Ядерный ракетный двигатель. Испытания ядерных двигателей


Твёрдофазный ядерный реактивный двигатель — Традиция

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»

Первый советский ядерный ракетный двигатель РД-0410

Твёрдофа́зный я́дерный реакти́вный дви́гатель (ТфЯРД) — реактивный двигатель, в котором используется в качестве основного источника энергии высокотемпературный атомный реактор канального типа, в котором за счёт теплоносителя (водород, гелий и др) происходит съём тепла и образование реактивной струи сжатого, раскалённого газа. В отличие от радиоизотопных ракетных двигателей режим энерговыделения в ТфЯРД поддаётся глубокому регулированию.

Работы по ТфЯРД в США[править]

История ТЯРД начинается в США в 50-е годы. В те времена в Америке появилась идея практической демонстрации осуществимости ядерного реактивного двигателя которая получила название «Ровер». В 1954-1955 гг. группа заинтересованных американских учёных Лос-Аламосской лаборатории подготовила доклад об осуществимости этого двигателя на основании ряда опытов и исследований. В следствие этого доклада КАЭ США приняла оффициальное решение о планировании работ по ядерному ракетному двигателю, и созданию действующего образца такого двигателя. Весь объём работ был поручен Лос-Аламосской научной лаборатории и Радиационной лаборатории в Ливерморе при Калифорнийском университете. В 1956 году, после скрупулёзного рассмотрения проделанной работы, все исследования Радиационной лаборатории были направленны на создание прямоточного ядерного реактивного двигателя по проекту «Плуто». В начале 1957 года было определено окончательное направление работ Лос-Аламосской лаборатории, и принято решение по строительству графитового ядерного реактора с диспергированным в графите урановым горючим. Созданный в этом направлении реактор «Киви-А» был испытан в 1959 году 1-го июля. Помимо строительства реактора Лос-Аламосская лаборатория вела полным ходом работы по строительству специального испытательного полигона в Неваде, а также выполняла ряд специальных заказов ВВС США в смежных областях (разработка отдельных узлов ТЯРД). По поручению Лос-Аламосской лаборатории все специальные заказы на изготовления отдельных узлов осуществляли фирмы: «Аэроджет дженерал», отделение «Рокетдайн» фирмы «Норс-америкен авиэйшн». Летом 1958 года весь контроль за выполнением программы «Ровер» перешёл от ВВС США к вновь организованному Национальному управлению по аэронавтике и космосу (НАСА). В результате специального соглашения между КАЭ и НАСА в середине лета 1960 года было образовано Управление космическими ядерными двигателями под руководством Г. Фингера, которое и возглавило программу «Ровер» в дальнейшем. Полученные результаты шести «горячих испытаний» ядерных реактивных двигателей оказались весьма обнадёживающими, и в начале 1961 года был подготовлен доклад об испытаниях реактора (RJFT) в полёте. Затем в середине 1961 года стартовал проект «Нерва» (применение ядерного двигателя для космических ракет). В качестве генерального подрядчика была выбрана фирма «Аэроджет дженерал», а в качестве субподрядчика отвечающего за строительство реактора фирма «Вестингауз».

Работы по ТфЯРД в СССР[править]

В Советском Союзе разработка и проектирование первых ТЯРД проводилось во второй половине 50-х годов. Проведение работ производилось КБ главных конструкторов А.М. Люльки, С.А. Лавочкина, В.М. Мясищева, М.М. Бондарюка, В.П. Глушко совместно с рядом научно-исследовательских институтов - НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ, СФТИ и др. Летом 1959 года сотрудники НИИТП В.М. Иевлев и Ю.А. Трескин представили доклад о постановке эксперимента на исследовательском реакторе ИГР, первый пуск которого состоялся в 1961 году. Конструкции сборки совершенствовались, и уже в 1975-1989 гг. на новом реакторе ИВГ-1 была выполнена отработка тепловыделяющих сборок на ресурс в форсированном режиме при температурах до 3100 К (до 2827°С) и теплонапряжении реакторного объёма до 20 кВт/см3 (на порядок выше, чем в США). На стендовом реакторе минимальной размерности (ИРГИТ) проводились контрольные пуски при мощности до 60 МВт и температуре до 2650 К (2377°С). В отличие от американцев российские ученые использовали наболее экономичные и эффективные испытания отдельных тепловыделяющих элементов в исследовательских реакторах. Весь комплекс произведённых работ в 70-80-е годы позволило в КБ «Салют», КБ химавтоматики, ИАЭ, НИКИЭТ и НПО «Луч» (ПНИТИ) разрабатывать различные проекты космических ЯРД и гибридных ядерных энергодвигательных установок. В КБ химавтоматики при научном руководстве НИИТП (за элементы реактора отвечали ФЭИ, ИАЭ, НИКИЭТ, НИИТВЭЛ, НПО «Луч», МАИ) создавались ЯРД РД 0411 и ядерный двигатель минимальной размерности РД 0410 тягой 40 и 3,6 т соответственно. В результате были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний на газообразном водороде. В отличие от американского, с удельным импульсом не больше 8250 м/с, советский ТЯРД за счет применения более жаростойких и совершенных по конструкции тепловыделяющих элементов и высокой температуры в активной зоне имел этот показатель равным 9100 м/с и выше. Стендовая база для испытаний ТЯРД объединенной экспедиции НПО «Луч» размещалась в 50 км юго-западнее г. Семипалатинск-21. Она начала работать в 1962 году. В 1971-1978 гг. на полигоне испытывались натурные тепловыделяющие элементы прототипов ЯРД. При этом отработанный газ поступал в систему закрытого выброса. Стендовый комплекс для полноразмерных испытаний ядерных двигателей «Байкал-1» находится в 65 км к югу от г. Семипалатинск-21. С 1970 по 1988 год проведено около 30 «горячих пусков» реакторов. При этом мощность не превышала 230 МВт при расходе водорода до 16,5 кг/сек и его температуре на выходе из реактора 3100 К. Все запуски прошли успешно, безаварийно, и по плану. В настоящее время подобные работы на полигоне прекращены, хотя оборудование поддерживается в относительно работоспособном состоянии. Стендовая база НПО «Луч» - единственный в мире экспериментальный комплекс, где можно без значительных финансовых и временных затрат проводить испытания элементов реакторов ЯРД. Не исключено, что возобновление в США работ по ТЯРД для полетов к Луне и Марсу в рамках программы «Космическая исследовательская инициатива» с планируемым участием в них специалистов России и Казахстана приведет к возобновлению деятельности семипалатинской базы и осуществлению «марсианской» экспедиции в 2020-е годы.

