Raķetes uz kodoltermiskās kodoldegvielas. Ar kodolenerģiju darbināma spārnotā raķete

Bieži vien vispārīgās izglītojošās publikācijās par astronautiku netiek izdalīta atšķirība starp kodolraķešu dzinēju (NRE) un kodolraķešu elektriskās piedziņas sistēmu (NRE). Taču šie saīsinājumi slēpj ne tikai atšķirīgos principus kodolenerģijas pārvēršanai raķetes vilcē, bet arī ļoti dramatisku astronautikas attīstības vēsturi.

Stāsta dramatisms slēpjas apstāklī, ka, ja turpinātos galvenokārt ekonomisku apsvērumu dēļ gan PSRS, gan ASV pārtrauktie kodolspēkstaciju un atomelektrostaciju pētījumi, tad cilvēku lidojumi uz Marsu jau sen būtu kļuvuši par ikdienu. .

Viss sākās ar atmosfēras lidmašīnu ar reaktīvo kodoldzinēju

Plutona projekta ietvaros izstrādātos dzinējus bija plānots uzstādīt uz spārnotajām raķetēm, kuras tika radītas pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados ar apzīmējumu SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, supersonic low-altitude missile).

ASV viņi plānoja uzbūvēt 26,8 metrus garu, trīs metrus diametru un 28 tonnas smagu raķeti. Raķetes korpusā bija paredzēts izvietot kodolgalviņu, kā arī kodoldzinēju sistēmu, kuras garums bija 1,6 metri un diametrs 1,5 metri. Uz citu izmēru fona instalācija izskatījās ļoti kompakta, kas izskaidro tās tiešās plūsmas darbības principu.

Izstrādātāji uzskatīja, ka, pateicoties kodoldzinējam, SLAM raķetes darbības rādiuss būs vismaz 182 tūkstoši kilometru.

1964. gadā ASV Aizsardzības ministrija projektu slēdza. Oficiālais iemesls bija tāds, ka lidojuma laikā ar kodolenerģiju darbināma spārnotā raķete pārāk daudz piesārņo visu apkārtējo. Bet patiesībā iemesls bija ievērojamās šādu raķešu uzturēšanas izmaksas, jo īpaši tāpēc, ka līdz tam laikam raķešu zinātne strauji attīstījās, pamatojoties uz šķidrās degvielas raķešu dzinējiem, kuru uzturēšana bija daudz lētāka.

PSRS palika uzticīga idejai izveidot tiešās plūsmas NRE daudz ilgāk nekā ASV, projektu slēdzot tikai 1985. gadā. Taču rezultāti bija daudz nozīmīgāki. Tādējādi pirmais un vienīgais padomju kodolraķešu dzinējs tika izstrādāts Himavtomatikas projektēšanas birojā Voroņežā. Tas ir RD-0410 (GRAU indekss - 11B91, zināms arī kā "Irbit" un "IR-100").

RD-0410 tika izmantots heterogēns termiskais neitronu reaktors, cirkonija hidrīds kalpoja par moderatoru, neitronu atstarotāji tika izgatavoti no berilija, kodoldegviela bija materiāls uz urāna un volframa karbīdu bāzes, kas bagātināts ar 235 izotopu aptuveni par 80%.

Projektā bija iekļauti 37 degvielas bloki, kas pārklāti ar siltumizolāciju, kas tos atdala no moderatora. Konstrukcija paredzēja, ka ūdeņraža plūsma vispirms iziet cauri reflektoram un moderatoram, saglabājot to temperatūru istabas temperatūrā, un pēc tam iekļuva serdeņā, kur atdzesēja degvielas komplektus, uzkarsējot līdz 3100 K. Stendā bija reflektors un moderators. atdzesē ar atsevišķu ūdeņraža plūsmu.

Reaktors izgāja ievērojamu testu sēriju, taču nekad netika pārbaudīts visā darbības laikā. Tomēr ārpus reaktora bloki tika pilnībā izstrādāti.

Specifikācijas RD 0410

Vilces spēks tukšumā: 3,59 tf (35,2 kN)
Reaktora siltuma jauda: 196 MW
Īpatnējais vilces impulss vakuumā: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Ieslēgumu skaits: 10
Darba resurss: 1 stunda
Degvielas sastāvdaļas: darba šķidrums - šķidrais ūdeņradis, palīgviela - heptāns
Svars ar aizsardzību pret radiāciju: 2 tonnas
Dzinēja izmēri: augstums 3,5 m, diametrs 1,6 m.

Salīdzinoši nelieli gabarīti un svars, augstā kodoldegvielas temperatūra (3100 K) ar efektīvu ūdeņraža plūsmas dzesēšanas sistēmu liecina, ka RD0410 ir gandrīz ideāls kodolraķešu dzinēja prototips mūsdienu spārnotajām raķetēm. Un, ņemot vērā mūsdienu tehnoloģijas pašatstopošas kodoldegvielas iegūšanai, resursa palielināšana no stundas līdz vairākām stundām ir ļoti reāls uzdevums.

Kodolraķešu dzinēju konstrukcijas

Atkarībā no reaktora degvielas veida ir trīs NRE veidi:

• cietā fāze;
• šķidrā fāze;
• gāzes fāze.

Gāzes fāzes kodolraķešu dzinējos degviela (piemēram, urāns) un darba šķidrums atrodas gāzveida stāvoklī (plazmas veidā), un tos darba zonā notur elektromagnētiskais lauks. Uzkarsēta līdz desmitiem tūkstošu grādu, urāna plazma nodod siltumu darba šķidrumam (piemēram, ūdeņradim), kas savukārt, uzkarsējot līdz augstām temperatūrām, veido strūklu.

Pēc kodolreakcijas veida izšķir radioizotopu raķešu dzinēju, kodoltermisko raķešu dzinēju un pašu kodoldzinēju (tiek izmantota kodola skaldīšanas enerģija).

Interesants variants ir arī impulsa NRE - tiek ierosināts izmantot kodollādiņu kā enerģijas avotu (degvielu). Šādas instalācijas var būt iekšēja un ārēja veida.

Galvenās YRD priekšrocības ir:

• augsts īpatnējais impulss;
• ievērojama enerģijas rezerve;
• piedziņas sistēmas kompaktums;
• iespēja iegūt ļoti lielu vilces spēku - desmitiem, simtiem un tūkstošiem tonnu vakuumā.

• penetrējošā starojuma (gamma starojuma, neitronu) plūsmas kodolreakciju laikā;
• augsti radioaktīvu urāna un tā sakausējumu savienojumu atdalīšana;
• radioaktīvo gāzu aizplūšana ar darba šķidrumu.

Atomelektrostacija

Tā, piemēram, izcilais krievu zinātnieks Anatolijs Sazonovičs Korotejevs, izgudrojuma autors saskaņā ar patentu, sniedza tehnisko risinājumu modernas atomelektrostacijas iekārtu sastāvam. Tālāk sniedzu daļu no norādītā patenta dokumenta burtiski un bez komentāriem.

Piedāvātā tehniskā risinājuma būtību ilustrē zīmējumā redzamā diagramma. Atomelektrostacija, kas darbojas dzinējspēka enerģijas režīmā, satur elektriskās piedziņas sistēmu (EPP) (piemēram, diagrammā redzami divi elektriskie raķešu dzinēji 1 un 2 ar atbilstošajām barošanas sistēmām 3 un 4), reaktora stacija 5, turbīna 6, kompresors 7, ģenerators 8, siltummainis-rekuperators 9, Rank-Hilsch virpuļcaurule 10, ledusskapis-radiators 11. Šajā gadījumā turbīna 6, kompresors 7 un ģenerators 8 ir apvienoti viena vienība - turboģenerators-kompresors. Atomelektrostacija ir aprīkota ar darba šķidruma cauruļvadiem 12 un elektriskajām līnijām 13, kas savieno ģeneratoru 8 un elektriskās piedziņas sistēmu. Siltummainim-rekuperatoram 9 ir tā sauktās darba šķidruma augstās temperatūras 14 un zemās temperatūras 15 ievades, kā arī augstas temperatūras 16 un zemas temperatūras 17 darba šķidruma izvadi.

Reaktora iekārtas 5 izvads ir savienots ar turbīnas 6 ieeju, turbīnas 6 izvads ir savienots ar siltummaiņa-rekuperatora 9 augstas temperatūras ieplūdi 14. Siltummaiņa zemas temperatūras izvads 15 -rekuperators 9 ir savienots ar Ranque-Hilsch virpuļcaurules 10 ieeju. Ranque-Hilsch virpuļcaurulei 10 ir divas izejas, no kurām viena (caur "karsto" darba šķidrumu) ir savienota ar dzesētāju-emitetoru 11, un otrs (caur "auksto" darba šķidrumu) ir savienots ar kompresora 7 ieeju. Dzesētāja izstarotāja 11 izeja ir savienota arī ar kompresora ieeju 7. Kompresora izvade 7 ir savienota ar zemas temperatūras ieplūde 15 uz siltummaini-rekuperatoru 9. Siltummaiņa-rekuperatora 9 augstas temperatūras izvads 16 ir savienots ar ieeju uz reaktora iekārtu 5. Tādējādi kodolspēkstacijas galvenie elementi ir savstarpēji savienoti ar vienu ķēdi. no darba šķidruma.

YaEDU darbojas šādi. Reaktora iekārtā 5 uzkarsētais darba šķidrums tiek nosūtīts uz turbīnu 6, kas nodrošina kompresora 7 un turboģeneratora-kompresora ģeneratora 8 darbību. Ģenerators 8 ģenerē elektroenerģiju, kas pa elektriskajām līnijām 13 tiek nosūtīta uz elektriskajiem raķešu dzinējiem 1 un 2 un to barošanas sistēmām 3 un 4, nodrošinot to darbību. Pēc iziešanas no turbīnas 6 darba šķidrums caur augstas temperatūras ieplūdi 14 tiek nosūtīts uz siltummaini-rekuperatoru 9, kur darba šķidrums tiek daļēji atdzesēts.

Pēc tam no siltummaiņa-rekuperatora 9 zemas temperatūras izejas 17 darba šķidrums tiek nosūtīts uz Rank-Hilsch virpuļcauruli 10, kurā darba šķidruma plūsma tiek sadalīta "karstā" un "aukstā" komponentos. Darba šķidruma "karstā" daļa pēc tam seko ledusskapja emitētājam 11, kur šī darba šķidruma daļa tiek efektīvi atdzesēta. Darba šķidruma "aukstā" daļa seko kompresora 7 ieplūdei, un pēc atdzesēšanas tur seko darba šķidruma daļa, kas atstāj dzesētāju-radiatoru 11.

Kompresors 7 piegādā atdzesēto darba šķidrumu uz siltummaini-rekuperatoru 9 caur zemas temperatūras ieplūdi 15. Šis atdzesētais darba šķidrums siltummainī-rekuperatorā 9 nodrošina daļēju dzesēšanu pretplūstošajai darba šķidruma plūsmai, kas nonāk siltummainī. rekuperators 9 no turbīnas 6 caur augstas temperatūras ieplūdi 14. Tālāk, daļēji uzkarsētais darba šķidrums (sakarā ar siltuma apmaiņu ar pretplūsmu darba šķidrumam no turbīnas 6) no siltummaiņa-rekuperatora 9 caur augst- temperatūras izvads 16 atkal nonāk reaktora iekārtā 5, cikls tiek atkārtots vēlreiz.

