač, kao što je inkaloj, koji je otporan na trenutnu oksidaciju do 1000 C, ili druge legure nikla sa mogućim keramičkim premazom. Unošenje velike količine materijala ljuske u jezgro odmah povećava potrebnu količinu nuklearnog goriva za nekoliko puta - uostalom, "neproduktivna" apsorpcija neutrona u jezgri sada se dramatično povećala!

Štaviše, metalni oblik U ili Pu više nije prikladan - ovi materijali sami po sebi nisu vatrostalni (plutonij se općenito topi na 634 C), a također stupaju u interakciju s materijalom metalnih školjki. Gorivo pretvaramo u klasični oblik UO2 ili PuO2 - dobijamo još jedno razrjeđivanje materijala u jezgru, sada kisikom.

Na kraju, podsjetimo na svrhu reaktora. Kroz nju trebamo upumpati puno zraka, kojem ćemo odavati toplinu. oko 2/3 prostora će zauzimati "zračne cijevi".

TORY-IIC. Gorivne šipke u aktivnoj zoni su šestougaone šuplje cijevi od UO2, prekrivene zaštitnom keramičkom školjkom, sastavljene u inkalo gorivne sklopove.

Kao rezultat toga, minimalni prečnik jezgra raste na 40-50 cm (za uranijum), a prečnik reaktora sa berilijumskim reflektorom od 10 cm do 60-70 cm Jupiter. Ovaj potpuno papirnati projekat (npr. temperatura jezgra je obezbeđena na 3000 K, a zidovi od berilija koji može da izdrži silu od 1200 K) ima prečnik jezgra izračunat iz neutronika od 55,4 cm, uprkos činjenica da hlađenje vodonikom omogućava malo smanjenje veličine kanala kroz koje se pumpa rashladna tečnost.

Poprečni presjek aktivne zone atmosferskog mlaznog nuklearnog motora MITEE i minimalne dostižne mase za različite varijante geometrije jezgra - u zagradama su omjeri dužine i koraka gorivne šipke (prva znamenka), broj gorivih šipki (druga cifra), broj reflektorskih elemenata (tercijarna cifra) za različite kompozicije. Opcija sa gorivom u obliku Americijuma 242m i reflektorom tečnog vodika nije bez interesa :)

Po mom mišljenju, zračni nuklearni mlazni motor može se ugurati u raketu promjera od oko metar, koja, uzgred, još uvijek nije kardinalno veća od glasovnih 0,6-0,74 m, ali je ipak alarmantna.

Na ovaj ili onaj način, nuklearna elektrana će imati snagu od ~nekoliko megavata, pokretana ~10^16 dezintegracija u sekundi. To znači da će sam reaktor stvoriti polje zračenja od nekoliko desetina hiljada rendgena u blizini površine i do hiljadu rentgena duž cijele rakete. Čak ni postavljanje nekoliko stotina kg zaštite sektora neće značajno smanjiti ove nivoe, jer. neutroni i gama kvanti će se reflektovati iz vazduha i "zaobići zaštitu". Za nekoliko sati takav će reaktor proizvesti ~ 10^21-10^22 atoma fisionih produkata c sa aktivnošću od nekoliko (nekoliko desetina) petabekerela, koji će čak i nakon gašenja stvoriti pozadinu od nekoliko hiljada rentgena u blizini reaktor. Struktura rakete će se aktivirati na oko 10^14 Bq, iako će izotopi biti uglavnom beta emiteri i opasni su samo zbog kočnog zračenja. Pozadina iz same konstrukcije može doseći desetine rendgenskih zraka na udaljenosti od 10 metara od tijela rakete.

Rendgen rakete SLAM. Svi pogoni su pneumatski, upravljačka oprema je u kapsuli koja prigušuje zračenje.

Sva ta "veselost" daje ideju da je razvoj i testiranje takve rakete zadatak na ivici mogućeg. Potrebno je napraviti cijeli set navigacijske i upravljačke opreme otporne na zračenje, testirati sve na prilično složen način (zračenje, temperatura, vibracije - i sve to za statistiku). Testovi letenja sa reaktorom koji radi u svakom trenutku mogu se pretvoriti u radijacijsku katastrofu sa oslobađanjem od stotine terabekerela u jedinice petabekerela. Čak i bez katastrofalnih situacija, smanjenje pritiska pojedinačnih gorivih šipki i oslobađanje radionuklida su vrlo vjerojatni.