  • Советский ТЯРД РД-0410 — единственный работающий и надёжный промышленный ядерный ракетный двигатель в мире

  • Схема устройства американского ТЯРД (По программе NERVA)(1- Основание бака с жидким водородом, 2- Шары-баллоны,

  • Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель ХЕ Prime на испытательном стенде (1968.г)

  • Первый американский ТЯРД KIWI-A установленный на испытательном стенде (Полигон в шт. Невада).

  • Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель (Проект NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)

  • Огневые испытания ТЯРД KIWI-A (Полигон в шт. Невада).

  • Схема устройства ТЯРД (1- Жидкий водород из бака, 2- Насос, 3- Турбина, 4- Выхлопные сопла турбонасоса, 5- Трубопровод системы охлаждения сопла (внутри трубопровода течет водород), 6- Сопло двигателя, 7- Отбор 3% расхода рабочего вещества (водорода) из реактора, 8- Радиационная защита, 9- Клапан регулирования мощности турбины.)

  • Устройство советского твёрдофазного ядерного ракетного двигателя РД-0410

Основные характеристики[править]

  • Удельный импульс на водороде: 910 — 980 сек (теор.до 1200 сек).
  • Скорость истечения рабочего тела (водород): 9100 — 9800 м/сек.
  • Достижимая тяга: до сотен и тысяч тонн.
  • Максимальные рабочие температуры: 2500-3000°C.
  • Ресурс работы: до нескольких тысяч часов (периодическое включение).

Основные характеристики ядерных реакетных двигателей и экспериментальных сборок СССР и США:

Страна-изготовитель Двигатель Тяга (Thrust) в вакууме, кН/(тонн) Удельный импульс, сек Работа проекта, год
США NPS-2
США Nerva 12 GW 1959
США RN-6
СССР РД-0410 35,3 (3,53 тонн) 910 1965-94
СССР РД-410 68 (6,8 тонн) 1960
США Nerva Alpha 71,7 (7,17 тонн) 860 1972
СССР ЯРД-2200 81 (8,1 тонн) 1962-69
США Nerva Gamma 81 (8,1 тонн) 975 1972
СССР ЯРД тип A 177 (17,7 тонн) 900 1963
СССР ЯРД тип AФ 196 (19,6 тонн) 950 1963
США Nerva 266 (26,6 тонн) 800 1968
США Nerva NTR 333,4 (33,34 тонн) 925 1991
СССР РО-31 392 (39,2 тонн) 1967
СССР ЯРД тип V-B 392 (39,2 тонн) 900 1963
СССР ЯРД тип V 392 (39,2 тонн) 900 1963
СССР РД-0411 392 (39,2 тонн) 900 1965-94
США Timberwind 45 441,3 (44,13 тонн) 1000 1992
США Timberwind 75 735,5 (73,55 тонн) 1000 1992
США Nerva 2 867,4 (86,74 тонн) 825 1950-74
СССР РД-600 1 960 (196 тонн) 2000 Газофазный 1962-70
США Timberwind 250 2 451,6 (245,16 тонн) 1000 1992
США Nuclear 12 Gw 2 892 (289,2 тонн) 830 1960
США Nuclear 14 Gw 3 334 (333,4 тонн) 830 1960
США NERVA 1mlbf 8 963 (896,3 тонн) 850 1963
США NERVA/Lox Mixed Cycle 24 126 (2412,6 тонн) 810 1963

Принцип работы[править]

ТЯРД по своему принципу работы представляет собой высокотемпературный реактор-теплообменник, в который вводится рабочее тело (жидкий водород) под давлением, и по мере его разогрева до высоких температур (свыше 3000°С) выбрасывается через охлаждаемое сопло. Регенерация тепла в сопле очень выгодна, так как позволяет значительно быстрее разогревать водород и утилизируя значительное количество тепловой энергии повысить удельный импульс до 1000 сек (9100— 9800 м/с).