Tādējādi viens darba šķidrums, kas atrodas slēgtā kontūrā, nodrošina nepārtrauktu atomelektrostacijas darbību, savukārt Rank-Hilsch virpuļcaurules izmantošana atomelektrostacijas sastāvā saskaņā ar piedāvāto tehnisko risinājumu uzlabo svara un izmēra raksturlielumus. AES, palielina tās darbības uzticamību, vienkāršo tās projektēšanas shēmu un ļauj paaugstināt visas atomelektrostacijas efektivitāti.

Sargieties no daudziem burtiem.

Kosmosa kuģa ar atomelektrostaciju (AES) Krievijā lidojuma modeli plānots izveidot līdz 2025. gadam. Attiecīgais darbs ir iekļauts Federālās kosmosa programmas 2016.–2025.gadam projektā (FKP-25), kuru Roscosmos nosūtīja saskaņošanai ministrijām.

Kodolenerģijas sistēmas tiek uzskatītas par galvenajiem daudzsološajiem enerģijas avotiem kosmosā, plānojot liela mēroga starpplanētu ekspedīcijas. Nākotnē atomelektrostacijas, kuras pašlaik attīsta Rosatom uzņēmumi, nākotnē spēs nodrošināt megavatu jaudu kosmosā.

Visi darbi pie atomelektrostaciju izveides norit atbilstoši plānotajiem termiņiem. Ar lielu pārliecību varam teikt, ka darbi tiks pabeigti mērķprogrammā paredzētajā termiņā,” saka valsts korporācijas Rosatom komunikāciju daļas projektu vadītājs Andrejs Ivanovs.

Nesen projekta ietvaros ir izieti divi nozīmīgi posmi: izveidots unikāls degvielas elementa dizains, kas nodrošina darbspēju pie augstām temperatūrām, lieliem temperatūras gradientiem un lielas devas apstarošanas. Sekmīgi noslēgušās arī topošā kosmosa energobloka reaktora tvertnes tehnoloģiskās pārbaudes. Šo testu ietvaros korpuss tika pakļauts spiedienam un tika veikti 3D mērījumi parastā metāla, apkārtmēru metinājuma un konusa pārejas zonās.

Darbības princips. Radīšanas vēsture.

Ar kodolreaktoru kosmosa vajadzībām nav būtisku grūtību. Laika posmā no 1962. līdz 1993. gadam mūsu valstī tika uzkrāta bagātīga pieredze līdzīgu instalāciju ražošanā. Līdzīgs darbs tika veikts ASV. Kopš 60. gadu sākuma pasaulē ir izstrādāti vairāku veidu elektropiedziņas dzinēji: jonu, stacionārā plazma, anoda slāņa dzinējs, impulsa plazmas dzinējs, magnetoplazma, magnetoplazmodinamiskais.

Pagājušajā gadsimtā PSRS un ASV aktīvi tika veikts darbs pie kosmosa kuģu kodoldzinēju izveides: amerikāņi projektu slēdza 1994. gadā, PSRS - 1988. gadā. Darbu slēgšanu lielā mērā veicināja Černobiļas katastrofa, kas negatīvi noskaņoja sabiedrības viedokli par kodolenerģijas izmantošanu. Turklāt kodoliekārtu testi kosmosā ne vienmēr tika veikti regulāri: 1978. gadā padomju satelīts Kosmos-954 iekļuva atmosfērā un sadalījās, izkaisot tūkstošiem radioaktīvo fragmentu 100 tūkstošu kvadrātmetru platībā. km Kanādas ziemeļrietumos. Padomju Savienība Kanādai izmaksāja naudas kompensāciju vairāk nekā 10 miljonu dolāru apmērā.

1988. gada maijā divas organizācijas - Amerikas zinātnieku federācija un Padomju zinātnieku komiteja mieram pret kodoldraudiem - izteica kopīgu priekšlikumu aizliegt kodolenerģijas izmantošanu kosmosā. Šis priekšlikums nesaņēma formālas sekas, taču kopš tā laika neviena valsts nav palaidusi kosmosa kuģi ar atomelektrostacijām.

Projekta lielās priekšrocības ir praktiski svarīgas ekspluatācijas īpašības - ilgs kalpošanas laiks (10 ekspluatācijas gadi), ievērojams kapitālā remonta intervāls un ilgs darbības laiks uz viena slēdža.

2010.gadā tika formulēti projekta tehniskie priekšlikumi. Dizains sākās šogad.

Atomelektrostacijā ir trīs galvenās iekārtas: 1) reaktora stacija ar darba šķidrumu un palīgierīcēm (siltummainis-rekuperators un turboģenerators-kompresors); 2) elektrisko raķešu piedziņas sistēma; 3) ledusskapis-emiters.

Reaktors.

No fiziskā viedokļa šis ir kompakts ar gāzi dzesēts ātro neitronu reaktors.
Izmantotā degviela ir urāna savienojums (dioksīds vai karbonitrīds), taču, tā kā konstrukcijai jābūt ļoti kompaktai, urānam ir lielāka bagātināšana ar 235 izotopu nekā degvielas stieņos tradicionālajās (civilajās) atomelektrostacijās, iespējams, vairāk nekā 20%. Un to apvalks ir monokristālisks ugunsizturīgu metālu sakausējums, kura pamatā ir molibdēns.

Šai degvielai būs jādarbojas ļoti augstā temperatūrā. Tāpēc bija jāizvēlas tādi materiāli, kas spētu ierobežot ar temperatūru saistītos negatīvos faktorus un vienlaikus ļautu degvielai pildīt savu galveno funkciju – sildīt gāzes dzesēšanas šķidrumu, kas tiks izmantots elektrības ražošanai.

Ledusskapis.

Gāzes dzesēšana kodoliekārtas darbības laikā ir absolūti nepieciešama. Kā izvadīt siltumu kosmosā? Vienīgā iespēja ir radiācijas dzesēšana. Apsildāmā virsma tukšumā tiek atdzesēta, izstarojot elektromagnētiskos viļņus plašā diapazonā, ieskaitot redzamo gaismu. Projekta unikalitāte ir īpaša dzesēšanas šķidruma - hēlija-ksenona maisījuma - izmantošanā. Instalācija nodrošina augstu efektivitāti.

Dzinējs.

Jonu dzinēja darbības princips ir šāds. Gāzizlādes kamerā ar anodu un katoda bloka palīdzību, kas atrodas magnētiskajā laukā, tiek izveidota retināta plazma. Darba šķidruma jonus (ksenonu vai citu vielu) no tā "izvelk" emisijas elektrods un paātrina spraugā starp to un paātrinājuma elektrodu.

Plāna īstenošanai laika posmā no 2010. līdz 2018. gadam tika solīti 17 miljardi rubļu. No šiem līdzekļiem 7,245 miljardi rubļu bija paredzēti valsts korporācijai Rosatom pašai reaktora būvniecībai. Citi 3,955 miljardi - FSUE "Keldišas centrs" kodolenerģijas vilces stacijas izveidei. Vēl 5,8 miljardi rubļu nonāks RSC Energia, kur tajā pašā laika posmā būs jāveido visa transporta un enerģētikas moduļa darba tēls.

Saskaņā ar plāniem līdz 2017. gada beigām tiks sagatavota atomelektrostacija, lai pabeigtu transporta un enerģijas moduli (starpplanētu lidojumu moduli). Līdz 2018. gada beigām atomelektrostacija būs gatava lidojumu konstrukcijas testiem. Projekts tiek finansēts no federālā budžeta.

Nav noslēpums, ka darbs pie kodolraķešu dzinēju izveides tika sākts ASV un PSRS vēl pagājušā gadsimta 60. gados. Cik tālu viņi ir tikuši? Un ar kādiem izaicinājumiem jūs sastapāties savā ceļā?

Anatolijs Korotejevs: Patiešām, mūsu valstī un ASV 60. un 70. gados sākās un aktīvi tika veikts darbs pie kodolenerģijas izmantošanas kosmosā.

Sākotnēji uzdevums bija izveidot raķešu dzinējus, kas degvielas un oksidētāja sadegšanas ķīmiskās enerģijas vietā izmantotu ūdeņraža uzsildīšanu līdz aptuveni 3000 grādu temperatūrai. Bet izrādījās, ka tik tiešs ceļš joprojām ir neefektīvs. Mēs uz īsu brīdi saņemam lielu vilci, bet tajā pašā laikā izmetam strūklu, kas reaktora nenormālas darbības gadījumā var izrādīties radioaktīvi piesārņota.

Zināma pieredze tika iegūta, taču ne mēs, ne amerikāņi toreiz nevarējām izveidot uzticamus dzinējus. Viņi strādāja, bet ne pietiekami, jo ūdeņraža uzsildīšana līdz 3000 grādiem kodolreaktorā ir nopietns uzdevums. Un turklāt šādu dzinēju zemes testu laikā radās vides problēmas, jo atmosfērā tika izmesti radioaktīvās strūklas. Vairs nav noslēpums, ka šāds darbs tika veikts īpaši kodolizmēģinājumiem sagatavotajā Semipalatinskas poligonā, kas palika Kazahstānā.

Tas ir, divi parametri izrādījās kritiski - pārmērīga temperatūra un radiācijas emisijas?

Anatolijs Korotejevs: Kopumā jā. Šo un dažu citu iemeslu dēļ darbs mūsu valstī un ASV tika pārtraukts vai apturēts - to var vērtēt dažādi. Un mums šķita nesaprātīgi tos atsākt tādā veidā, es teiktu, frontāli, lai uztaisītu kodoldzinēju ar visiem jau pieminētajiem trūkumiem. Mēs esam piedāvājuši pavisam citu pieeju. Tas atšķiras no vecā tāpat kā hibrīdauto no parastā. Parastajā automašīnā dzinējs griež riteņus, savukārt hibrīdautomobiļos no dzinēja rodas elektrība, un šī elektrība griež riteņus. Tas ir, tiek veidota noteikta starpelektrostacija.

Tāpēc mēs piedāvājām shēmu, kurā kosmiskais reaktors nesilda no tā izmesto strūklu, bet gan ģenerē elektrību. Karstā gāze no reaktora griež turbīnu, turbīna griež elektrisko ģeneratoru un kompresoru, kas cirkulē darba šķidrumu slēgtā ķēdē. No otras puses, ģenerators ražo elektroenerģiju plazmas dzinējam ar īpatnējo vilci, kas ir 20 reizes lielāka nekā ķīmiskajiem līdziniekiem.

Gudra shēma. Būtībā šī ir mini atomelektrostacija kosmosā. Un kādas ir tā priekšrocības salīdzinājumā ar reaktīvo kodoldzinēju?

Anatolijs Korotejevs: Galvenais, lai strūkla, kas izplūst no jaunā dzinēja, nebūtu radioaktīva, jo caur reaktoru iet pavisam cits darba šķidrums, kas atrodas slēgtā ķēdē.