Naravno, u Rusiji još uvijek postoji poligon Novaja zemlja na kojem se mogu izvoditi takvi testovi, ali to će biti suprotno duhu ugovora o zabrani testiranja nuklearnog oružja u tri okruženja (zabrana je uvedena kako bi se spriječila sistematska kontaminacija atmosfera i okean sa radionuklidima).

Konačno, zanimljivo je ko bi u Ruskoj Federaciji mogao razviti takav reaktor. Tradicionalno, Institut Kurchatov (generalni dizajn i proračuni), Obninsk FEI (eksperimentalno ispitivanje i gorivo) i Istraživački institut Luch u Podolsku (tehnologija goriva i materijala) u početku su bili uključeni u visokotemperaturne reaktore. Kasnije se tim NIKIET pridružio dizajnu takvih mašina (na primjer, IGR i IVG reaktori - prototipovi aktivne zone nuklearnog raketnog motora RD-0410). Danas NIKIET ima tim dizajnera koji obavlja poslove na projektovanju reaktora (visokotemperaturni gasno hlađeni RUGK, brzi reaktori MBIR, ), dok IPPE i Luch nastavljaju da se bave srodnim proračunima i tehnologijama, respektivno. Institut Kurčatov se poslednjih decenija više kretao ka teoriji nuklearnih reaktora.

Najbliži srodnici vazdušnih NRE su svemirski NRE pročišćeni vodonikom.

Ukratko, želim reći da je stvaranje krstareće rakete sa zračno-mlaznim motorima s nuklearnim elektranama u cjelini izvediv zadatak, ali u isto vrijeme izuzetno skup i složen, koji zahtijeva značajnu mobilizaciju ljudi i finansijska sredstva, kako mi se čini, u većoj mjeri od svih ostalih oglašenih projekata ("Sarmat", "Bodež", "Status-6", "Avangard"). Veoma je čudno da ova mobilizacija nije ostavila ni najmanjeg traga. I što je najvažnije, uopće nije jasno koja je korist od nabavke takvih vrsta oružja (na pozadini postojećih nosača) i kako ona mogu nadjačati brojne nedostatke - pitanja radijacijske sigurnosti, visoke cijene, nekompatibilnosti sa strateškim naoružanjem ugovori o smanjenju.

P.S. Međutim, "izvori" već počinju da ublažavaju situaciju: "Izvor blizak vojno-industrijskom kompleksu rekao je Vedomostima da je sigurnost od zračenja tokom testiranja rakete osigurana. Nuklearna instalacija na brodu bila je električna maketa", kaže izvor ."

RD-0410

U RD-0410 korišćen je heterogeni termalni neutronski reaktor, cirkonijum hidrid je služio kao moderator, reflektori neutrona su napravljeni od berilija, nuklearno gorivo je bio materijal na bazi karbida uranijuma i volframa, obogaćen izotopom 235 oko 80%. Dizajn je uključivao 37 gorivnih sklopova prekrivenih toplinskom izolacijom koja ih odvaja od moderatora. Projektom je predviđeno da tok vodonika prvo prolazi kroz reflektor i moderator, održavajući njihovu temperaturu na sobnoj temperaturi, a zatim ulazi u jezgro, gdje hladi gorivne sklopove, zagrijavajući se do 3100 K. Na štandu su reflektor i moderator bili hladi odvojenim vodonikom.

Reaktor je prošao kroz značajnu seriju testova, ali nikada nije testiran za cijelo vrijeme rada. Ekstrareaktorski čvorovi su u potpunosti razrađeni.

Izuzetno zanimljiv video:

Prikazano je dosta zanimljivih stvari. Očigledno, video je napravljen kasnih 80-ih za internu upotrebu Minsredmashevsky/Minsredmashevsky, a početkom 90-ih tamo su ubačeni engleski titlovi kako bi se Amerikanci zainteresovali za tehnologiju.