Топливо (ядерное горючее)[править]

В качестве высокоэффективных топливных композиций ТЯРД применяется сплошное карбидное горючее: сплавы карбида урана с карбидом ниобия, карбидом циркония, карбидом тантала. Максимальное содержание монокарбида урана в карбидном горючем не превышает 50% (мол) так как необходимо чтоб горючее имело температуру плавления свыше 3200°С. В случае понижения содержания карбида урана в горючем до 40-20% (мол) температура плавления горючего увеличивается на сотни градусов, и появляется возможность увеличить и температуру нагреваемого рабочего тела, и соответственно удельный импульс. Наиболее высокотемпературной топливной композицией в настоящее время считается сплав монокарбида урана с карбидом тантала (3650°С (20% монокарбида урана)), 3700°С (10% монокарбида урана)), которые позволяют при меньшем общем энергозапасе горючего обеспечить нагрев рабочего тела до 3300°С - 3500°С. Исследованные композиции монокарбида урана с карбидом гафния оказались пока бесперспективны (несмотря на ещё более высокую температуру плавления) так как гафний входящий в состав сплава обладает существенным сечением захвата тепловых нейтронов, и это его свойство сводит на нет применение такого горючего.

Зависимость теоретической удельной тяги от молекулярного веса рабочего тела и температуры в камере сгорания (реакторе). 1 — область соверемнных ЖРД, 2 — область водорода и гелия.

В качестве рабочего тела в ТЯРД применяется жидкий водород с дополнительно вводимыми функциональными добавками (гексан, гелий) как наиболее эффективный теплоноситель позволяющий достичь высоких значений удельного импульса. Помимо водорода может быть использован гелий, аргон и другие инертные газы. Но в случае применения гелия резко падает достижимый удельный импульс (в два раза) и резко возрастает стоимость теплоносителя. Аргон существенно дешевле гелия и может быть применён в ТЯРД, но его теплофизические свойства намного уступают гелию и тем более водороду (в 4 раза меньший удельный импульс). Более тяжёлые инертные газы из-за еще более худших теплофизических и экономических (высокая стоимость) показателей не могут быть применены в ТЯРД. Применение в качестве рабочего тела аммиака в принципе возможно, но при высоких температурах атомы азота образующегося при распаде аммиака вызывают высокотемпературную коррозию элементов ТЯРД. Кроме того достижимый удельный импульс настолько мал что уступает некоторым химическим топливам. В целом применение аммиака нецелесообразно. Использование углеводородов в качестве рабочего тела также возможно, но из всех углеводородов может быть применён только метан ввиду наибольшей стабильности. Углеводороды в большей степени показаны как функциональные добавки к рабочему телу. В частности добавка гексана к водороду улучшает работу ТЯРД в ядерно-физическом отношении и увеличивает ресурс работы карбидного топлива.

Сравнительные характеристики рабочих тел ЯРД

Рабочее тело Плотность, г/см3 Удельная тяга (при указанных температурах в камере нагрева, °К), сек 1920 2760 3590 4420 5250
Водород 0,071 (жидк) 638 774 905 1060 1235
Гелий 0,29 (жидк) 401 481 550 610 664
Аммиак 0,682 (жидк) 312 376 438 507 587
Вода 1,000 (жидк) 226 276 нет.данн нет.данн нет.данн

(Примечание: Давление в камере нагрева 45,7 атм, расширение до давления 1 атм при неизменном химическом составе рабочего тела)

Основным приемуществом ТЯРД перед химическими ракетными двигателями является получение более высокого удельного импульса, значительный энергозапас, компактность системы и возможность получения очень большой тяги (десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме. В целом удельный импульс достигаемый в вакууме больше чем у отработанного двухкомпонентного химического ракетного топлива (керосин-кислород, водород-кислород) в 3-4 раза, а при работе на наивысшей теплонапряжённости в 4-5 раз. В настоящее время в США и России существует значительный опыт разработки и постройки таких двигателей, и в случае необходимости (специальные программы освоения космоса) такие двигатели могут быть произведены за короткое время и будут иметь разумную стоимость. В случае использования ТЯРД для разгона космических аппаратов в космосе, и при условии дополнительного использования пертурбационных манёвров с использованием поля тяготения крупных планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) достижимые границы изучения Солнечной системы существенно расширяются, а время потребное для достижения дальних планет значительно сокращается. Кроме того ТЯРД могут быть успешно применены для аппаратов работающих на низких орбитах планет-гигантов с использованием их разряжённой атмосферы в качестве рабочего тела, или для работы в их атмосфере.

Основным недостатком ТЯРД является наличие мощного потока проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны), а также вынос высокорадиоактивных соединений урана, тугоплавких соединений с наведённой радиацией, и радиоактивных газов с рабочим телом. В этой связи ТЯРД неприемлем для наземных пусков во избежание ухудшения экологической обстановки на месте пуска и в атмосфере.