Turklāt ar šo shēmu mums nav nepieciešams uzsildīt ūdeņradi līdz galējām vērtībām: reaktorā cirkulē inerts darba šķidrums, kas uzsilst līdz 1500 grādiem. Mēs nopietni vienkāršojam savu uzdevumu. Un rezultātā mēs paaugstināsim īpatnējo vilci nevis divas, bet 20 reizes, salīdzinot ar ķīmiskajiem dzinējiem.

Svarīga ir arī cita lieta: nav nepieciešamas sarežģītas pilna mēroga pārbaudes, kurām nepieciešama bijušās Semipalatinskas poligona infrastruktūra, jo īpaši stenda bāze, kas palika Kurčatovas pilsētā.

Mūsu gadījumā visus nepieciešamos testus var veikt Krievijas teritorijā, neiesaistoties ilgās starptautiskās sarunās par kodolenerģijas izmantošanu ārpus mūsu valsts.

Vai līdzīgi darbi tiek veikti arī citās valstīs?

Anatolijs Korotejevs: Man bija tikšanās ar NASA vadītāja vietnieku, mēs apspriedām jautājumus, kas saistīti ar atgriešanos darbā pie kodolenerģijas kosmosā, un viņš teica, ka amerikāņi par to izrāda lielu interesi.

Pilnīgi iespējams, ka arī Ķīna var atbildēt ar aktīvu rīcību no savas puses, tāpēc jāstrādā ātri. Un ne jau tāpēc, lai kādu apsteigtu par pussolīti.

Mums jāstrādā ātri, pirmkārt, lai topošajā starptautiskajā sadarbībā un de facto tā arī veidojas, mēs izskatītos cienīgi.

Neizslēdzu, ka tuvākajā laikā varētu tikt uzsākta starptautiska programma kosmosa atomelektrostacijai, līdzīga šobrīd īstenotajai vadāmās kodolsintēzes programmai.

Sergejs Aleksejs, 9 "A" klase SM "84. vidusskola"

Zinātniskais konsultants: , Bezpeļņas partnerības zinātniskās un inovatīvās darbības "Tomskas atomcentrs" direktora vietnieks

Darba vadītājs: , fizikas skolotājs, SM "84.vidusskola" ZATO Seversk

Ievads

Vilces sistēmas uz kosmosa kuģa ir paredzētas, lai radītu vilci vai impulsu. Atkarībā no piedziņas sistēmas izmantotā vilces veida tos iedala ķīmiskajos (CRD) un neķīmiskos (NCRD). HRD tiek iedalītas šķidrajā (LRE), cietajā kurināmajā (RDTT) un kombinētajā (KRD). Savukārt neķīmiskās piedziņas sistēmas iedala kodolenerģijas (NRE) un elektriskās (EP). Lielais zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis pirms gadsimta izveidoja pirmo piedziņas sistēmas modeli, kas darbojās ar cieto un šķidro kurināmo. Pēc tam 20. gadsimta otrajā pusē tika veikti tūkstošiem lidojumu, izmantojot galvenokārt LRE un cietās degvielas raķešu dzinējus.

Taču šobrīd lidojumiem uz citām planētām, par zvaigznēm nemaz nerunājot, šķidro degvielu raķešu dzinēju un cietās degvielas raķešu dzinēju izmantošana kļūst arvien neizdevīgāka, lai gan ir izstrādāti daudzi raķešu dzinēji. Visticamāk, LRE un cietās degvielas raķešu dzinēju iespējas ir sevi pilnībā izsmēlušas. Šeit iemesls ir tas, ka visu ķīmisko raķešu dzinēju īpatnējais impulss ir zems un nepārsniedz 5000 m/s, kas prasa ilgstošu vilces sistēmas darbību un attiecīgi lielas degvielas rezerves, lai attīstītu pietiekami lielus ātrumus, vai kā tas ir ierasts astronautikā, lielas Ciolkovska skaitļa vērtības, t.i., ar degvielu darbināmas raķetes masas attiecība pret tukšas raķetes masu. Tādējādi RN Energia, kas zemā orbītā nodod 100 tonnas kravnesības, palaišanas masa ir aptuveni 3000 tonnu, kas dod Ciolkovska skaitļa vērtību diapazonā no 30.

Piemēram, lidojumam uz Marsu Ciolkovska skaitlim vajadzētu būt vēl lielākam, sasniedzot vērtības no 30 līdz 50. Ir viegli aprēķināt, ka ar kravnesību aptuveni 1000 tonnu, proti, minimālo masu, kas nepieciešama, lai nodrošinātu visu nepieciešamo. apkalpei, kas startē uz Marsu, ņemot vērā degvielas padevi atgriešanās lidojumam uz Zemi, kosmosa kuģa sākotnējai masai jābūt vismaz 30 000 tonnu, kas nepārprotami pārsniedz mūsdienu astronautikas attīstības līmeni, pamatojoties uz šķidruma izmantošanu. propelentu raķešu dzinēji un cietās degvielas raķešu dzinēji.

Tādējādi, lai apkalpes varētu sasniegt pat tuvākās planētas, ir jāizstrādā nesējraķetes uz dzinējiem, kas darbojas pēc principiem, kas atšķiras no ķīmiskās piedziņas. Visperspektīvākie šajā ziņā ir elektriskie reaktīvie dzinēji (EP), termoķīmiskie raķešu dzinēji un kodolreaktīvās dzinēji (NJ).

1.Pamatjēdzieni

Raķešu dzinējs ir reaktīvais dzinējs, kas ekspluatācijai neizmanto apkārtējo vidi (gaisu, ūdeni). Visplašāk izmantotie ķīmiskie raķešu dzinēji. Tiek izstrādāti un testēti arī cita veida raķešu dzinēji - elektriskie, kodolieroči un citi. Kosmosa stacijās un transportlīdzekļos plaši tiek izmantoti arī vienkāršākie raķešu dzinēji, kas darbojas ar saspiestām gāzēm. Viņi parasti izmanto slāpekli kā darba šķidrumu. /one/

Vilces sistēmu klasifikācija

2. Raķešu dzinēju mērķis

Atbilstoši mērķim raķešu dzinējus iedala vairākos galvenajos veidos: paātrinošie (palaišanas), bremzēšanas, uzturētājdzinēji, vadības un citi. Raķešu dzinēji galvenokārt tiek izmantoti raķetēs (tātad nosaukums). Turklāt aviācijā dažreiz tiek izmantoti raķešu dzinēji. Raķešu dzinēji ir galvenie astronautikas dzinēji.

Militārajām (kaujas) raķetēm parasti ir cietās degvielas dzinēji. Tas ir saistīts ar faktu, ka šāds dzinējs tiek uzpildīts rūpnīcā, un tam nav nepieciešama apkope visā pašas raķetes glabāšanas un apkalpošanas laikā. Cietās degvielas dzinējus bieži izmanto kā kosmosa raķešu pastiprinātājus. Īpaši plaši šajā jomā tos izmanto ASV, Francijā, Japānā un Ķīnā.

Šķidrās degvielas raķešu dzinējiem ir augstāki vilces raksturlielumi nekā cietās degvielas dzinējiem. Tāpēc tos izmanto, lai palaistu kosmosa raķetes orbītā ap Zemi un starpplanētu lidojumos. Galvenās raķešu šķidrās degvielas ir petroleja, heptāns (dimetilhidrazīns) un šķidrais ūdeņradis. Šādai degvielai ir nepieciešams oksidētājs (skābeklis). Slāpekļskābi un sašķidrināto skābekli šādos dzinējos izmanto kā oksidētāju. Slāpekļskābe oksidējošo īpašību ziņā ir zemāka par sašķidrināto skābekli, taču tai nav nepieciešams uzturēt īpašu temperatūras režīmu uzglabāšanas, degvielas uzpildes un raķešu izmantošanas laikā.

Kosmosa lidojumiem paredzētie dzinēji atšķiras no sauszemes ar to, ka tiem ar pēc iespējas mazāku masu un tilpumu jārada pēc iespējas lielāka jauda. Turklāt uz tiem attiecas tādas prasības kā īpaši augsta efektivitāte un uzticamība, ievērojams darbības laiks. Atkarībā no izmantotās enerģijas veida kosmosa kuģu vilces sistēmas iedala četros veidos: termoķīmiskās, kodolenerģijas, elektriskās, saules burāšanas. Katram no šiem veidiem ir savas priekšrocības un trūkumi, un tos var izmantot noteiktos apstākļos.

Pašlaik kosmosa kuģi, orbitālās stacijas un bezpilota Zemes pavadoņi tiek palaisti kosmosā ar raķetēm, kas aprīkotas ar jaudīgiem termoķīmiskiem dzinējiem. Ir arī miniatūri zemas vilces dzinēji. Šī ir jaudīgu dzinēju samazināta kopija. Dažas no tām var ietilpt plaukstā. Šādu dzinēju vilces spēks ir ļoti mazs, taču ar to pietiek, lai kontrolētu kuģa stāvokli kosmosā.

3. Termoķīmiskie raķešu dzinēji.

Ir zināms, ka iekšdedzes dzinējā tvaika katla kurtuve - visur, kur notiek degšana, atmosfēras skābeklis aizņem visaktīvāko daļu. Kosmosā nav gaisa, un raķešu dzinēju darbībai kosmosā ir nepieciešamas divas sastāvdaļas - degviela un oksidētājs.

Šķidrajos termoķīmiskos raķešu dzinējos kā degvielu izmanto spirtu, petroleju, benzīnu, anilīnu, hidrazīnu, dimetilhidrazīnu, šķidro ūdeņradi. Kā oksidētājs tiek izmantots šķidrais skābeklis, ūdeņraža peroksīds, slāpekļskābe. Iespējams, ka šķidrais fluors tiks izmantots kā oksidētājs nākotnē, kad tiks izgudrotas šādas aktīvās ķīmiskās vielas uzglabāšanas un izmantošanas metodes.

Degviela un oksidētājs šķidrās degvielas reaktīvo dzinējiem tiek uzglabāti atsevišķi, īpašās tvertnēs un iesūknēti sadegšanas kamerā. Kad tie tiek apvienoti sadegšanas kamerā, veidojas temperatūra līdz 3000 - 4500 ° C.

Degšanas produkti, izplešoties, iegūst ātrumu no 2500 līdz 4500 m/s. Sākot no dzinēja korpusa, tie rada strūklas vilci. Tajā pašā laikā, jo lielāka ir gāzu aizplūšanas masa un ātrums, jo lielāks ir dzinēja vilces spēks.

Dzinēju īpatnējo vilci pieņemts novērtēt pēc vilces daudzuma, ko rada vienā sekundē sadedzinātas degvielas masas vienība. Šo vērtību sauc par raķešu dzinēja īpašo impulsu, un to mēra sekundēs (kg vilces / kg sadedzinātās degvielas sekundē). Labākajiem cietās degvielas raķešu dzinējiem īpatnējais impulss ir līdz 190 s, tas ir, 1 kg degvielas, sadegot vienā sekundē, rada 190 kg vilces spēku. Ūdeņraža-skābekļa raķešu dzinēja īpatnējais impulss ir 350 s. Teorētiski ūdeņraža-fluora dzinējs var attīstīt īpašu impulsu, kas pārsniedz 400 s.

Parasti izmantotā šķidrās degvielas raķešu dzinēja shēma darbojas šādi. Saspiestā gāze rada nepieciešamo spiedienu tvertnēs ar kriogēno degvielu, lai novērstu gāzes burbuļu rašanos cauruļvados. Sūkņi piegādā degvielu raķešu dzinējiem. Degviela tiek iesmidzināta sadegšanas kamerā caur lielu skaitu inžektoru. Arī sadegšanas kamerā caur sprauslām tiek ievadīts oksidētājs.

Jebkurā automašīnā degvielas sadegšanas laikā veidojas lielas siltuma plūsmas, kas silda dzinēja sienas. Ja kameras sienas neatdzesēsiet, tā ātri izdegs neatkarīgi no tā, no kāda materiāla tā ir izgatavota. Šķidrās degvielas reaktīvo dzinēju parasti dzesē ar vienu no degvielu sastāvdaļām. Šim nolūkam kamera ir izgatavota no divām sienām. Aukstā degvielas sastāvdaļa plūst spraugā starp sienām.

Alumīnijs" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">alumīnijs utt. Īpaši kā piedeva tradicionālajām degvielām, piemēram, ūdeņradis-skābeklis. Šādi "trīskārši sastāvi" spēj nodrošināt pēc iespējas lielāku ātrumu ķīmiskajai degvielai aizplūšana - līdz 5 km/s.Bet tā ir gandrīz ķīmijas resursu robeža.Vairāk praktiski nevar.Lai arī piedāvātajā aprakstā joprojām dominē šķidro raķešu dzinēji, jāsaka, ka pirmais g. cilvēces vēsturē tika izveidots termoķīmisks raķešu dzinējs uz cietā kurināmā - Cietās degvielas raķešu dzinējs Degviela - piemēram, speciālais šaujampulveris - atrodas tieši sadegšanas kamerā.Sadegšanas kamera ar strūklas sprauslu, kas piepildīta ar cieto degvielu - tas ir viss dizains.Cietā kurināmā sadegšanas režīms ir atkarīgs no cietā kurināmā raķešu dzinēja mērķa (iedarbināšanas, maršēšanas vai kombinētās).Militārajās lietās izmantotajām cietās degvielas raķetēm ir raksturīga palaišanas un uzturētāju dzinēju klātbūtne. Tas ir īss laiks, kas nepieciešams, lai raķete atstātu palaišanas iekārtu un tās sākotnējo paātrinājumu. Maršējošais cietās degvielas raķešu dzinējs ir paredzēts, lai uzturētu nemainīgu raķetes lidojuma ātrumu lidojuma trajektorijas galvenajā (kreisēšanas) daļā. Atšķirības starp tām galvenokārt ir sadegšanas kameras konstrukcijā un degvielas lādiņa sadegšanas virsmas profilā, kas nosaka degvielas sadegšanas ātrumu, no kā atkarīgs darbības laiks un dzinēja vilce. Atšķirībā no šādām raķetēm, kosmiskās nesējraķetes Zemes pavadoņu, orbitālo staciju un kosmosa kuģu palaišanai, kā arī starpplanētu stacijas darbojas tikai starta režīmā no raķetes palaišanas līdz objekta palaišanai orbītā ap Zemi vai starpplanētu. trajektorija. Kopumā cietajiem raķešu dzinējiem nav daudz priekšrocību salīdzinājumā ar šķidrās degvielas dzinējiem: tos ir viegli izgatavot, tos var ilgstoši uzglabāt, tie vienmēr ir gatavi darbībai un ir samērā sprādziendroši. Bet īpatnējās vilces ziņā cietās degvielas dzinēji ir par 10–30% zemāki nekā šķidrie.

4. Elektriskie raķešu dzinēji

Gandrīz visi iepriekš apspriestie raķešu dzinēji attīsta milzīgu vilci un ir paredzēti, lai kosmosa kuģi novietotu orbītā ap Zemi un paātrinātu tos līdz kosmosa ātrumam starpplanētu lidojumiem. Tā ir pavisam cita lieta - vilces sistēmas kosmosa kuģiem, kas jau palaisti orbītā vai uz starpplanētu trajektorijas. Šeit, kā likums, ir nepieciešami mazjaudas motori (vairāki kilovati vai pat vati), kas var strādāt simtiem un tūkstošiem stundu un atkārtoti ieslēgties un izslēgties. Tie ļauj uzturēt lidojumu orbītā vai pa noteiktu trajektoriju, kompensējot atmosfēras augšējo slāņu un saules vēja radīto pretestību lidojumam. Elektrisko raķešu dzinējos darba šķidrums tiek paātrināts līdz noteiktam ātrumam, sildot to ar elektrisko enerģiju. Elektrību iegūst no saules paneļiem vai atomelektrostacijas. Darba šķidruma sildīšanas metodes ir dažādas, taču patiesībā to galvenokārt izmanto elektriskā loka. Tas izrādījās ļoti uzticams un iztur lielu skaitu ieslēgumu. Ūdeņradi izmanto kā darba šķidrumu elektriskajos loka dzinējos. Ar elektriskā loka palīdzību ūdeņradis tiek uzkarsēts līdz ļoti augstai temperatūrai un tas pārvēršas plazmā – elektriski neitrālā pozitīvo jonu un elektronu maisījumā. Plazmas izplūdes ātrums no dzinekra sasniedz 20 km/s. Kad zinātnieki atrisinās plazmas magnētiskās izolācijas problēmu no dzinēja kameras sienām, tad būs iespējams būtiski paaugstināt plazmas temperatūru un panākt izplūdes ātrumu līdz 100 km/s. Pirmais elektriskais raķešu dzinējs tika izstrādāts Padomju Savienībā gados. vadībā (vēlāk viņš kļuva par padomju kosmosa raķešu dzinēju radītāju un akadēmiķi) slavenajā gāzes dinamikas laboratorijā (GDL). / 10 /

5.Cita veida dzinēji

Ir arī eksotiskāki kodolraķešu dzinēju projekti, kuros skaldāmais materiāls ir šķidrā, gāzveida vai pat plazmas stāvoklī, taču šādu konstrukciju realizācija pašreizējā tehnoloģiju un tehnoloģiju līmenī ir nereāla. Teorētiskā vai laboratorijas stadijā ir šādi raķešu dzinēju projekti

Impulsa kodolraķešu dzinēji, kas izmanto mazu kodollādiņu sprādzienu enerģiju;

Kodoltermisko raķešu dzinēji, kas var izmantot ūdeņraža izotopu kā degvielu. Ūdeņraža energoefektivitāte šādā reakcijā ir 6,8*1011 kJ/kg, tas ir, aptuveni divas kārtas lielāka nekā kodola skaldīšanas reakciju produktivitāte;

Saules buru dzinēji - kuros tiek izmantots saules gaismas spiediens (saules vējš), kuru esamību empīriski pierādīja krievu fiziķis tālajā 1899. gadā. Pēc aprēķiniem zinātnieki ir noskaidrojuši, ka 1 tonnu smaga ierīce, kas aprīkota ar buru, kuras diametrs ir 500 m, no Zemes uz Marsu var aizlidot aptuveni 300 dienās. Tomēr saules buras efektivitāte strauji samazinās līdz ar attālumu no Saules.

6. Kodolraķešu dzinēji

Viens no galvenajiem šķidrās degvielas raķešu dzinēju trūkumiem ir saistīts ar ierobežoto gāzu aizplūšanas ātrumu. Kodolraķešu dzinējos, šķiet, ir iespējams izmantot kolosālo enerģiju, kas izdalās kodolenerģijas "degvielas" sadalīšanās laikā, lai uzsildītu darba vielu. Kodolraķešu dzinēju darbības princips ir gandrīz tāds pats kā termoķīmisko dzinēju darbības princips. Atšķirība slēpjas faktā, ka darba šķidrums tiek uzkarsēts nevis savas ķīmiskās enerģijas dēļ, bet gan intranukleārās reakcijas laikā izdalītās "svešās" enerģijas dēļ. Darba šķidrums tiek izvadīts caur kodolreaktoru, kurā notiek atomu kodolu (piemēram, urāna) skaldīšanas reakcija, un tajā pašā laikā tas uzsilst. Kodolraķešu dzinēji novērš nepieciešamību pēc oksidētāja, tāpēc var izmantot tikai vienu šķidrumu. Kā darba šķidrumu vēlams izmantot vielas, kas ļauj dzinējam attīstīt lielu vilces spēku. Šo nosacījumu vispilnīgāk apmierina ūdeņradis, kam seko amonjaks, hidrazīns un ūdens. Procesus, kuros izdalās kodolenerģija, iedala radioaktīvās transformācijās, smago kodolu skaldīšanas reakcijās un vieglo kodolu saplūšanas reakcijās. Radioizotopu transformācijas tiek realizētas tā sauktajos izotopu enerģijas avotos. Mākslīgo radioaktīvo izotopu īpatnējā masas enerģija (enerģija, ko var atbrīvot viela, kas sver 1 kg) ir daudz lielāka nekā ķīmiskā kurināmā. Tātad 210Ро tas ir vienāds ar 5*10 8 KJ/kg, savukārt energoefektīvākajai ķīmiskajai degvielai (berilijam ar skābekli) šī vērtība nepārsniedz 3*10 4 KJ/kg. Diemžēl pagaidām nav racionāli izmantot šādus dzinējus kosmiskajās nesējraķetēs. Iemesls tam ir izotopu vielas augstās izmaksas un darbības grūtības. Galu galā izotops nepārtraukti izdala enerģiju pat tad, ja tas tiek transportēts īpašā konteinerā un kad raķete ir novietota stāvēšanai starta brīdī. Kodolreaktori izmanto energoefektīvāku degvielu. Tādējādi 235U (urāna skaldāmā izotopa) īpatnējā masas enerģija ir 6,75 * 10 9 kJ / kg, tas ir, aptuveni par kārtu augstāka nekā 210Ро izotopa. Šos dzinējus var "ieslēgt" un "izslēgt", kodoldegviela (233U, 235U, 238U, 239Pu) ir daudz lētāka nekā izotops. Šādos dzinējos kā darba šķidrumu var izmantot ne tikai ūdeni, bet arī efektīvākas darba vielas - spirtu, amonjaku, šķidro ūdeņradi. Dzinēja ar šķidro ūdeņradi īpatnējā vilce ir 900 s. Vienkāršākajā kodolraķešu dzinēja shēmā ar reaktoru, kas darbojas ar cieto kodoldegvielu, darba šķidrumu ievieto tvertnē. Sūknis to piegādā motora kamerā. Ar sprauslu palīdzību izsmidzināts darba šķidrums nonāk saskarē ar siltumu radošo kodoldegvielu, uzsilst, izplešas un lielā ātrumā tiek izvadīts uz āru caur sprauslu. Kodoldegviela enerģijas rezervju ziņā pārspēj jebkuru citu degvielas veidu. Tad rodas dabisks jautājums – kāpēc instalācijām ar šo degvielu joprojām ir salīdzinoši maza īpatnējā vilce un liela masa? Fakts ir tāds, ka cietās fāzes kodolraķešu dzinēja īpatnējo vilci ierobežo skaldāmā materiāla temperatūra, un elektrostacija darbības laikā izstaro spēcīgu jonizējošo starojumu, kas kaitīgi ietekmē dzīvos organismus. Bioloģiskā aizsardzība pret šādu starojumu ir ļoti svarīga, un tā nav piemērojama kosmosa kuģiem. Praktiskā kodolraķešu dzinēju izstrāde, izmantojot cieto kodoldegvielu, sākās pagājušā gadsimta 50. gadu vidū Padomju Savienībā un ASV, gandrīz vienlaikus ar pirmo atomelektrostaciju celtniecību. Darbs tika veikts augstas slepenības gaisotnē, taču ir zināms, ka šādi raķešu dzinēji vēl nav saņēmuši reālu izmantošanu astronautikā. Līdz šim viss ir aprobežojies ar salīdzinoši mazas jaudas izotopu elektroenerģijas avotu izmantošanu bezpilota mākslīgajiem Zemes pavadoņiem, starpplanētu kosmosa kuģiem un pasaulslavenajam padomju "mēness roveram".