Rusija je bila i još uvijek ostaje lider u oblasti nuklearne svemirske energije. Organizacije kao što su RSC Energia i Roskosmos imaju iskustva u projektovanju, izgradnji, lansiranju i radu svemirskih letelica opremljenih nuklearnim izvorom energije. Nuklearni motor omogućava upravljanje avionima dugi niz godina, uvelike povećavajući njihovu praktičnu prikladnost.

istorijska hronika

Istovremeno, isporuka istraživačkog aparata u orbite udaljenih planeta Sunčevog sistema zahtijeva povećanje resursa takve nuklearne instalacije na 5-7 godina. Dokazano je da će kompleks sa nuklearnim pogonskim sistemom snage oko 1 MW u sklopu istraživačke svemirske letjelice omogućiti ubrzano isporuku umjetnih satelita najudaljenijih planeta, planetarnih rovera na površinu prirodnih satelita ovih planeta. i isporuku tla sa kometa, asteroida, Merkura i satelita Jupitera i Saturna.

Tegljač za višekratnu upotrebu (MB)

Jedan od najvažnijih načina povećanja efikasnosti transportnih operacija u svemiru je višekratna upotreba elemenata transportnog sistema. Nuklearni motor za svemirske letjelice snage najmanje 500 kW omogućava stvaranje tegljača za višekratnu upotrebu i na taj način značajno povećava efikasnost viševeznog svemirskog transportnog sistema. Takav sistem je posebno koristan u programu za osiguranje velikih godišnjih tokova tereta. Primjer bi bio program istraživanja Mjeseca sa stvaranjem i održavanjem stalno rastuće useljive baze i eksperimentalnih tehnoloških i industrijskih kompleksa.

Obračun prometa tereta

Prema projektnim studijama RSC Energia, prilikom izgradnje baze na površinu Meseca trebalo bi da budu isporučeni moduli težine oko 10 tona, do 30 tona u Mesečevu orbitu, a godišnji protok tereta kako bi se obezbedilo funkcionisanje i razvoj baze je 400-500 tona.

Međutim, princip rada nuklearnog motora ne dopušta dovoljno brzo raspršivanje transportera. Zbog dugog vremena transporta i, shodno tome, značajnog vremena koje nosi teret u radijacijskim pojasevima Zemlje, ne može se sav teret isporučiti pomoću tegljača na nuklearni pogon. Dakle, protok tereta koji se može osigurati na osnovu NEP-a procjenjuje se na svega 100-300 tona/god.

Ekonomska efikasnost

Kao kriterijum ekonomske efikasnosti interorbitalnog transportnog sistema preporučljivo je koristiti vrednost specifičnog troška transporta jedinične mase korisnog tereta (PG) sa Zemljine površine do ciljne orbite. RSC Energia je razvila ekonomski i matematički model koji uzima u obzir glavne komponente troškova u transportnom sistemu:

• za stvaranje i lansiranje tegljačkih modula u orbitu;
• za kupovinu funkcionalnog nuklearnog postrojenja;
• operativni troškovi, kao i troškovi istraživanja i razvoja i mogući kapitalni troškovi.

Indikatori troškova zavise od optimalnih parametara MB. Koristeći ovaj model, proučavana je komparativna ekonomska efikasnost upotrebe tegljača za višekratnu upotrebu na bazi nuklearnog pogona snage oko 1 MW i tegljača za jednokratnu upotrebu baziranog na naprednim tečnim pogonskim sistemima u programu za isporuku korisnog tereta ukupne mase 100 t/godišnje od Zemlje do Mjesečeve orbite sa visinom od 100 km. Kada se koristi isto lansirno vozilo nosivosti jednakog nosivosti rakete-nosača Proton-M i sheme dva lansiranja za izgradnju transportnog sistema, jedinični trošak isporuke jedinične mase korisnog tereta pomoću tegljača na nuklearni pogon bit će tri puta niža nego kada se koriste jednokratni tegljači na bazi raketa s tekućim motorima tipa DM-3.

Zaključak

Efikasan nuklearni motor za svemir doprinosi rješavanju ekoloških problema Zemlje, letovima s ljudskom posadom na Mars, stvaranju sistema bežičnog prijenosa energije u svemiru, uz povećanu sigurnost realizacijom zakopavanja u svemir posebno opasnog radioaktivnog otpada iz zemaljske nuklearne energije , stvaranje nastanjive lunarne baze i početak industrijskog istraživanja Mjeseca, osiguravajući zaštitu Zemlje od opasnosti od asteroida i komete.