Улучшение характеристик ТфЯРД. Гибридные ТфЯРД[править]

Как и у всякого ракетного или вообще любого двигателя, у твёрдофазного ядерного реактивного двигателя имеются существенные ограничения достижимых важнейших характеристик. Эти ограничения представляют собой невозможность устройству (ТфЯРД) работать в области температур превышающих диапазон предельных рабочих температур конструкционных материалов двигателя. Для расширения возможностей и значительного увеличения главных рабочих параметров ТфЯРД могут быть применены различные гибридные схемы в которых ТфЯРД играет роль источника тепла и энергии и используются дополнительные физические способы ускорения рабочих тел. Наиболее надёжной, практически осуществимой, и имеющей высокие характеристики по удельному импульсу и тяге является гибридная схема с дополнительным МГД-контуром (магнитогидродинамическим контуром) разгона ионизированного рабочего тела (водород и специальные присадки).

Ядерный ракетный двигатель времен СССР

traditio.wiki

Ядерный ракетный двигатель - Howling Pixel

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.[2][3]. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году[4].

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[5][6] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[7].

Твёрдофазный ядерный ракетный двигатель

В твёрдофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000—9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30000—50000 м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[8]. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[9][10] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах[11]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе[12].

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю[13][14].

Ядерная электродвигательная установка

ЯЭДУ используется для выработки электроэнергии, она, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[15][16]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[17][18]. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[19], проектная документация[20], завершены испытания системы управления реактором[21], проведены испытания ТВЭЛ[22], проведены испытания корпуса реактора[23], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[24].

См. также

Примечания

  1. ↑ Паневин, Прищепа, 1978.
  2. ↑ Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. ↑ Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. ↑ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. ↑ АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. ↑ Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. ↑ Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. ↑ Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. ↑ Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. ↑ Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. ↑ NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. ↑ Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. ↑ В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  16. ↑ Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  17. ↑ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  18. ↑ Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  19. ↑ Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  20. ↑ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  21. ↑ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  22. ↑ Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  23. ↑ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  24. ↑ АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля

Литература

  • Паневин И. Г., Прищепа В. И. Космические ядерные ракетные двигатели. — М.: «Знание», 1978. — 64 с.
  • КОРОТЕЕВ А.С., КОНЮХОВ Г.В., ДЕМЯНКО Ю.Г. ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. — М.: Норма-Информ, 2001. — 415 с.
  • Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. 2001.
  • АКИМОВ В.Н., КОРОТЕЕВ А.С., ГАФАРОВ А.А. и другие. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003 : 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. — М: "Машиностроение", 2003. — С. 190—209. — 439 с. — ISBN 5-217-03205-7.
  • Коротеев А. С. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе ядерного реактора.
  • Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1944-1980 гг). Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш. 26.07.1973 г. // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 1. — 419 с. — 250 экз.

Ссылки

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here). Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply. Images, videos and audio are available under their respective licenses.

howlingpixel.com

Ядерный ракетный двигатель — Википедия

Классификация ядерных ракетных двигателей[1]

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.[2][3]. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году[4].

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[5][6] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[7].

Твёрдофазный ядерный ракетный двигатель[править | править код]

В твёрдофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000—9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазный ядерный ракетный двигатель[править | править код]

Газофазный ядерный ракетный двигатель[править | править код]

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30000—50000 м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[8]. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[9][10] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах[11]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе[12].

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю[13][14].

Ядерная электродвигательная установка[править | править код]

ЯЭДУ используется для выработки электроэнергии, она, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[15][16]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[17][18]. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[19], проектная документация[20], завершены испытания системы управления реактором[21], проведены испытания ТВЭЛ[22], проведены испытания корпуса реактора[23], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[24].

  1. ↑ Паневин, Прищепа, 1978.
  2. ↑ Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. ↑ Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. ↑ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. ↑ АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. ↑ Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. ↑ Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. ↑ Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. ↑ Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. ↑ Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. ↑ NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. ↑ Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. ↑ В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  16. ↑ Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  17. ↑ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  18. ↑ Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  19. ↑ Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  20. ↑ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  21. ↑ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  22. ↑ Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  23. ↑ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  24. ↑ АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля
  • Паневин И. Г., Прищепа В. И. Космические ядерные ракетные двигатели. — М.: «Знание», 1978. — 64 с.
  • КОРОТЕЕВ А.С., КОНЮХОВ Г.В., ДЕМЯНКО Ю.Г. ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. — М.: Норма-Информ, 2001. — 415 с.
  • Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. 2001.
  • АКИМОВ В.Н., КОРОТЕЕВ А.С., ГАФАРОВ А.А. и другие. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003 : 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. — М: "Машиностроение", 2003. — С. 190—209. — 439 с. — ISBN 5-217-03205-7.
  • Коротеев А. С. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе ядерного реактора.
  • Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1944-1980 гг). Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш. 26.07.1973 г. // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 1. — 419 с. — 250 экз.

ru.wikiyy.com

Ядерный ракетный двигатель — ВиКи

Классификация ядерных ракетных двигателей[1]

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.[2][3]. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году[4].

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[5][6] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[7].

Твёрдофазный ядерный ракетный двигатель

В твёрдофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000—9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30000—50000 м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

  Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[8]. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[9][10] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах[11]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе[12].

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю[13][14].

Ядерная электродвигательная установка

ЯЭДУ используется для выработки электроэнергии, она, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[15][16]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[17][18]. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[19], проектная документация[20], завершены испытания системы управления реактором[21], проведены испытания ТВЭЛ[22], проведены испытания корпуса реактора[23], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[24].