7. Kodolreaktīvie dzinēji, darbības princips, impulsa iegūšanas metodes kodolraķešu dzinējā.

NRE savu nosaukumu ieguva tāpēc, ka tie rada vilci, izmantojot kodolenerģiju, tas ir, enerģiju, kas izdalās kodolreakciju rezultātā. Vispārīgā nozīmē šīs reakcijas nozīmē jebkuras izmaiņas atomu kodolu enerģētiskajā stāvoklī, kā arī dažu kodolu pārvēršanos citos, kas saistītas ar kodolu struktūras pārkārtošanos vai tajos esošo elementārdaļiņu skaita izmaiņām. - nukloni. Turklāt kodolreakcijas, kā zināms, var notikt vai nu spontāni (t.i., spontāni) vai mākslīgi izraisītas, piemēram, kad dažus kodolus bombardē citi (vai elementārdaļiņas). Kodola dalīšanās un kodolsintēzes reakcijas enerģijas izteiksmē pārsniedz ķīmiskās reakcijas attiecīgi miljoniem un desmitiem miljonu reižu. Tas izskaidrojams ar to, ka atomu ķīmiskās saites enerģija molekulās ir daudzkārt mazāka par kodolsaites enerģiju kodolā esošajiem nukleoniem. Kodolenerģiju raķešu dzinējos var izmantot divos veidos:

1. Izdalītā enerģija tiek izmantota darba šķidruma sildīšanai, kas pēc tam sprauslā izplešas, tāpat kā parastajā raķešu dzinējā.

2. Kodolenerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā un pēc tam tiek izmantota, lai jonizētu un paātrinātu darba šķidruma daļiņas.

3. Visbeidzot, impulsu rada paši skaldīšanas produkti, kas veidojas procesā DIV_ADBLOCK265">

Pēc analoģijas ar LRE, sākotnējais NRE darba šķidrums tiek uzglabāts šķidrā stāvoklī piedziņas sistēmas tvertnē un tiek piegādāts, izmantojot turbo sūkņa bloku. Gāzi šīs iekārtas, kas sastāv no turbīnas un sūkņa, rotācijai var ražot pašā reaktorā.

Šādas piedziņas sistēmas diagramma ir parādīta attēlā.

Ir daudz NRE ar skaldīšanas reaktoru:

cietā fāze

gāzes fāze

NRE ar kodolsintēzes reaktoru

Pulse YARD un citi

No visiem iespējamiem NRE veidiem visattīstītākie ir termisko radioizotopu dzinējs un dzinējs ar cietās fāzes skaldīšanas reaktoru. Bet, ja radioizotopu NRE īpašības neļauj cerēt uz to plašu pielietojumu astronautikā (vismaz tuvākajā nākotnē), tad cietās fāzes NRE izveide paver lielas perspektīvas astronautikai. Tipisks šāda veida NRE satur cietās fāzes reaktoru cilindra formā, kura augstums un diametrs ir aptuveni 1–2 m (ja šie parametri ir tuvu, skaldīšanas neitronu noplūde apkārtējā telpā ir minimāla).

Reaktors sastāv no aktīvās zonas; šo zonu aptverošs atstarotājs; pārvaldes institūcijas; barošanas korpuss un citi elementi. Kodoldegviela satur kodoldegvielu - skaldmateriālu (bagātinātu urānu), kas ir ietverts degvielas elementos, un moderatoru vai atšķaidītāju. Attēlā redzamais reaktors ir viendabīgs - tajā moderators ir daļa no degvielas elementiem, viendabīgi sajaucoties ar degvielu. Moderatoru var novietot arī atsevišķi no kodoldegvielas. Šajā gadījumā reaktoru sauc par neviendabīgu. Atšķaidītājus (tie var būt, piemēram, ugunsizturīgi metāli - volframs, molibdēns) izmanto, lai skaldāmajām vielām piešķirtu īpašas īpašības.

Cietās fāzes reaktora degvielas elementi ir caurdurti ar kanāliem, pa kuriem plūst NRE darba šķidrums, pakāpeniski uzkarstot. Kanālu diametrs ir aptuveni 1-3 mm, un to kopējā platība ir 20-30% no serdes šķērsgriezuma. Kodols ir iekarināts ar īpašu režģi jaudas korpusa iekšpusē, lai tas varētu izplesties, kad reaktors tiek uzkarsēts (pretējā gadījumā tas sabruktu termiskās slodzes dēļ).

Kodols piedzīvo lielas mehāniskās slodzes, kas saistītas ar ievērojamu hidrauliskā spiediena kritumu (līdz pat vairākiem desmitiem atmosfēru) no plūstošā darba šķidruma, termiskajiem spriegumiem un vibrācijām. Aktīvās zonas lieluma palielināšanās reaktora sildīšanas laikā sasniedz vairākus centimetrus. Aktīvā zona un reflektors ir ievietoti spēcīgas jaudas korpusā, kas uztver darba šķidruma spiedienu un strūklas sprauslas radīto vilci. Korpuss ir noslēgts ar spēcīgu vāku. Tajā ir ievietoti pneimatiskie, atsperu vai elektriskie mehānismi regulējošo institūciju vadīšanai, NRE piestiprināšanas punkti kosmosa kuģim, atloki NRE savienošanai ar darba šķidruma padeves cauruļvadiem. Uz vāka var atrasties arī turbo sūkņa bloks.

8 - Uzgalis,

9 - Paplašināmā sprausla,

10 - Turbīnas darba vielas izvēle,

11 - Spēka korpuss,

12 - Vadības cilindrs

13 - Turbīnas izplūdes gāze (izmanto, lai kontrolētu stāvokli un palielinātu vilci),

14 - gredzenveida piedziņas vadības bungas)

1957. gada sākumā tika noteikts Losalamos laboratorijas galīgais darba virziens un pieņemts lēmums būvēt grafīta kodolreaktoru ar grafītā izkliedētu urāna degvielu. Šajā virzienā radītais reaktors Kiwi-A tika izmēģināts 1959. gadā 1. jūlijā.

Amerikāņu cietfāzes kodolreaktīvā dzinējs XE Prime uz pārbaudes stenda (1968)

Papildus reaktora celtniecībai Los Alamos laboratorija pilnā sparā darbojās īpaša izmēģinājumu poligona celtniecībā Nevadā, kā arī veica vairākus īpašus pasūtījumus no ASV gaisa spēkiem saistītajās jomās (atsevišķa TNRE izstrāde vienības). Los Alamos laboratorijas vārdā visus īpašos pasūtījumus atsevišķu komponentu ražošanai veica firmas: Aerojet General, Ziemeļamerikas aviācijas nodaļa Rocketdyne. 1958. gada vasarā visa kontrole pār Rover programmu no ASV gaisa spēku pārgāja jaunizveidotajai Nacionālajai aeronautikas un kosmosa pārvaldei (NASA). Īpašas vienošanās starp AEC un NASA rezultātā 1960. gada vasaras vidū G. Fingera vadībā tika izveidots Kosmosa kodoldzinēju birojs, kas turpmāk vadīja Rover programmu.

Sešu kodolreaktīvo dzinēju "karsto testu" rezultāti bija ļoti iepriecinoši, un 1961. gada sākumā tika sagatavots ziņojums par reaktora lidojuma testiem (RJFT). Pēc tam 1961. gada vidū tika uzsākts Nerva projekts (kodoldzinēja izmantošana kosmosa raķetēm). Aerojet General tika izvēlēts par ģenerāluzņēmēju, bet Westinghouse par apakšuzņēmēju, kas atbildīgs par reaktora būvniecību.

10.2 TNRD darbs Krievijā

Amerikāņu" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Amerikāņi Krievu zinātnieki izmantoja visekonomiskākos un efektīvākos atsevišķu degvielas elementu testus pētniecības reaktoros. Salyut", Ķīmiskās automatizācijas projektēšanas birojs, IAE, NIKIET un Tika izveidota NPO "Luch" (PNITI), lai izstrādātu dažādus kosmosa kodolraķešu dzinēju un hibrīdu atomelektrostaciju projektus. Luch, MAI). PAGALMS RD 0411 un minimālā izmēra kodoldzinējs RD 0410 vilces spēks attiecīgi 40 un 3,6 tonnas.

Rezultātā tika izgatavots reaktors, “aukstais” dzinējs un stenda prototips testēšanai ar gāzveida ūdeņradi. Atšķirībā no amerikāņu, ar īpatnējo impulsu ne vairāk kā 8250 m/s, padomju TNRE, pateicoties karstumizturīgāku un modernāku degvielas elementu izmantošanai un augstai temperatūrai serdeņos, šis rādītājs bija vienāds ar 9100 m/s. s un augstāk. Sola bāze NPO Luch kopīgās ekspedīcijas TNRD testēšanai atradās 50 km uz dienvidrietumiem no Semipalatinskas-21 pilsētas. Viņa sāka strādāt 1962. gadā. Gados testēšanas vietā tika pārbaudīti pilna mēroga NRE prototipu degvielas elementi. Tajā pašā laikā izplūdes gāzes nokļuva slēgtajā emisijas sistēmā. Solu komplekss pilna mēroga kodoldzinēju testēšanai "Baikal-1" atrodas 65 km uz dienvidiem no Semipalatinskas-21 pilsētas. No 1970. līdz 1988. gadam tika veikti aptuveni 30 reaktoru "karstie iedarbinājumi". Tajā pašā laikā jauda nepārsniedza 230 MW ar ūdeņraža plūsmas ātrumu līdz 16,5 kg / s un tā temperatūru pie reaktora izejas 3100 K. Visas palaišanas bija veiksmīgas, bez avārijām un saskaņā ar plānu.

Padomju TYARD RD-0410 - vienīgais strādājošais un uzticamais rūpnieciskais kodolraķešu dzinējs pasaulē

Patlaban šādi darbi poligonā ir pārtraukti, lai gan iekārtas tiek uzturētas samērā darbīgā stāvoklī. NPO Luch stenda bāze ir vienīgais eksperimentālais komplekss pasaulē, kurā iespējams bez ievērojamām finansiālām un laika izmaksām pārbaudīt NRE reaktoru elementus. Iespējams, ka ASV atsāktais darbs pie TNRE lidojumiem uz Mēnesi un Marsu Kosmosa izpētes iniciatīvas programmas ietvaros ar plānoto Krievijas un Kazahstānas speciālistu piedalīšanos novedīs pie Semipalatinskas darbības atsākšanas. bāze un "Marsiešu" ekspedīcijas īstenošana 2020. gados .

Galvenās īpašības

Īpatnējais impulss uz ūdeņradi: 910 - 980 sek(teor. līdz 1000 sek).

· Darba ķermeņa (ūdeņraža) izelpas ātrums: 9100 - 9800 m/sek.

· Sasniedzamā vilce: līdz simtiem un tūkstošiem tonnu.

· Maksimālās darba temperatūras: 3000°С - 3700°С (īslaicīgi ieskaitot).

· Kalpošanas laiks: līdz vairākiem tūkstošiem stundu (periodiska aktivizēšana). /pieci/

11.Ierīce

Padomju cietās fāzes kodolraķešu dzinēja RD-0410 ierīce

1 - līnija no darba šķidruma tvertnes

2 - turbo sūkņa bloks

3 - kontrolēt bungu piedziņu

4 - aizsardzība pret radiāciju

5 - vadības cilindrs

6 - palēninātājs

7 - degvielas komplekts

8 - reaktora tvertne

9 - uguns dibens

10 - Sprauslas dzesēšanas līnija

11- sprauslu kamera

12 - uzgalis

12. Darbības princips

TNRD pēc sava darbības principa ir augstas temperatūras reaktors-siltummainis, kurā zem spiediena tiek ievadīts darba šķidrums (šķidrais ūdeņradis) un, uzkarsējot līdz augstām temperatūrām (virs 3000 °C), tas ir izvadīts caur atdzesētu sprauslu. Siltuma atgūšana sprauslā ir ļoti izdevīga, jo ļauj daudz ātrāk uzsildīt ūdeņradi un, izmantojot ievērojamu daudzumu siltumenerģijas, palielināt īpatnējo impulsu līdz 1000 sek (9100-9800 m/s).

Kodolraķešu dzinēja reaktors

MsoNormalTable">

darba ķermenis

Blīvums, g/cm3

īpatnējā vilce (pie norādītajām temperatūrām sildīšanas kamerā, °K), sek

0,071 (šķidrums)

0,682 (šķidrums)

1000 (šķidrums)

Nē. datus

Nē. datus

Nē. datus

(Piezīme: Spiediens apkures kamerā ir 45,7 atm, izplešanās līdz spiedienam 1 atm, nemainot darba šķidruma ķīmisko sastāvu) /6/

15.Priekšrocības

Galvenā TNRD priekšrocība salīdzinājumā ar ķīmiskajiem raķešu dzinējiem ir iegūt augstāku īpatnējo impulsu, ievērojamu enerģijas rezervi, kompaktu sistēmu un spēju iegūt ļoti lielu vilces spēku (desmitiem, simtiem un tūkstošiem tonnu vakuumā. Kopumā specifiskais impulss Vakuumā sasniegtais ir 3-4 reizes lielāks nekā izlietotajai divkomponentu ķīmiskajai raķešu degvielai (petroleja-skābeklis, ūdeņradis-skābeklis), bet, strādājot ar augstāko siltuma intensitāti, - 4-5 reizes. Šobrīd ASV. un Krievijai ir ievērojama pieredze šādu dzinēju izstrādē un būvniecībā, un nepieciešamības gadījumā (speciālas kosmosa izpētes programmas) šādus dzinējus var izgatavot īsā laikā un par tiem būs saprātīgas izmaksas. Gadījumā, ja TNRD izmanto kosmosa kuģu paātrināšanai kosmosā un papildus izmantojot perturbācijas manevrus, izmantojot lielo planētu (Jupiters, Urāns, Saturns, Neptūns) gravitācijas lauku, sasniedzamās Saules izpētes robežas. Sistēmas ievērojami paplašinās, un laiks, kas nepieciešams, lai sasniegtu attālas planētas, ir ievērojami samazināts. Turklāt TNRD var veiksmīgi izmantot transportlīdzekļiem, kas darbojas zemās milzu planētu orbītās, izmantojot to reto atmosfēru kā darba šķidrumu, vai darbam to atmosfērā. /8/

16. Trūkumi

Galvenais TNRD trūkums ir spēcīgas caurlaidīgā starojuma (gamma starojuma, neitronu) plūsmas klātbūtne, kā arī ļoti radioaktīvu urāna savienojumu, ugunsizturīgo savienojumu ar inducētu starojumu un radioaktīvo gāzu noņemšana ar darba šķidrumu. Šajā sakarā TNRD nav pieņemama palaišanai uz zemes, lai izvairītos no vides situācijas pasliktināšanās palaišanas vietā un atmosfērā. /četrpadsmit/

17. TJARD īpašību uzlabošana. Hibrīds TRNR

Tāpat kā jebkurai raķetei vai jebkuram dzinējam kopumā, arī cietfāzes kodolreaktīvā dzinējam ir būtiski ierobežojumi attiecībā uz sasniedzamajām kritiskajām īpašībām. Šie ierobežojumi norāda uz ierīces (TNRD) neiespējamību darboties temperatūras diapazonā, kas pārsniedz motora konstrukcijas materiālu maksimālo darba temperatūru diapazonu. Lai paplašinātu TNRD iespējas un būtiski palielinātu galvenos darbības parametrus, var pielietot dažādas hibrīdshēmas, kurās TNRD pilda siltuma un enerģijas avota lomu un tiek izmantotas papildu fizikālās metodes darba ķermeņu paātrināšanai. Visuzticamākā, praktiski iespējama un ar augstiem raksturlielumiem specifiskā impulsa un vilces ziņā ir hibrīda shēma ar papildu MHD ķēdi (magnetohidrodinamiskā ķēde) jonizētā darba šķidruma (ūdeņraža un speciālu piedevu) paātrināšanai. /13/

18. Radiācijas bīstamība no PAGALMA.

Strādājošs NRE ir spēcīgs starojuma avots – gamma un neitronu starojums. Neveicot īpašus pasākumus, starojums var izraisīt nepieņemamu darba šķidruma un konstrukcijas uzkaršanu kosmosa kuģī, metāla konstrukciju materiālu trauslumu, plastmasas iznīcināšanu un gumijas detaļu novecošanos, elektrisko kabeļu izolācijas pārkāpumus un elektronisko iekārtu bojājumus. Radiācija var izraisīt materiālu inducētu (mākslīgu) radioaktivitāti – to aktivizāciju.

Šobrīd kosmosa kuģu ar NRE radiācijas aizsardzības problēma tiek uzskatīta par principā atrisinātu. Atrisināti arī fundamentālie jautājumi saistībā ar kodolraķešu dzinēju apkopi izmēģinājumu stendos un palaišanas vietās. Lai gan strādājošs NRE rada apdraudējumu apkalpojošajam personālam, "jau dienu pēc NRE darbības beigām ir iespējams uzturēties vairākus desmitus minūšu 50 m attālumā no NRE bez jebkādiem individuālajiem aizsardzības līdzekļiem un pat pietuvoties tai.Vienkāršākie aizsardzības līdzekļi ļauj apkopes personālam iekļūt darba zonā PAGALMS drīz pēc pārbaudes.

Palaišanas kompleksu un vides piesārņojuma līmenis acīmredzot nebūs šķērslis kodolraķešu dzinēju izmantošanai kosmosa raķešu zemākajās pakāpēs. Radiācijas apdraudējuma problēmu videi un apkalpojošajam personālam lielā mērā mazina fakts, ka ūdeņradis, ko izmanto kā darba šķidrumu, praktiski neaktivizējas, ejot cauri reaktoram. Tāpēc NRE reaktīvā lidmašīna nav bīstamāka par LRE strūklu. / 4 /

Secinājums

Apsverot kodolraķešu dzinēju attīstības un izmantošanas perspektīvas astronautikā, jāvadās no dažādu veidu kodolraķešu dzinēju sasniegtajām un sagaidāmajām īpašībām, no tā, ko tie var dot astronautikai, to pielietojumu un, visbeidzot, no pastāv cieša saikne starp kodolraķešu dzinēju problēmu ar enerģijas piegādes problēmu kosmosā un ar enerģijas attīstību vispār.

Kā minēts iepriekš, no visiem iespējamiem NRE veidiem visattīstītākie ir termiskais radioizotopu dzinējs un dzinējs ar cietās fāzes skaldīšanas reaktoru. Bet, ja radioizotopu NRE īpašības neļauj cerēt uz to plašu pielietojumu astronautikā (vismaz tuvākajā nākotnē), tad cietās fāzes NRE izveide paver lielas perspektīvas astronautikai.

Piemēram, ir ierosināta ierīce ar sākotnējo masu 40 000 tonnu (ti, aptuveni 10 reizes lielāku nekā lielākajām mūsdienu nesējraķetēm), un 1/10 no šīs masas krīt uz lietderīgās kravas un 2/3 uz kodolieroču. maksas . Ja ik pēc 3 sekundēm tiek uzspridzināts viens lādiņš, tad to padeve pietiks 10 dienām nepārtrauktai kodolraķešu dzinēja darbībai. Šajā laikā ierīce paātrināsies līdz 10 000 km/s un nākotnē pēc 130 gadiem tā var sasniegt zvaigzni Alfa Kentauri.

Atomelektrostacijām ir unikālas īpašības, kas ietver praktiski neierobežotu enerģijas patēriņu, neatkarīgu darbību no vides un izturību pret ārējām ietekmēm (kosmisko starojumu, meteorītu bojājumiem, augstām un zemām temperatūrām utt.). Tomēr kodolradioizotopu iekārtu maksimālā jauda ir ierobežota līdz vairākiem simtiem vatu. Šis ierobežojums nepastāv kodolreaktoru elektrostacijām, kas nosaka to izmantošanas rentabilitāti smago kosmosa kuģu ilgstošos lidojumos Zemes tuvumā, lidojumos uz tālām Saules sistēmas planētām un citos gadījumos.

Cietās fāzes un citu NRE ar skaldīšanas reaktoriem priekšrocības vispilnīgāk atklājas tādu sarežģītu kosmosa programmu izpētē kā pilotēti lidojumi uz Saules sistēmas planētām (piemēram, ekspedīcijas laikā uz Marsu). Šajā gadījumā RD specifiskā impulsa pieaugums ļauj risināt kvalitatīvi jaunas problēmas. Visas šīs problēmas ievērojami atvieglo cietās fāzes NRE izmantošana ar īpašu impulsu, kas divreiz pārsniedz mūsdienu LRE. Šajā gadījumā kļūst iespējams arī ievērojami samazināt lidojumu laiku.

Visticamāk, tuvākajā nākotnē cietās fāzes NRE kļūs par vienu no visizplatītākajiem RD. Cietās fāzes NRE var izmantot kā transportlīdzekļus liela attāluma lidojumiem, piemēram, uz tādām planētām kā Neptūns, Plutons un pat izlidot no Saules sistēmas. Tomēr lidojumiem uz zvaigznēm NRE, kas balstās uz skaldīšanas principiem, nav piemērots. Šajā gadījumā daudzsološi ir NRE vai, precīzāk, kodoltermiskās reaktīvie dzinēji (TRD), kas darbojas pēc kodolsintēzes reakciju principa, un fotoniskie reaktīvie dzinēji (PRD), kuros vielas un antimatērijas anihilācijas reakcija ir impulsa avots. Tomēr, visticamāk, cilvēce, lai ceļotu starpzvaigžņu telpā, izmantos citu, no strūklas atšķirīgu pārvietošanās metodi.

Nobeigumā pārfrāzēšu Einšteina slaveno frāzi – lai aizceļotu uz zvaigznēm, cilvēcei ir jāizdomā kaut kas, kas pēc sarežģītības un uztveres būtu pielīdzināms neandertālietim kodolreaktoram!

LITERATŪRA

Avoti:

1. "Raķetes un cilvēki. 4. grāmata Mēness skrējiens" - M: Zināšanas, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervušins "Cīņa par zvaigznēm. Kosmosa konfrontācija" - M: zināšanas, 1998.g.
4. L. Gilberga "Debesu iekarošana" - M: Zināšanas, 1994.g.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodcovs
6. "Dzinējs", "Kosmosa transportlīdzekļu kodoldzinēji", 1999.gada Nr.5

7. "Dzinējs", "Gāzes fāzes kodoldzinēji kosmosa transportlīdzekļiem",

1999.gada 6.nr
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., Čekaļina nākotnes transports.

Maskava: Zināšanas, 1983.

11., Čekalina kosmosa izpēte.- M.:

Zināšanas, 1988. gads.

12. "Enerģija - Buran" - solis nākotnē // Zinātne un dzīve.-

13. Kosmosa tehnoloģija. - M.: Mir, 1986.

14., Sergejs un tirdzniecība. - M .: APN, 1989.

15 .PSRS kosmosā. 2005.-M.: APN, 1989.g.

16. Ceļā uz dziļo kosmosu // Enerģija. - 1985. - 6.nr.

PIELIKUMS

Cietfāzes kodolreaktīvo dzinēju galvenie raksturlielumi

Par spārnoto raķeti ar "neierobežotu darbības rādiusu, pateicoties superjaudīgai atomelektrostacijai" Tomahawk spārnotās raķetes (diametrs 0,53 m un svars 1400 kg) vai Kh-101 (diametrs 0,74 m un svars 2300 kg) izmēros.

Padomju prototips RD-0410(GRAU indekss - 11B91, pazīstams arī kā "Irgit" un "IR-100") - pirmais un vienīgais padomju kodolraķešu dzinējs

Sāksim ar IKP video prezentāciju

Apkopojot izrādītā projekta sajūtas, varam teikt, ka tas ir ārkārtējs pārsteigums uz demonstrētā neuzticamības robežas. Mēģināšu paskaidrot, kāpēc.

Jā, vēsturiski ir bijušas izstrādātas spārnotās raķetes ar gaisa reaktīvo kodoldzinēju: tā ir SLAM raķete ASV ar reaktoru TORY-II, koncepcija Avro Z-59 Apvienotajā Karalistē un attīstība PSRS.

Mūsdienīgs Avro Z-59 raķešu koncepcijas atveidojums, kas sver apmēram 20 tonnas.

Tomēr visi šie darbi turpinājās 60. gados kā dažāda dziļuma pētniecība un izstrāde (ASV gāja vistālāk, kā aprakstīts tālāk), un turpinājums netika izmantots modeļu veidā. Viņi to nesaņēma tā paša iemesla dēļ kā daudzas citas atomu laikmeta izstrādes — lidmašīnas, vilcieni, raķetes ar atomelektrostacijām. Visām šīm transportlīdzekļu iespējām ar dažām priekšrocībām, ko sniedz trakulīgais enerģijas blīvums kodoldegvielā, ir ļoti nopietni trūkumi - augstas izmaksas, darbības sarežģītība, prasības pēc pastāvīgas aizsardzības un, visbeidzot, neapmierinoši izstrādes rezultāti, par kuriem parasti ir maz zināms (publicēšana Pētniecības un attīstības rezultāti ir izdevīgāki visām pusēm, atklāj sasniegumus un slēpj neveiksmes).

Jo īpaši spārnotajām raķetēm ir daudz vieglāk izveidot nesēju (zemūdeni vai lidmašīnu), kas "vilks" daudzas spārnotās raķetes uz palaišanas vietu, nekā muļķoties ar nelielu floti (un ir neticami grūti apgūt liela flote) spārnotās raķetes, kas palaistas no savas teritorijas. Universāls, lēts, masu produkts beigās ieguva maza apjoma, dārgu un ar neviennozīmīgiem plusiem. Spārnotās kodolraķetes nepārsniedza zemes izmēģinājumus.

Šis Kirgizstānas Republikas 60. gadu konceptuālais strupceļš ar atomelektrostacijām, manuprāt, ir aktuāls arī tagad, tāpēc galvenais jautājums parādītajam ir "kāpēc??". Bet to vēl izliektāku padara problēmas, kas rodas šādu ieroču izstrādē, testēšanā un darbībā, par kurām mēs runāsim tālāk.

Tātad, sāksim ar reaktoru. SLAM un Z-59 koncepcijas bija trīs mašīnu zemu lidojošas raķetes ar iespaidīgiem izmēriem un masu (20+ tonnas pēc palaišanas pastiprinātāju nomešanas). Šausmīgi dārgais zemo lidojumu virsskaņas dzinējs ļāva maksimāli izmantot praktiski neierobežota enerģijas avota klātbūtni uz kuģa, turklāt svarīga kodola gaisa reaktīvo dzinēja īpašība ir darbības efektivitātes uzlabošana (termodinamiskais cikls) pieaugot ātrumam, ti tā pati ideja, bet pie ātruma 1000 km/h būtu daudz smagāks un vispārīgāks dzinējs. Visbeidzot, 3M simts metru augstumā 1965. gadā nozīmēja pretgaisa aizsardzības neievainojamību.

Izrādās, ka pirms tam CR koncepcija ar atomelektrostacijām tika "piesieta" lielā ātrumā, kur koncepcijas priekšrocības bija spēcīgas, un konkurenti ar ogļūdeņražu degvielu vājinājās.

Parādītā raķete, manuprāt, ir transoniska vai vāji virsskaņas (ja vien, protams, neticat, ka video ir viņa). Bet tajā pašā laikā reaktora izmērs ievērojami samazinājās, salīdzinot ar TORY-II no SLAM raķetes, kur tas bija pat 2 metri, ieskaitot radiālo neitronu reflektoru, kas izgatavots no grafīta

Pirmā TORY-II-A testa reaktora kodols montāžas laikā.

Vai vispār ir iespējams novietot reaktoru ar diametru 0,4-0,6 metri? Sāksim ar principiāli minimālu reaktoru - Pu239 tukšu. Labs piemērs šādas koncepcijas īstenošanai ir Kilopower kosmiskais reaktors, kas tomēr izmanto U235. Reaktora serdes diametrs ir tikai 11 centimetri! Ja pāriesim uz plutoniju 239, kodola izmēri samazināsies vēl 1,5-2 reizes.

Tagad, sākot no minimālā izmēra, mēs sāksim virzīties uz īstu kodola gaisa reaktīvo dzinēju, atceroties sarežģītību. Pati pirmā lieta, kas jāpievieno reaktora izmēram, ir atstarotāja izmērs - jo īpaši Kilopower gadījumā BeO trīskāršo izmēru. Otrkārt, mēs nevaram izmantot U vai Pu sagatavi - tās vienkārši izdegs gaisa plūsmā tikai minūtes laikā. Nepieciešams apvalks, piemēram, inkaloija, kas iztur momentānu oksidāciju līdz 1000 C, vai citi niķeļa sakausējumi ar iespējamu keramisku pārklājumu. Liela daudzuma apvalka materiāla ievadīšana kodolā nekavējoties palielina nepieciešamo kodoldegvielas daudzumu vairākas reizes - galu galā "neproduktīvā" neitronu absorbcija kodolā tagad ir dramatiski palielinājusies!

Turklāt U vai Pu metāliskā forma vairs nav piemērota - šie materiāli paši nav ugunsizturīgi (plutonijs parasti kūst 634 C temperatūrā), un tie mijiedarbojas arī ar metāla čaulu materiālu. Mēs pārvēršam degvielu klasiskajā UO2 vai PuO2 formā - iegūstam vēl vienu materiāla atšķaidījumu kodolā, tagad ar skābekli.

Visbeidzot, mēs atceramies reaktora mērķi. Caur to mums ir nepieciešams sūknēt daudz gaisa, kam mēs izdalīsim siltumu. apmēram 2/3 vietas aizņems "gaisa caurules".

TORY-IIC. Degvielas stieņi aktīvajā zonā ir sešstūrainas dobas caurules, kas izgatavotas no UO2, pārklātas ar keramisku aizsargapvalku, saliktas inkalo degvielas komplektos.

Rezultātā minimālais serdes diametrs pieaug līdz 40-50 cm (urānam), bet reaktora diametrs ar 10-cm berilija reflektoru līdz 60-70 cm.Jupiters. Šim pilnīgi papīra projektam (piemēram, kodola temperatūra tiek nodrošināta 3000 K, un sienas ir izgatavotas no berilija, kas var izturēt 1200 K spēku) serdeņa diametrs, kas aprēķināts no neitronikas, ir 55,4 cm, neskatoties uz to, ka tas, ka dzesēšana ar ūdeņradi ļauj nedaudz samazināt kanālu izmērus, pa kuriem tiek sūknēts dzesēšanas šķidrums.

MITEE atmosfēras reaktīvo kodoldzinēja aktīvās zonas šķērsgriezums un minimālās sasniedzamās masas dažādiem serdes ģeometrijas variantiem - iekavās ir norādītas garuma attiecības pret degvielas stieņa soli (pirmais cipars), degvielas stieņu skaits. (otrais cipars), atstarotāju elementu skaits (terciārais cipars) dažādiem sastāviem. Iespēja ar degvielu Americium 242m formā un šķidrā ūdeņraža atstarotāju nav bez intereses :)

Manuprāt, gaisa kodolreaktīvo dzinēju var iegrūst apmēram metra diametra raķetē, kura, starp citu, joprojām nav kardināli lielāka par izrunātajiem 0,6-0,74 m, bet tomēr satraucoša.

Tā vai citādi atomelektrostacijas jauda būs ~vairāki megavati, ko darbinās ~10^16 sadalīšanās sekundē. Tas nozīmē, ka pats reaktors virsmas tuvumā radīs vairākus desmitiem tūkstošu rentgenu lielu starojuma lauku, bet visas raķetes garumā – līdz pat tūkstoš rentgenu. Pat vairāku simtu kg sektora aizsardzības uzstādīšana šos līmeņus īpaši nesamazinās, jo. neitroni un gamma kvanti tiks atspoguļoti no gaisa un "apiet aizsardzību". Dažu stundu laikā šāds reaktors radīs ~ 10^21-10^22 atomus sadalīšanās produktu c ar vairāku (vairāku desmitu) petabekkerelu aktivitāti, kas pat pēc izslēgšanas radīs vairāku tūkstošu rentgenu fonu pie reaktora. reaktors. Raķetes struktūra tiks aktivizēta līdz aptuveni 10^14 Bq, lai gan izotopi galvenokārt būs beta izstarotāji un ir bīstami tikai bremsstrahlung dēļ. Fons no pašas struktūras var sasniegt desmitiem rentgenstaru 10 metru attālumā no raķetes korpusa.

SLAM raķetes rentgens. Visas piedziņas ir pneimatiskas, vadības iekārta ir kapsulā, kas vājina starojumu.

Visas šīs "priecības" rada priekšstatu, ka šādas raķetes izstrāde un pārbaude ir uzdevums uz iespējamā sliekšņa. Ir jāizveido vesels komplekts ar radiāciju noturīgu navigācijas un vadības iekārtu, to visu diezgan kompleksi pārbaudīt (radiācija, temperatūra, vibrācijas - un tas viss statistikai). Lidojuma testi ar strādājošu reaktoru jebkurā laikā var pārvērsties par radiācijas katastrofu, no simtiem terabekerelu izdaloties līdz petabekkerelu vienībām. Pat bez katastrofālām situācijām ir ļoti iespējama atsevišķu degvielas stieņu spiediena samazināšana un radionuklīdu noplūde.

Protams, Krievijā joprojām ir Novaja Zemļas izmēģinājumu poligons, kur var veikt šādus izmēģinājumus, taču tas būs pretrunā līguma garam, kas aizliedz kodolieroču izmēģinājumus trīs vidēs (aizliegums tika ieviests, lai novērstu sistemātisku kodolieroču piesārņošanu). atmosfērā un okeānā ar radionuklīdiem).

Visbeidzot, interesanti, kurš Krievijas Federācijā varētu izstrādāt šādu reaktoru. Tradicionāli Kurčatova institūts (vispārējais projekts un aprēķini), Obninskas FEI (eksperimentālā pārbaude un degviela) un Lučas pētniecības institūts Podoļskā (degviela un materiālu tehnoloģija) sākotnēji bija iesaistīti augstas temperatūras reaktoros. Vēlāk NIKIET komanda pievienojās šādu mašīnu projektēšanai (piemēram, IGR un IVG reaktori - kodolraķešu dzinēja RD-0410 aktīvās zonas prototipi). Šodien NIKIET strādā dizaineru komanda, kas veic darbus pie reaktoru projektēšanas (augstas temperatūras gāzi dzesējamie RUGK, ātrie reaktori MBIR, ), savukārt IPPE un Luch turpina nodarboties ar attiecīgi saistītajiem aprēķiniem un tehnoloģijām. Kurčatova institūts pēdējās desmitgadēs ir vairāk virzījies uz kodolreaktoru teoriju.

Gaisa NRE tuvākie radinieki ir kosmosa NRE, kas iztīrīti ar ūdeņradi.

Rezumējot, es vēlos teikt, ka spārnotās raķetes ar gaisa reaktīvo dzinēju izveide ar atomelektrostacijām kopumā ir izpildāms uzdevums, taču tajā pašā laikā ārkārtīgi dārgs un sarežģīts, kas prasa ievērojamu cilvēku un cilvēku mobilizāciju. finanšu resursi, kā man šķiet, lielākā mērā nekā visi citi izskanējušie projekti ("Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard"). Ļoti dīvaini, ka šī mobilizācija neatstāja ne mazākās pēdas. Un pats galvenais, nav skaidrs, kāds ir ieguvums no šāda veida ieroču iegūšanas (uz esošo pārvadātāju fona), un kā tie var atsvērt daudzos mīnusus - radiācijas drošības jautājumus, augstās izmaksas, nesaderību ar stratēģiskajiem ieročiem. samazināšanas līgumiem.

P.S. Tomēr "avoti" jau sāk situāciju mīkstināt: "Militāri rūpnieciskajam kompleksam tuvu stāvošs avots Vedomosti pastāstīja, ka radiācijas drošība raķešu izmēģinājumu laikā ir nodrošināta. Kodolinstalācija uz kuģa bija elektriskā maketa," stāsta avots. ”.

RD-0410

RD-0410 tika izmantots heterogēns termiskais neitronu reaktors, cirkonija hidrīds kalpoja par moderatoru, neitronu atstarotāji tika izgatavoti no berilija, kodoldegviela bija materiāls uz urāna un volframa karbīdu bāzes, kas bagātināts ar 235 izotopu aptuveni par 80%. Projektā bija iekļauti 37 degvielas bloki, kas pārklāti ar siltumizolāciju, kas tos atdala no moderatora. Konstrukcija paredzēja, ka ūdeņraža plūsma vispirms iziet cauri reflektoram un moderatoram, saglabājot to temperatūru istabas temperatūrā, un pēc tam iekļuva serdeņā, kur atdzesēja degvielas komplektus, uzkarsējot līdz 3100 K. Stendā bija reflektors un moderators. atdzesē ar atsevišķu ūdeņraža plūsmu.

Reaktors izgāja ievērojamu testu sēriju, taču nekad netika pārbaudīts visā darbības laikā. Papildu reaktora mezgli tika pilnībā izstrādāti.

Ļoti interesants video:

Tiek parādīts diezgan daudz interesantu lietu. Acīmredzot videoklips tika uzņemts 80. gadu beigās iekšējai Minsredmaševska / Minsredmaševska lietošanai, un 90. gadu sākumā tur tika ievietoti subtitri angļu valodā, lai ieinteresētu amerikāņus par tehnoloģijām.

Krievija ir bijusi un joprojām ir līderis kosmosa kodolenerģijas jomā. Tādām organizācijām kā RSC Energia un Roskosmos ir pieredze ar kodolenerģijas avotu aprīkotu kosmosa kuģu projektēšanā, būvniecībā, palaišanā un ekspluatācijā. Kodoldzinējs ļauj ekspluatēt lidmašīnas daudzus gadus, ievērojami palielinot to praktisko piemērotību.

vēsturiskā hronika

Tajā pašā laikā pētniecības aparāta piegādei uz Saules sistēmas ārējo planētu orbītām ir nepieciešams palielināt šādas kodoliekārtas resursus līdz 5-7 gadiem. Ir pierādīts, ka komplekss ar kodoldzinēju sistēmu ar jaudu aptuveni 1 MW kā daļa no pētniecības kosmosa kuģa ļaus paātrināt attālāko planētu mākslīgo pavadoņu, planētu roveru nogādāšanu uz šo planētu dabisko pavadoņu virsmu. un augsnes piegāde no komētām, asteroīdiem, dzīvsudraba un Jupitera un Saturna pavadoņiem.

Atkārtoti lietojams velkonis (MB)

Viens no svarīgākajiem veidiem, kā palielināt transporta operāciju efektivitāti kosmosā, ir transporta sistēmas elementu atkārtota izmantošana. Kosmosa kuģu kodoldzinējs ar jaudu vismaz 500 kW ļauj izveidot atkārtoti lietojamu velkoņu un tādējādi ievērojami palielināt daudzsaišu kosmosa transporta sistēmas efektivitāti. Šāda sistēma ir īpaši noderīga programmā lielu ikgadējo kravu plūsmu nodrošināšanai. Kā piemēru varētu minēt Mēness izpētes programmu ar pastāvīgi augošas apdzīvojamās bāzes un eksperimentālo tehnoloģisko un rūpniecisko kompleksu izveidi un uzturēšanu.

Kravu apgrozījuma aprēķins

Saskaņā ar RSC Energia projektēšanas pētījumiem bāzes būvniecības laikā uz Mēness virsmu jānogādā aptuveni 10 tonnas smagi moduļi, Mēness orbītā - līdz 30 tonnām, un ikgadējā kravu plūsma, lai nodrošinātu funkcionēšanu un attīstību. no bāzes ir 400-500 tonnas.

Taču kodoldzinēja darbības princips neļauj pietiekami ātri izkliedēt transportieri. Ilgā transportēšanas laika un attiecīgi ievērojamā laika pavadīšanas dēļ, ko krava pavada Zemes radiācijas joslās, ne visas kravas var nogādāt ar kodolvelkoņiem. Līdz ar to kravu plūsma, ko var nodrošināt uz NEP bāzes, tiek lēsta tikai 100-300 tonnu/gadā.

Ekonomiskā efektivitāte

Kā starporbitālās transporta sistēmas ekonomiskās efektivitātes kritēriju vēlams izmantot īpatnējo izmaksu vērtību, kas saistītas ar kravas masas vienības (PG) transportēšanu no Zemes virsmas uz mērķa orbītu. RSC Energia izstrādāja ekonomisko un matemātisko modeli, kurā ņemtas vērā galvenās transporta sistēmas izmaksu sastāvdaļas:

• velkoņu moduļu izveidei un palaišanai orbītā;
• strādājošas kodoliekārtas iegādei;
• ekspluatācijas izmaksas, kā arī pētniecības un attīstības izmaksas un iespējamās kapitāla izmaksas.

Izmaksu rādītāji ir atkarīgi no MB optimālajiem parametriem. Izmantojot šo modeli, programmā lietderīgās kravas piegādei ar kopējo masu 100 tika pētīta salīdzinošā ekonomiskā efektivitāte, izmantojot atkārtoti lietojamu velkoni, kura pamatā ir kodoldzinējs ar jaudu aptuveni 1 MW, un vienreizējās lietošanas velkoni, kura pamatā ir uzlabotas šķidrās piedziņas sistēmas. t/gadā no Zemes līdz Mēness orbītai ar augstumu 100 km. Izmantojot vienu un to pašu nesējraķeti, kuras kravnesība ir vienāda ar Proton-M nesējraķetes kravnesību un divu palaišanas shēmu transporta sistēmas izveidošanai, vienības izmaksas, kas saistītas ar lietderīgās kravas masas vienības piegādi, izmantojot kodolvelkoni. būs trīs reizes zemāks nekā izmantojot vienreizējās lietošanas velkoņus uz raķešu bāzes ar DM-3 tipa šķidrajiem dzinējiem.

Izvade

Efektīvs kosmosa kodoldzinējs veicina Zemes vides problēmu risināšanu, pilotētu lidojumu uz Marsu, bezvadu enerģijas pārvades sistēmas izveidi kosmosā, ar paaugstinātu drošību īstenojot īpaši bīstamu radioaktīvo atkritumu apglabāšanu kosmosā no zemes kodolenerģijas. , izveidojot apdzīvojamu Mēness bāzi un uzsākot rūpniecisko Mēness izpēti, nodrošinot Zemes aizsardzību no asteroīdu-komētas briesmām.