Ядерный ракетный двигатель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Классификация ядерных ракетных двигателей[1]

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

ЯРД NERVA

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]

ТфЯРД

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]

Основная статья: Газофазный ядерный реактивный 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[править | править 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[править | править 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[править | править код]

Основная статья: Ядерная электродвигательная установка
Основная статья: Ядерная электродвигательная установка мегаваттного класса

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[править | править код]

commons: Ядерный ракетный двигатель на Викискладе

Примечания[править | править 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[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Ядерный_ракетный_двигатель&oldid=96293995