См. также

Примечания

  1. ↑ Паневин, Прищепа, 1978.
  2. ↑ Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. ↑ Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. ↑ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. ↑ АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. ↑ Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. ↑ Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. ↑ Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. ↑ Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. ↑ Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. ↑ NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. ↑ Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. ↑ В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  16. ↑ Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  17. ↑ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  18. ↑ Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  19. ↑ Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  20. ↑ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  21. ↑ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  22. ↑ Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  23. ↑ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  24. ↑ АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля

Литература

  • Паневин И. Г., Прищепа В. И. Космические ядерные ракетные двигатели. — М.: «Знание», 1978. — 64 с.
  • КОРОТЕЕВ А.С., КОНЮХОВ Г.В., ДЕМЯНКО Ю.Г. ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. — М.: Норма-Информ, 2001. — 415 с.
  • Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. 2001.
  • АКИМОВ В.Н., КОРОТЕЕВ А.С., ГАФАРОВ А.А. и другие. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003 : 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. — М: "Машиностроение", 2003. — С. 190—209. — 439 с. — ISBN 5-217-03205-7.
  • Коротеев А. С. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе ядерного реактора.
  • Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1944-1980 гг). Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш. 26.07.1973 г. // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 1. — 419 с. — 250 экз.

Ссылки

xn--b1aeclack5b4j.xn--j1aef.xn--p1ai

Ядерный ракетный двигатель Вики

Классификация ядерных ракетных двигателей[1]

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.[2][3]. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году[4].

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[5][6] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[7].

Твёрдофазный ядерный ракетный двигатель[ | код]

В твёрдофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000—9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазный ядерный ракетный двигатель[ | код]

Газофазный ядерный ракетный двигатель[ | код]

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30000—50000 м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель[ | код]

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[8]. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[9][10] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах[11]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки[ | код]

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе[12].

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю[13][14].

Ядерная электродвигательная установка[ | код]

ЯЭДУ используется для выработки электроэнергии, она, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[15][16]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[17][18]. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[19], проектная документация[20], завершены испытания системы управления реактором[21], проведены испытания ТВЭЛ[22], проведены испытания корпуса реактора[23], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[24].

См. также[ | код]

Примечания[ | код]

  1. ↑ Паневин, Прищепа, 1978.
  2. ↑ Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. ↑ Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. ↑ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. ↑ АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. ↑ Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. ↑ Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. ↑ Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. ↑ Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. ↑ Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. ↑ NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. ↑ Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. ↑ В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  16. ↑ Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  17. ↑ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  18. ↑ Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  19. ↑ Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  20. ↑ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  21. ↑ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  22. ↑ Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  23. ↑ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  24. ↑ АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля

Литература[ | код]

  • Паневин И. Г., Прищепа В. И. Космические ядерные ракетные двигатели. — М.: «Знание», 1978. — 64 с.
  • КОРОТЕЕВ А.С., КОНЮХОВ Г.В., ДЕМЯНКО Ю.Г. ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. — М.: Норма-Информ, 2001. — 415 с.
  • Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. 2001.
  • АКИМОВ В.Н., КОРОТЕЕВ А.С., ГАФАРОВ А.А. и другие. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003 : 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. — М: "Машиностроение", 2003. — С. 190—209. — 439 с. — ISBN 5-217-03205-7.
  • Коротеев А. С. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе ядерного реактора.
  • Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1944-1980 гг). Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш. 26.07.1973 г. // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 1. — 419 с. — 250 экз.

Ссылки[ | код]

ru.wikibedia.ru

Ядерный ракетный двигатель — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают жидкостными (нагрев жидкого рабочего тела в нагревательной камере от ядерного реактора и вывод газа через сопло) и импульсно-взрывными (ядерные взрывы малой мощности при равном промежутке времени).

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором, как источником тепла, системы подачи рабочего тела, и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) — подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД — твёрдофазный, жидкофазный и газофазный, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма). ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в настоящее время[1].

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием, и, потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции передавался кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно было уменьшить. При взлёте корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США были проведены несколько испытаний модели летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем.

Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[2]. Согласно их расчётам, один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[3][4] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70-х годах[5]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён.

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI). При испытаниях реактору ЯРД специально позволили перегреться. При температуре в 4000 °C реактор взорвался. Взрыв разметал 45 кг радиоактивного топлива на расстояние полкилометра.

Пять месяцев спустя произошла настоящая авария, когда перегрелся ядерный двигатель другой сборки, который носил кодовое название Феб (Phoebus).

Ядерная электродвигательная установка

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[6][7]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[8][9]. На начало 2016 года, завершено эскизное проектирование[10], проектная документация[11], завершены испытания системы управления реактором[12], проведены испытания ТВЭЛ[13], проведены испытания корпуса реактора[14], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[15].

См. также

Напишите отзыв о статье "Ядерный ракетный двигатель"

Примечания

  1. ↑ [http://lenta.ru/news/2009/10/28/nuclear/ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.]
  2. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  3. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  4. ↑ [http://www.centauri-dreams.org/?p=831 Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)]
  5. ↑ [http://vz.ru/news/2012/5/16/579063.html Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс]
  6. ↑ [http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий]
  7. ↑ [http://ria.ru/science/20101203/304044087.html Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану]
  8. ↑ [http://lenta.ru/news/2014/07/08/rosatom/ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки]. // Lenta.ru
  9. ↑ [http://www.rosatom.ru/journalist/atomicsphere/f31dac804485ae6aad67ade920d36ab1 Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ]
  10. ↑ [http://ria.ru/atomtec_news/20120828/732149647.html Первую часть проекта ядерного двигателя для корабля завершат в 2012 г]
  11. ↑ [http://politrussia.com/news/v-2016-godu-253/ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора]
  12. ↑ [http://nuclear.ru/news/92503/ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса]
  13. ↑ [http://www.kommersant.ru/doc/2810188 Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России]
  14. ↑ [http://lenta.ru/news/2015/11/18/rosatom/ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса]
  15. ↑ [http://www.atomic-energy.ru/news/2015/12/24/62211 АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля]

Литература

Ссылки

  • [http://n-t.ru/tp/ts/kd3.htm Космические двигатели третьего тысячелетия]
  • [http://everythings.narod.ru/tech/russia_star_yard.htm Звёздный ЯРД России]
  • [http://www.astronautix.com/engines/rd0410.htm РД-0410] (на английском языке)
  • [http://sci-lib.com/article872.html НАСА переосмысливает ядерные и солнечные направления космической энергетики]
  • [https://www.youtube.com/watch?v=35jLkIaA5WQ Ядерный ракетный двигатель времен СССР]

