Ydinrakettimoottori

Ydinrakettimoottori ( NRE ) on eräänlainen rakettimoottori, joka käyttää fission tai ydinfuusion energiaa suihkun työntövoiman luomiseen .

Perinteinen NRE kokonaisuutena on suunnittelu lämmityskammiosta, jossa on ydinreaktori lämmönlähteenä, käyttönesteen syöttöjärjestelmä ja suutin. Työneste (yleensä vety ) syötetään säiliöstä reaktorin sydämeen, jossa se kulkiessaan ydinhajoamisreaktiolla kuumennettujen kanavien läpi kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin ja työnnetään sitten ulos suuttimen läpi, jolloin syntyy suihkun työntövoima . On olemassa erilaisia ​​NRE-malleja: kiinteän faasin, nestefaasin ja kaasufaasin - vastaavat ydinpolttoaineen aggregaatiotilaa reaktorin sydämessä - kiinteää, sulaa tai korkean lämpötilan kaasua (tai jopa plasmaa ).

Neuvostoliitossa allekirjoitettiin vuonna 1958 yksityiskohtainen hallituksen asetus ydinrakettimoottorin luomisongelmasta. Tällä asiakirjalla työn hallinta kokonaisuudessaan uskottiin akateemikot M. V. Keldyshille , I. V. Kurchatoville ja S. P. Koroleville [2] [3] . Työssä oli mukana kymmeniä tutkimus-, suunnittelu-, suunnittelu-, rakennus- ja asennusorganisaatioita. KBHA kehitti aktiivisesti YARDia Voronezhissa, ja niitä on testattu Neuvostoliitossa (katso RD-0410 ) ja Yhdysvalloissa (katso NERVA ) 1950-luvun puolivälistä lähtien.

Kiinteäfaasinen ydinrakettimoottori

Kiinteän faasin NRE:issä (TfNRE:t) halkeamiskelpoinen materiaali, kuten tavanomaisissa ydinreaktoreissa , sijoitetaan monimutkaisiin sauvakokoonpanoihin ( TVEL ), joiden pinta on kehittynyt, mikä mahdollistaa kaasumaisen työnesteen (yleensä vety, harvemmin ammoniakki ), joka on samalla jäähdytysneste, joka jäähdyttää rakenneosia ja itse kokoonpanoja. Lämmityslämpötilaa rajoittaa rakenneosien sulamispiste (enintään 3000 K). Kiinteän faasin NRE: n ominaisimpulssi on nykyaikaisten arvioiden mukaan 850-900 s, mikä on yli kaksi kertaa edistyneimpien kemiallisten rakettimoottoreiden suorituskykyä parempi [4] . 1900-luvun TfYARD-teknologioiden maapohjaisia ​​demonstraatioita luotiin ja testattiin menestyksekkäästi telineet ( NERVA -ohjelma USA:ssa, RD-0410 Neuvostoliitossa).

Nestefaasi- ja kolloidinen ydinrakettimoottori

Nestefaasin ja kolloidisten NRE:iden parissa tehtävä työ ei ole saanut paljon kehitystä, koska nämä NRE:t ovat suhteellisen vähän tehokkaampia kuin kiinteän faasin NRE, ja tekniseltä monimutkaisuudeltaan ne ovat verrattavissa kaasufaasiin (käynnistyksen organisointiongelmat, nestefaasin ja kolloidisten NRE:iden säätely ja sammuttaminen ovat yhtä monimutkaisia).

- [1]

.

Kaasufaasinen ydinrakettimoottori

Kaasufaasinen ydinsuihkumoottori (GNJD) on käsitteellinen suihkumoottorityyppi, jossa suihkuvoima syntyy suihkuttamalla jäähdytysnestettä (työnestettä) ydinreaktorista, jonka polttoaine on kaasumaisessa muodossa tai plasman muoto. Uskotaan, että tällaisissa moottoreissa ominaisimpulssi on 30-50 tuhatta m/s. Lämmönsiirto polttoaineesta jäähdytysnesteeseen saavutetaan pääasiassa säteilyn avulla, enimmäkseen spektrin ultraviolettialueella (polttoaineen lämpötilassa noin 25 000 °C).

Nuclear Pulse Engine

Noin kilotonnin tehoisten atomipanosten tulisi lentoonlähdön aikana räjähtää nopeudella yksi varaus sekunnissa. Iskuaallon  - laajenevan plasmapilven - piti ottaa vastaan ​​"työntäjä" - voimakas metallilevy, jossa on lämpösuojapinnoite, ja sitten siitä heijastuneena luoda suihkun työntövoima. Työntölevyn vastaanottama impulssi on välitettävä alukseen rakenneosien kautta. Sitten, kun korkeus ja nopeus kasvavat, räjähdysten taajuutta voidaan vähentää. Nouseessaan aluksen on lentää tiukasti pystysuorassa ilmakehän radioaktiivisen saastumisen alueen minimoimiseksi.