Отрывок, характеризующий Ядерный ракетный двигатель

Тут уж мы обе на него удивлённо уставились – это было самое подходящее слово, которое можно было употребить, называя данный процесс. Но откуда его мог знать Светило?!. Он ведь ничего в этом не понимал!.. Или понимал, но ничего об этом не говорил?... – За это время много воды утекло, милые... – как бы отвечая на наши мысли, спокойно произнёс он. – Я пытаюсь здесь выжить, и с вашей помощью начинаю кое-что понимать. А что привожу кого, так не могу я один такой красотой наслаждаться, когда всего лишь за стеной такие малые в жутком ужасе трясутся... Не для меня всё это, если я не могу помочь... Я взглянула на Стеллу – она выглядела очень гордой, и, конечно же, была права. Не напрасно она создавала для него этот чудесный мир – Светило по-настоящему его стоил. Но он сам, как большое дитя, этого совершенно не понимал. Просто его сердце было слишком большим и добрым, и не желало принимать помощь, если не могло делиться ею с кем-то другим... – А как они здесь оказались? – показывая на испуганных малышей, спросила Стелла. – О, это длинная история. Я время от времени их навещал, они к отцу с матерью с верхнего «этажа» приходили... Иногда к себе забирал, чтобы от беды уберечь. Они же малые, не понимали, насколько это опасно. Мама с папой были здесь, вот им и казалось, что всё хорошо... А я всё время боялся, что опасность поймут, когда уже поздно будет... Вот и случилось только что это же самое «поздно»... – А что же такого их родители натворили, что попали сюда? И почему они все «ушли» одновременно? Они погибли что ли? – не могла остановиться, сердобольная Стелла. – Чтобы спасти своих малышей, их родителям пришлось убить других людей... За это здесь и платили посмертно. Как и все мы... Но сейчас их уже и здесь больше нет... Их нигде нет более... – очень грустно прошептал Светило. – Как – нет нигде? А что же случилось? Они что – и здесь сумели погибнуть?! Как же такое случилось?.. – удивилась Стелла. Светило кивнул. – Их убил человек, если «это» можно назвать человеком... Он чудовище... Я пытаюсь найти его... чтобы уничтожить. Мы сразу же дружно уставились на Марию. Опять это был какой-то страшный человек, и опять он убивал... Видимо, это был тот же самый, кто убил её Дина. – Вот эта девочка, её зовут Мария, потеряла свою единственную защиту, своего друга, которого тоже убил «человек». Я думаю, это тот же самый. Как же мы можем найти его? Ты знаешь? – Он сам придёт... – тихо ответил Светило, и указал на жмущихся к нему малышей. – Он придёт за ними... Он их случайно отпустил, я ему помешал. У нас со Стеллой поползли по спинам большие-пребольшие, шипастые мурашки... Это звучало зловеще... А мы ещё не были достаточно взрослыми, чтобы кого-то так просто уничтожать, и даже не знали – сможем ли... Это в книгах всё очень просто – хорошие герои побеждают чудовищ... А вот в реальности всё гораздо сложнее. И даже если ты уверен, что это – зло, чтобы побеждать его, нужна очень большая смелость... Мы знали, как делать добро, что тоже не все умеют... А вот, как забирать чью-то жизнь, даже самую скверную, научиться ни Стелле, ни мне, пока ещё как-то не пришлось... И не попробовав такое, мы не могли быть совершенно уверены, что та же самая наша «смелость» в самый нужный момент нас не подведёт. Я даже не заметила, что всё это время Светило очень серьёзно за нами наблюдает. И, конечно же, наши растерянные рожицы ему говорили обо всех «колебаниях» и «страхах» лучше, чем любая, даже самая длинная исповедь... – Вы правы, милые – не боятся убить лишь глупцы... либо изверги... А нормальный человек к этому никогда не привыкнет... особенно, если даже ещё не пробовал никогда. Но вам не придётся пробовать. Я не допущу... Потому что, даже если вы, праведно кого-то защищая, мстить будете, оно сожжёт ваши души... И уже больше никогда прежними не будете... Вы уж поверьте мне. Вдруг прямо за стеной послышался жуткий хохот, своей дикостью леденящий душу... Малыши взвизгнули, и все разом бухнулись на пол. Стелла лихорадочно пыталась закрыть пещеру своей защитой, но, видимо от сильного волнения, у неё ничего не получалось... Мария стояла не двигаясь, белая, как смерть, и было видно, что к ней возвращалось состояние недавно испытанного шока. – Это он... – в ужасе прошептала девчушка. – Это он убил Дина... И он убьёт всех нас... – Ну это мы ещё посмотрим. – нарочито, очень уверенно произнёс Светило. – Не таких видели! Держись, девочка Мария. Хохот продолжался. И я вдруг очень чётко поняла, что так не мог смеяться человек! Даже самый «нижнеастральный»... Что-то в этом всём было неправильно, что-то не сходилось... Это было больше похоже на фарс. На какой-то фальшивый спектакль, с очень страшным, смертельным концом... И тут наконец-то меня «озарило» – он не был тем человеком, которым выглядел!!! Это была всего лишь человеческая личина, а нутро было страшное, чужое... И, была не была, – я решила попробовать с ним бороться. Но, если бы знала исход – наверное, не пробовала бы никогда... Малыши с Марией спрятались в глубокой нише, которую не доставал солнечный свет. Мы со Стеллой стояли внутри, пытаясь как-то удержать, почему-то всё время рвущуюся, защиту. А Светило, стараясь сохранить железное спокойствие, встречал это незнакомое чудище у входа в пещеру, и как я поняла, не собирался его туда пропускать. Вдруг у меня сильно заныло сердце, будто в предчувствии какой-то большой беды.... Полыхнуло яркое синее пламя – все мы дружно ахнули... То, что минуту назад было Светилом, за одно лишь коротенькое мгновение превратилось в «ничто», даже не начав сопротивляться... Вспыхнув прозрачным голубым дымком, он ушёл в далёкую вечность, не оставив в этом мире даже следа... Мы не успели испугаться, как сразу же за происшедшим, в проходе появился жуткий человек. Он был очень высоким и на удивление... красивым. Но всю его красоту портило мерзкое выражение жестокости и смерти на его утончённом лице, и ещё было в нём какое-то ужасающее «вырождение», если можно как-то такое определить... И тут, я вдруг вспомнила слова Марии про её «ужастика» Дина. Она была абсолютно права – красота может быть на удивление страшной... а вот доброе «страшное» можно глубоко и сильно полюбить... Жуткий человек опять дико захохотал... Его хохот болезненным эхом повторялся в моём мозгу, впиваясь в него тысячами тончайших игл, а моё немеющее тело слабело, постепенно становясь почти что «деревянным», как под сильнейшим чужеродным воздействием... Звук сумасшедшего хохота фейерверком рассыпался на миллионы незнакомых оттенков, тут же острыми осколками возвращаясь обратно в мозг. И тут я наконец-то поняла – это и правда было нечто наподобие мощнейшего «гипноза», что своим необычным звучанием постоянно наращивало страх, заставляя нас панически бояться этого человека. – Ну и что – долго вы собираетесь хохотать?! Или говорить боитесь? А то нам надоело вас слушать, глупости всё это! – неожиданно для самой себя, грубо закричала я. Я понятия не имела, что на меня нашло, и откуда у меня вдруг взялось столько смелости?! Потому, что от страха уже кружилась голова, а ноги подкашивались, как будто я собиралась сомлеть прямо сейчас, на полу этой же самой пещеры... Но недаром ведь говорят, что иногда от страха люди способны совершать подвиги... Вот и я, наверное, уже до того «запредельно» боялась, что каким-то образом сумела забыть про тот же самый страх... К счастью, страшный человек ничего не заметил – видимо его вышиб тот факт, что я посмела вдруг с ним так нагло заговорить. А я продолжала, чувствуя, что надо во что бы то ни стало быстрее разорвать этот «заговор»... – Ну, как, чуточку побеседуем, или вы и можете всего только хохотать? Говорить-то вас научили?.. Я, как могла, умышленно его злила, пытаясь выбить из колеи, но в то же время дико боялась, что он нам таки покажет, что умеет не только говорить... Быстро глянув на Стеллу, я попыталась передать ей картинку, всегда спасавшего нас, зелёного луча (этот «зелёный луч» означал просто очень плотный, сконцентрированный энергетический поток, исходящий от зелёного кристалла, который когда-то подарили мне мои далёкие «звёздные друзья», и энергия коего видимо сильно отличалась качеством от «земной», поэтому срабатывало оно почти всегда безотказно). Подружка кивнула, и пока страшный человек не успел опомниться, мы дружно ударили его прямо в сердце... если оно, конечно, там вообще находилось... Существо взвыло (я уже поняла, что это не человек), и начало корчиться, как бы «срывая» с себя, так мешавшее ему, чужое «земное» тело... Мы ударили ещё. И тут вдруг увидели уже две разные сущности, которые плотно сцепившись, вспыхивая голубыми молниями, катались на полу, как бы пытаясь друг друга испепелить... Одна из них была той же красивой человеческой, а вторая... такого ужаса невозможно было нормальным мозгом ни представить, ни вообразить... По полу, яро сцепившись с человеком, каталось что-то невероятно страшное и злое, похожее на двухголовое чудище, истекающее зелёной слюной и «улыбающееся» оскаленными ножеобразными клыками... Зелёное, чешуйчато-змеевидное тело ужасающего существа поражало гибкостью и было ясно, что человек долго не выдержит, и что, если ему не помочь, то жить осталось этому бедняге всего ничего, даже и в этом ужасном мире...

o-ili-v.ru

Ядерный ракетный двигатель — Туркмения ВиКи

Классификация ядерных ракетных двигателей[1]

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков Келдыша М. В., Курчатова И. В. и Королёва С. П.[2][3]. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году[4].

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца[5][6] и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилон Эридана за 24,8 года[7].

Твёрдофазный ядерный ракетный двигатель

В твёрдофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000—9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30000—50000 м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

  Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек[8]. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[9][10] Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70х годах[11]. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ»(KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе[12].

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю[13][14].

Ядерная электродвигательная установка

ЯЭДУ используется для выработки электроэнергии, она, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем[15][16]. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году[17][18]. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование[19], проектная документация[20], завершены испытания системы управления реактором[21], проведены испытания ТВЭЛ[22], проведены испытания корпуса реактора[23], проведены испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки[24].

См. также

Примечания

  1. ↑ Паневин, Прищепа, 1978.
  2. ↑ Центр Келдыша, 2003, с. 192.
  3. ↑ Энергомаш, 2008, Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш.
  4. ↑ Роскосмос занялся разработкой ядерного космического корабля, Lenta.ru, 28.10.2009.
  5. ↑ АКАДЕМИИ НАУК СССР КОМИССИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНОГО НАСЛЕДИЙ К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО ГОСУДАРСТВНЫЙ МУЗЕЙ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ им. к.э. ЦИОЛКОВСКОГО ТРУДЫ ДВАДЦАТЫХ ЧТЕНИЙ К. Э.ЦИОЛКОВСКОГО Секция «Проблемы ракетной и космической техники» Калуга, 1985 г. А. В. Багров, М. А. Смирнов, С. А. Смирнов МЕЖЗВЕЗДНЫЕ КОРАБЛИ С МАГНИТНЫМ ЗЕРКАЛОМ
  6. ↑ Багров А. В., Смирнов М. А. Каравеллы для звездоплавателей // Наука и человечество. 1992—1994. — М.: Знание, 1994.
  7. ↑ Международный ежегодник «Гипотезы прогнозы наука и фантастика» 1991 г. XXI век: строим звездолет. Александр Викторович Багров. Михаил Александрович Смирнов
  8. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship — Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  9. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship — Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  10. ↑ Looking Back at Orion by Paul Gilster on September 23, 2006, Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  11. ↑ Российские ядерные двигатели могут быть использованы при полёте на Марс
  12. ↑ Andrew Jones //China sets out long-term space transportation roadmap including a nuclear space shuttle. gbtimes.com. 2017-11-16.
  13. ↑ NASA Is Bringing Back Nuclear-Powered Rockets to Get to Mars//Fortune, новостной портал, по информации Bloomberg. 15 февраля 2018.
  14. ↑ Даниил Ревадзе//NASA возвращается к идее ядерного двигателя для космических кораблей. Портал hightech.fm. 17 февраля 2018.
  15. ↑ В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий
  16. ↑ Росатом разработка новой космической ядерной установки идет по плану
  17. ↑ В России собрали первый в мире ТВЭЛ для космической энергоустановки. // Lenta.ru
  18. ↑ Завершены испытания системы управления реактором космической ЯЭДУ
  19. ↑ Первая часть проекта ядерного двигателя для корабля будет заверена в 2012 г
  20. ↑ В 2016 году Росатом приступит к созданию космического реактора
  21. ↑ Завершены испытания регулирующего органа реактора ЯЭДУ мегаваттного класса
  22. ↑ Космические ядерные энергодвигательные установки сейчас возможны только в России
  23. ↑ В России успешно завершены испытания корпуса ядерного реактора для космоса
  24. ↑ АО «НИКИЭТ» успешно завершило испытания полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки для транспортно-энергетического модуля

Литература

  • Паневин И. Г., Прищепа В. И. Космические ядерные ракетные двигатели. — М.: «Знание», 1978. — 64 с.
  • КОРОТЕЕВ А.С., КОНЮХОВ Г.В., ДЕМЯНКО Ю.Г. ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. — М.: Норма-Информ, 2001. — 415 с.
  • Демянко Ю. Г., Конюхов Г. В., Коротеев А. С., Кузьмин Е. П., Павельев А. А. Ядерные ракетные двигатели. 2001.
  • АКИМОВ В.Н., КОРОТЕЕВ А.С., ГАФАРОВ А.А. и другие. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003 : 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. — М: "Машиностроение", 2003. — С. 190—209. — 439 с. — ISBN 5-217-03205-7.
  • Коротеев А. С. Ракетные двигатели и энергетические установки на основе ядерного реактора.
  • Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1944-1980 гг). Очерк разработки ядерных ракетных двигателей в КБ Энергомаш. 26.07.1973 г. // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 1. — 419 с. — 250 экз.

Ссылки

tm.ru.net