Yhdysvalloissa avaruuskehitystä pulssirakettimoottoreilla toteutettiin vuosina 1958-1965 osana Orion- projektia General Atomicin toimesta Yhdysvaltain ilmavoimien tilauksesta .

Orion-projektin mukaan ei tehty pelkästään laskelmia, vaan myös täysimittaisia ​​testejä. Lentokokeet pulssiohjatun lentokoneen malleista (räjähdyksissä käytettiin tavallisia kemiallisia räjähteitä). Positiivisia tuloksia saatiin pulssimoottorilla varustetun laitteen ohjatun lennon perustavanlaatuisesta mahdollisuudesta. Myös vetolevyn lujuuden tutkimiseksi suoritettiin testejä Eniwetok Atollilla . Tämän atollin ydinkokeiden aikana grafiitilla päällystettyjä teräspalloja sijoitettiin 9 metrin päähän räjähdyksen keskipisteestä. Pallot löydettiin räjähdyksen jälkeen ehjinä, ja niiden pinnalta haihtui (abloitui) ohut kerros grafiittia.

Orion-projektin kehitysohjelma suunniteltiin 12 vuodeksi, kustannusarvio oli 24 miljardia dollaria, mikä vastasi Apollon kuuohjelman suunniteltuja kustannuksia . On mielenkiintoista, että kehittäjät tekivät alustavia laskelmia tähän tekniikkaan perustuvan sukupolven aluksen rakentamiseksi, jonka massa on jopa 40 miljoonaa tonnia ja miehistö jopa 20 000 ihmistä [5] . Heidän laskelmiensa mukaan yksi tällaisen ydinpulssitähtialuksen (paino 100 000 tonnia) supistetuista versioista voisi saavuttaa Alpha Centaurin 130 vuodessa kiihtyen 10 000 km/s nopeuteen. [6] [7] Prioriteetit kuitenkin muuttuivat, ja vuonna 1965 projekti lopetettiin.

Neuvostoliitossa samanlainen hanke kehitettiin 1950- ja 70-luvuilla [8] . Laite sisälsi ylimääräisiä kemiallisia suihkumoottoreita, mikä nosti sen 30-40 km:n etäisyydelle maan pinnasta . sitten sen piti käynnistää pääydinpulssimoottori. Suurin ongelma oli työntimen seulan lujuus, joka ei kestänyt läheisten ydinräjähdysten valtavia lämpökuormia. Samalla on esitetty useita teknisiä ratkaisuja, jotka mahdollistavat työntölevyn suunnittelun kehittämisen riittävällä resurssilla. Hanketta ei ole saatu päätökseen. Pulssi-NRE:n todellisia testejä ydinlaitteiden räjäyttämisellä ei ole suoritettu.

Muu kehitys

1960-luvulla Yhdysvallat oli matkalla kuuhun. Vähemmän tunnettu on tosiasia, että Nevadan testialueen alueella 25 (lähellä kuuluisaa aluetta 51 ) tutkijat työskentelivät yhden kunnianhimoisen hankkeen parissa - lennon Marsiin ydinmoottoreilla. Projekti sai nimekseen NERVA . Täydellä teholla toimivan ydinmoottorin piti lämmetä 2000 °C:n lämpötilaan. Tammikuussa 1965 testattiin ydinrakettimoottoria koodinimellä "KIWI" (KIWI).

China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) julkaisi marraskuussa 2017 tiekartan Kiinan avaruusohjelman kehittämiseksi vuosille 2017-2045. Se tarjoaa erityisesti ydinrakettimoottorilla toimivan uudelleenkäytettävän avaruusaluksen luomisen [9] .

Helmikuussa 2018 raportoitiin, että NASA aloitti uudelleen ydinrakettimoottorin tutkimus- ja kehitystyön [10] [11] [12] .

Sähköinen ydinvoima

Ydinsähkökäyttöistä propulsiojärjestelmää (NEP) käytetään sähkön tuottamiseen , jota puolestaan ​​käytetään sähkörakettimoottorin pyörittämiseen .

Yhdysvalloissa vastaavaa ohjelmaa (projekti NERVA ) supistettiin vuonna 1971, mutta vuonna 2020 amerikkalaiset palasivat tähän aiheeseen ja määräsivät Gryphon Technologiesilta ydinlämpömoottorin (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) kehittämisen sotilaallisia avaruusryntäjiä varten. ydinmoottoreita lähellä Kuuta ja Maata lähellä olevassa avaruudessa partioimiseen [13] , myös vuodesta 2015 lähtien, Kilopower- projektin parissa on työskennelty .

Vuodesta 2010 lähtien Venäjällä on aloitettu työ avaruuskuljetusjärjestelmien megawattiluokan ydinsähkökäyttöisen propulsiojärjestelmän (Nuklon-avaruushinaajan ) projektissa . Vuodelle 2021 ulkoasua kehitetään; vuoteen 2025 mennessä on tarkoitus luoda prototyyppejä tästä ydinvoimalaitoksesta; ydinvoimalaitoksella varustetun avaruustraktorin suunniteltu lentotestien päivämäärä julkistettiin - 2030 [14] .

Ison-Britannian avaruusjärjestö teki vuonna 2021 Rolls-Roycen kanssa sopimuksen , jonka mukaan pitkän matkan avaruusaluksiin suunnitellaan ydinvoiman propulsiomoottorin luomista [15] .

Näkökulmat

A. V. Bagrovin, M. A. Smirnovin ja S. A. Smirnovin mukaan ydinrakettimoottori voi saavuttaa Pluton kahdessa kuukaudessa [16] [17] ja palata takaisin neljässä kuukaudessa 75 tonnin polttoainekustannuksilla Alpha Centaurukseen 12 vuodessa, ja Epsilon Eridani 24,8 vuodessa [18] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 Panevin, Prishchepa, 1978 .
  2. ↑ Keldysh Center, 2003 , s. 192.
  3. ↑ Energomash, 2008 , Essee ydinrakettimoottorien kehittämisestä Energomashin suunnittelutoimistossa.
  4. ↑ Keldysh Center, 2003 , s. 195.
  5. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oritsink.htm Orion Starship - Heat Sink, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  6. ↑ http://www.astronautix.com/lvs/oriative.htm Orion Starship - Ablative, Encyclopedia Astronautica www.astronautix.com
  7. ↑ Looking Back at Orion, kirjoittanut Paul Gilster 23. syyskuuta 2006 , Centauri Dreams (centauri-dreams.org)
  8. ↑ Venäläisiä ydinmoottoreita voidaan käyttää lentäessään Marsiin
  9. ↑ Andrew Jones //Kiina laatii pitkän aikavälin avaruuskuljetussuunnitelman, joka sisältää ydinavaruussukkulan. gbtimes.com. 16.11.2017 .
  10. ↑ NASA tuo takaisin ydinvoimalla toimivia raketteja päästäkseen Marsiin//Fortune, uutisportaali Bloombergin mukaan. 15. helmikuuta 2018 .
  11. ↑ Daniil Revadze // NASA palaa ajatukseen ydinmoottorista avaruusaluksille. hightech.fm portaali. 17. helmikuuta 2018 .
  12. ↑ Loura Hall . "Nuclear Thermal Propulsion: Pelin muuttava tekniikka syväavaruuden tutkimiseen". nasa.gov. 25.5.2018.
  13. ↑ Yhdysvaltain avaruusvoimat määräsivät ydinmoottorin kehittämisen kuun ryöstäjälle // 3DNews , 1.10.2020
  14. ↑ Karasev S. "Venäläinen ydinvoimalla toimiva avaruushinaaja Nuklon laukeaa vuonna 2030." 3DNews Daily Digital Digest (3dnews.ru) on itsenäinen venäläinen verkkojulkaisu. 16. syyskuuta 2020.
  15. ↑ Iso-Britannia haluaa luoda pitkän kantaman avaruuslaivaston Rolls-Roycen ydinmoottoreille // 3DNews , 16.1.2021
  16. ↑ Bagrov A. V., Smirnov M. A., Smirnov S. A. Tähtienväliset alukset magneettipeilillä // Proceedings of the Twentieth Readings of K. E. Tsiolkovsky. - Kaluga, 1985.
  17. ↑ Bagrov A.V., Smirnov M.A. Karavelit tähtikatselijoille // Tiede ja ihmiskunta . 1992-1994. - M . : Tieto , 1994.
  18. ↑ Bagrov A. V., Smirnov M. A. XXI vuosisata: tähtialuksen rakentaminen // Kansainvälinen vuosikirja "Hypoteesit, ennusteet, tiede ja fiktio". – 1991.

Kirjallisuus

Linkit

 Moottorit
rakettimoottorit
Kemiallinen
nestettä
muu
Ydin
Sähkö
muu
Katso myös ikiliikkuja Vaihde moottori kumimoottori
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa