Nuklearni raketni motori i nuklearni raketni električni pogonski sistemi. Nuklearni raketni motor
Nuklearni motoriKrajem 40-ih godina, na tragu euforije zbog mogućnosti korištenja nuklearne energije, i SAD i SSSR su započeli rad na ugradnji nuklearnih motora na sve što se moglo kretati. Ideja o stvaranju takvog "trajnog" motora bila je posebno privlačna za vojsku. Nuklearne elektrane (NPP) prvenstveno su se koristile u mornarici jer brodske elektrane nisu bile podvrgnute tako strogim zahtjevima veličine i težine kao, na primjer, u avijaciji. Ipak, Ratno vazduhoplovstvo nije moglo da „prođe” priliku da neograničeno poveća domet strateške avijacije. U maju 1946 Komanda američkog ratnog vazduhoplovstva odobrila je projekat stvaranja nuklearnih motora za opremanje strateških bombardera „Nuklearna energija za pogon aviona” (skraćeno NEPA, prevedeno kao „Nuklearna energija za motore aviona”). Rad na njegovoj implementaciji započeo je u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge. Godine 1951 zamijenjen je zajedničkim programom Vazduhoplovstva i Komisije za atomsku energiju (AEC) „Aircraft Nuclear Propulsion” (ANP, „Aviation Nuclear Propulsion”). Kompanija General Electric napravila je turbomlazni motor (TRJ), koji se razlikovao od „običnog“ samo po tome što je umesto konvencionalne komore za sagorevanje postojao nuklearni reaktor koji je grejao komprimiran kompresorom zrak. U isto vrijeme, zrak je postao radioaktivan - otvoren krug. Tih godina su se prema tome odnosili jednostavnije, ali ipak, da ne bi zagadili svoj aerodrom, avioni za polijetanje i slijetanje trebali su biti opremljeni konvencionalnim motorima na kerozin. Prvi projekat nuklearnog aviona SAD stvoren je na bazi supersoničnog strateškog bombardera B-58. Programer (Convair) ga je označio X-6. Četiri turbomlazna motora na nuklearni pogon bila su smještena ispod delta krila, a trebala su raditi još 2 "obična" turbomlazna motora tokom polijetanja i slijetanja. Do sredine 1950-ih, prototip malog vazdušno hlađenje snage 1 MW. Za testiranje leta i zaštite posade dodijeljen je bombarder B-36H. Posada leteće laboratorije bila je u zaštitnoj kapsuli, ali sam reaktor, koji se nalazio u odeljku za bombe, nije imao biološku zaštitu. Leteći laboratorij je nazvan NB-36H. Od jula 1955 do marta 1957 izvršila je 47 letova iznad pustinjskih regija Teksasa i Novog Meksika, tokom kojih je reaktor bio uključen i isključen. U sljedećoj fazi stvoren je novi nuklearni reaktor HTRE (njegov posljednji model je imao snagu od 35 MW, dovoljan za rad dva motora) i eksperimentalni motor X-39, koji je uspješno prošao zajednička zemaljska testiranja. Međutim, u to vrijeme Amerikanci su shvatili da otvoreni krug nije prikladan i počeli su projektirati elektranu s grijanjem zraka u izmjenjivaču topline. Novi Convair NX-2 imao je kanar dizajn (horizontalni rep se nalazio ispred krila). Nuklearni reaktor je trebao biti smješten u središnjem dijelu, motori pozadi, a usisnici zraka ispod krila. Avion je trebalo da koristi od 2 do 6 pomoćnih turbomlaznih motora. Ali u martu 1961 program ANP je zatvoren.
Planirano je da se mlazni motor na nuklearni pogon ugradi na supersoničnu raketu male visine (SLAM) koja se razvijala. Projektil (sada bi se zvao krstareći projektil) je u suštini bio bespilotni bombarder sa vertikalnim lansiranjem (koristeći četiri pojačivača na čvrsto gorivo). Mlazni motor na nuklearni pogon palio se kada je postignuta određena brzina i već na dovoljnoj udaljenosti od vlastite teritorije. Zrak koji je ulazio kroz dovod zraka zagrijavao se u nuklearnom reaktoru i, prolazeći kroz mlaznicu, stvarao je potisak. Let do cilja i oslobađanje bojevih glava u skrivene svrhe morali su biti izvedeni na ultra maloj visini pri brzini tri puta većoj od brzine zvuka. Nuklearni reaktor je imao toplotnu snagu od 500 MW, radna temperatura jezgre bila je više od 1600 stepeni C. Izgrađen je poseban poligon za testiranje motora. |  |
Sovjetski Savez nuklearni avion je bio mnogo potrebniji od Sjedinjenih Država jer nije imao vojne baze u blizini američkih granica i mogao je djelovati samo sa svoje teritorije, a strateški bombarderi M-4 i Tu-95 koji su se pojavili sredinom 50-ih mogli su ne "pokrivaju" cijelu teritoriju Sjedinjenih Država. Rad na proučavanju problema stvaranja nuklearnih elektrana za brodove, podmornice i avione započeo je već 1947. godine. Međutim, Rezolucija Vijeća ministara o početku radova na avionima na nuklearni pogon izdata je tek 12. augusta 1955. godine. (u to vrijeme već se gradila prva sovjetska nuklearna podmornica). Tupoljevov OKB-156 i Mjašičev OKB-23 počeli su da projektuju avione sa nuklearnim elektranama, a Kuznjecov OKB-276 i Ljulkin OKB-165 su sami razvijali takve elektrane. 
U martu 1956 Vlada je donela uredbu o stvaranju (za proučavanje uticaja radijacije na dizajn aviona i njegove opreme, kao i pitanja radijacione bezbednosti) leteće laboratorije na bazi strateškog bombardera Tu-95. Godine 1958 Eksperimentalni "avionski" nuklearni reaktor dopremljen je na poligon Semipalatinsk. Sredinom 1959 Reaktor je instaliran na proizvodnom avionu Tu-95LAL (Flying Atomic Laboratory). Reaktor se koristi 
nazivan je samo izvorom zračenja i hlađen je vodom. Radijator rashladnog sistema, koji se nalazi na dnu trupa, bio je izduvan dolaznim strujanjem vazduha. U maju-avgustu 1961 Tu-95LAL je izvršio 34 leta iznad poligona. Sljedeći korak je bio stvaranje eksperimentalnog Tu-119 zasnovanog na Tu-95. Na dva (od 
maksimalna brzina oko 1400 km/h. Drugi projekat bio je jurišni avion na malim visinama, težine pri polijetanju od 102 tone. 37m dužine. raspon krila 19m. i maksimalnom brzinom od 1400 km/h. Avion je imao nisko postavljeno delta krilo. Njegova dva motora bila su smještena u jednom paketu na stražnjoj strani trupa. Prilikom polijetanja i slijetanja, motori su radili na kerozin. Nadzvučni strateški bombarder trebao je imati poletnu težinu od 153 tone. dužina 40,5 m. i raspon krila 30,6 m. Od šest turbomlaznih motora (Kuznjecov Design Bureau), dva, smještena u repu, bila su opremljena izmjenjivačima topline i mogla su se pokretati nuklearnim reaktorom. Ispod krila na pilonima postavljena su četiri konvencionalna turbomlazna motora. Izvana, ovaj avion je bio sličan američkom srednjem supersoničnom bombarderu B-58. 
Konstruktorski biro Myasishchev je također razmatrao mogućnost stvaranja „nuklearnog“ aviona na bazi postojećeg ZM bombardera zamjenom konvencionalnih turbomlaznih motora nuklearnim opremljenim izmjenjivačima topline (reaktor se nalazio u odeljku za bombe). Razmatrana je i mogućnost stvaranja nadzvučnog bombardera M-60. Predloženo je nekoliko opcija opcije rasporeda sa motori (poletna težina 225-250t, nosivost - 25t, brzina - do 3000 km/h, dužina 51-59m, raspon krila - 27-31m). Radi zaštite od zračenja, piloti su smješteni u posebnu zatvorenu kapsulu, a motori smješteni u stražnji dio trupa. Vizuelna vidljivost iz kapsule je bila isključena i autopilot je morao voditi avion do cilja. Kako bi se osigurala ručna kontrola, planirano je korištenje televizijskih i radarskih ekrana. Programeri su prvobitno predložili da se avion napravi bez posade. Ali zbog pouzdanosti, vojska je insistirala na verziji s posadom. Jedna opcija je bio hidroavion. Njegova prednost je bila u tome što su se prigušeni reaktori mogli spustiti u vodu kako bi se smanjilo pozadinsko zračenje. S razvojem raketne tehnike i pojavom pouzdanih interkontinentalnih balističkih projektila i podmornica s nuklearnim projektilima, vojni interes za nuklearne bombardere je izblijedio, a rad je smanjen. Ali 1965 ponovo je vraćena ideja o stvaranju protivpodmorničkog aviona na nuklearni pogon. Ovaj put prototip je bio teški transportni An-22 „Antej“, koji je imao iste motore kao i Tu-95. Razvoj NK-14A je u to vrijeme bio prilično uznapredovao. Polijetanje i slijetanje je trebalo da se obavlja na kerozinu (snaga motora 4 x 13000 KS), a krstareći let na nuklearnoj energiji (4 x 8900 KS). Trajanje leta bilo je ograničeno samo "ljudskim faktorom" da bi se ograničila doza koju je primila posada, postavljeno je na 50 sati. Domet leta bi bio 27.500 km. Godine 1972 An-22 sa nuklearnim reaktorom na brodu obavio je 23 leta. Međutim, ekološki problemi u slučaju avionske nesreće nikada nisu riješeni, možda je to bio razlog da projekat nije realizovan. 80-ih godina pojavilo se interesovanje za nuklearni avion kao nosač balističkih projektila. Budući da je gotovo stalno u zraku, bio bi neranjiv na iznenadni neprijateljski nuklearni raketni udar. U slučaju avionske nesreće, nuklearni reaktor bi se mogao odvojiti i spustiti padobranom. Ali početak detanta, "perestrojke", a potom i raspad SSSR-a nisu dozvolili da nuklearni avion poleti. S.A. Lavochkin) sredinom 50-ih, proučavalo se pitanje ugradnje ramjet nuklearnog motora na interkontinentalnu krstareću raketu Burya (slično projektu PLUTO). Projekat je dobio oznaku "375". Sam razvoj rakete nije bio problem, inženjeri motora nisu uspjeli. OKB-670 (glavni dizajner M.M. Bondaryuk) dugo se nije mogao nositi sa stvaranjem ramjet nuklearnog motora. Godine 1960 Projekat Tempest je zatvoren zajedno sa njegovom nuklearnom verzijom. Nikada nije došlo do tačke testiranja nuklearnog motora. Nuklearna energija se može koristiti za zagrijavanje radnog fluida ne samo u motoru koji diše zrak, već iu nuklearnom raketnom motoru (NRE), koji se obično dijele na reaktivne, u kojima se odvija proces zagrijavanja radnog fluida (RT) događa se kontinuirano, pulsirajuće ili pulsirajuće (također općenito reaktivno), pri čemu se nuklearna energija oslobađa diskretno, kroz niz nuklearnih (termonuklearnih) eksplozija male snage. Nuklearno gorivo u jezgri reaktora NRE dijeli se na čvrstu fazu, tečnu fazu i gasnu fazu (plazma). Zasebno, možemo razlikovati motor na nuklearni pogon u reaktoru u kojem je nuklearno gorivo u fluidiziranom stanju (u obliku rotirajućeg „oblaka“ čestica prašine). Drugi tip nuklearnog pogonskog motora je motor koji koristi toplinsku energiju oslobođenu tijekom spontane fisije radioaktivnih izotopa (radioaktivni raspad) za zagrijavanje RT. Prednost takvog motora je njegova jednostavnost dizajna, a značajan nedostatak je visoka cijena izotopa (na primjer, polonijum-210). Osim toga, tokom spontanog raspada izotopa, toplota se konstantno oslobađa, čak i kada je motor ugašen, i mora se nekako ukloniti iz motora, što komplikuje i otežava konstrukciju. U impulsnom nuklearnom raketnom motoru, energija atomske eksplozije isparava RT, pretvarajući ga u plazmu. Oblak plazme koji se širi vrši pritisak na snažno metalno dno (potisnu ploču) i stvara mlazni potisak. Čvrsta tvar koja se lako može pretvoriti u plin, nanijeti na potisnu ploču, tečni vodik ili voda pohranjena u posebnom spremniku može se koristiti kao RT. Ovo je shema tzv. impulsne NPP vanjskog djelovanja, a druga vrsta je pulsna NPP internog djelovanja, u kojoj se detonacija malih nuklearnih ili termonuklearnih punjenja vrši unutar posebnih komora (komora za sagorijevanje) opremljenih mlaznim mlaznicama. Tamo se isporučuje i RT, koji, tečeći kroz mlaznicu, stvara potisak poput konvencionalnih raketnih motora na tečno gorivo. Takav sistem je efikasniji, jer se svi proizvodi RT i eksplozije koriste za stvaranje potiska. Međutim, činjenica da se eksplozije dešavaju unutar određene zapremine nameće ograničenja na pritisak i temperaturu u komori za sagorevanje. Impulsna NPP eksternog djelovanja je jednostavnija, i ogromna količina Energija koja se oslobađa u nuklearnim reakcijama omogućava dobijanje, čak i uz nižu efikasnost dobre karakteristike takve sisteme. sa pulsnim motorom koji koristi konvencionalne hemijske eksplozive. Dobijeni rezultati ukazali su na fundamentalnu mogućnost kontrolisanog leta vozila sa takvim motorom. U početku je Orion trebao biti lansiran sa Zemlje. Kako bi se isključila mogućnost oštećenja rakete od nuklearne eksplozije na zemlji, planirano je da se postavi na osam 75-metarskih tornjeva za lansiranje. Istovremeno, masa lansiranja rakete dostigla je 10.000 tona. a prečnik potisne ploče je oko 40m. Da bi se smanjila dinamička opterećenja na konstrukciju i posadu rakete, osiguran je prigušni uređaj. Nakon ciklusa kompresije, vratila je ploču u početni položaj, nakon čega je došlo do nove eksplozije. Prilikom lansiranja, punjenje snage 0,1 kt detoniralo se svake sekunde. Nakon izlaska iz atmosfere, puni se snagom od 20 kt. eksplodirao svakih 10 sekundi. Kasnije, kako se atmosfera ne bi zagađivala, odlučeno je da se Orion podigne sa Zemlje pomoću prvog stepena rakete Saturn-5, jer je njegov maksimalni prečnik bio 10 m. tada je prečnik potisne ploče izrezan na 
10 m, efektivni potisak je shodno tome smanjen na 350 tona sa sopstvenom „suvom“ težinom pogonske jedinice (bez RT) od 90,8 tona. Za isporuku tereta od 680 tona na površinu Mjeseca. bilo bi potrebno eksplodirati oko 800 punjenja plutonijuma (masa plutonijuma 525 kg) i potrošiti oko 800 tona. RT. Razmatrana je i opcija korištenja Oriona kao sredstva za isporuku nuklearnog punjenja do cilja. Ali vojska je ubrzo odustala od ove ideje. I 1963 potpisan je ugovor o zabrani nuklearne eksplozije u svemiru na zemlji (u atmosferi) i pod vodom. Time je cijeli projekat stavljen van zakona. Sličan projekat je razmatran u SSSR-u, ali ne praktični rezultati nije imao. Baš kao i projekat M-19 vazduhoplovnog aviona (VKS) Konstruktorskog biroa Myasishchev. Projekat je predviđao stvaranje višekratnog, jednostepenog vazduhoplovnog sistema koji bi mogao da lansira teret težine do 40 tona u niske referentne orbite (do 185 km). U tu svrhu VKS je trebao biti opremljen nuklearnim pogonskim motorom i višemodnim pogonskim sistemom koji diše zrak koji radi i iz nuklearnog reaktora i na vodikovo gorivo. Više detalja o ovom projektu opisano je na stranici. Nuklearna energija se ne može direktno koristiti za zagrijavanje RT u motoru, već se može i pretvoriti u koji se zatim koristi za stvaranje potiska u električnim pogonskim motorima (EP). Po ovoj šemi grade se nuklearni pogonski sistemi (NPS) koji se sastoje od nuklearnih elektrana (NPS) i električnih raketnih pogonskih sistema (ERPS). Ne postoji utvrđena (općeprihvaćena) klasifikacija električnog pogona. Prema dominantnom „mehanizmu“ RT ubrzanja, električni pogonski motori se mogu podijeliti na plinodinamičke (elektrohemijske), elektrostatičke (jonske) i elektromagnetne (plazma). U elektrohemijskim se električna energija koristi za zagrevanje ili hemijsku razgradnju RT (električno grejanje, termokatalitičko i hibridno), a temperatura RT može da dostigne 5000 stepeni. Ubrzanje RT-a nastaje, kao kod konvencionalnih raketnih motora na tečno gorivo, kada prođe kroz gasnodinamički put motora (mlaznice). Elektrohemijski motori troše najmanje snage po jedinici potiska među električnim pogonskim motorima (oko 10 kW/kg). U elektrostatičkom električnom pogonskom motoru radni fluid se prvo ionizira, nakon čega se pozitivni ioni ubrzavaju u elektrostatičkom polju (pomoću sistema elektroda) stvarajući potisak (da bi se neutralizirao naboj mlazne struje, u njega se ubrizgavaju elektroni na izlaz iz motora). U elektromagnetnom električnom pogonskom motoru, RT se zagrijava do stanja plazme (desetine hiljada stupnjeva) električnom strujom koja prolazi kroz njega. Zatim se plazma ubrzava u elektromagnetnom polju („gasnodinamičko ubrzanje se može primijeniti i paralelno“). Plinovi i tekućine male molekulske mase ili lako disocirajuće se koriste u elektrotermalnim električnim pogonskim motorima, a u elektromagnetnim se koriste alkalni ili teški, lako isparljivi metali ili organske tekućine; Važan parametar motora je njegov specifični impuls potiska (vidi stranicu) koji karakteriše njegovu efikasnost (što je veći, manje se PT troši na stvaranje kilograma potiska). Specifični impuls za različite tipove motora varira u velikoj meri: potisnik na čvrsto gorivo - 2650 m/s, raketni motor na tečno gorivo - 4500 m/s, elektrohemijski potisnik - 3000 m/s, plazma potisnik do 290 hiljada. Kao što je poznato, specifična vrijednost impulsa je direktno proporcionalna kvadratni korijen od sobne temperature ispred mlaznice. Ona (temperatura) je zauzvrat određena kaloričnom vrijednošću goriva. Najbolji pokazatelj među ima par berilijum + kiseonik - 7200 kcal/kg. Kalorična vrijednost uranijuma-235 je oko 2 miliona puta veća. Međutim, količina energije koja se može korisno iskoristiti je samo 1400 puta veća. Nametnuta ograničenja karakteristike dizajna smanjiti ovu cifru za nuklearni pogon u čvrstoj fazi na 2-3 (maksimalna dostignuta RT temperatura je oko 3000 stepeni). Pa ipak, specifični impuls čvrstofaznog nuklearnog raketnog motora je približno 9000 m/s, u odnosu na 3500-4500 za moderne raketne motore na tekuće gorivo. Za nuklearne motore tečne faze, specifični impuls može doseći 20.000 m/sec, za one u gasnoj fazi, gdje temperatura na sobnoj temperaturi može doseći desetine hiljada stepeni, specifični impuls je 15-70 hiljada m/sec. Drugi važan parametar koji karakterizira savršenstvo težine pogonske jedinice (PS) ili motora je njihova specifična težina - omjer težine PS (sa ili bez komponenti goriva) ili motora prema generiranom potisku. Koristi se i njegova inverzna količina, specifični potisak. Specifična težina (potisak) određuje dostižno ubrzanje aviona i njegov omjer potiska i težine. Moderni raketni motori na tečno gorivo imaju specifičnu težinu od 7-20 kg. potisak po toni sopstvene težine tj. odnos potiska i težine dostiže 14. NRE takođe imaju dobar odnos potiska i težine - do 10. Štaviše, za raketne motore na tečno gorivo koji koriste kiseonik-vodikovo gorivo, odnos RT mase i mase struktura je u rasponu od 7-8. Za nuklearne pogonske motore sa čvrstom fazom, ovaj parametar je smanjen na 3-5, što osigurava povećanje u DU uzimajući u obzir težinu RT. Kod električnog pogonskog motora, razvijeni potisak je ograničen velikom potrošnjom energije za stvaranje 1 kg. potisak (od 10 kW do 1 MW). Maksimalni potisak postojećih električnih pogonskih motora je nekoliko kilograma. Ako električni pogonski sistem sadrži dodatne elemente koji se odnose na napajanje električnog pogona, omjer potiska i težine vozila s takvim pogonskim sistemom je mnogo manji od jedan. To onemogućava njihovu upotrebu za lansiranje korisnog tereta u nisku orbitu Zemlje (neki električni pogonski motori mogu raditi samo u svemirskom vakuumu). Električne pogonske motore ima smisla koristiti samo u svemirskim letjelicama kao motore niskog potiska za orijentaciju, stabilizaciju i korekciju orbita. Zbog malog protoka radnog fluida (visok specifični impuls), vrijeme neprekidnog rada električnog pogonskog motora može se mjeriti mjesecima i godinama. Snabdijevanje električnih pogonskih motora električnom energijom iz nuklearnog reaktora omogućit će njihovo korištenje za letove do "predgrađa" Sunčevog sistema, gdje snaga solarnih panela neće biti dovoljna. Koroljev) nacrti jednostepenih nacrta specifična težina YAR-1 i dvostepena nuklearno-hemijska raketa YAR-2. Oba su predviđala upotrebu nuklearnih pogonskih motora sa potiskom od 140 tona. Projekti su bili gotovi do 30. decembra 1959. godine. međutim, stvaranje borbenog YAR-1 smatrano je neprikladnim i rad na njemu je zaustavljen. YakhR-2 je imao dizajn sličan R-7, ali sa šest bočnih raketnih čaura prvog stepena opremljenih motorima NK-9. Drugi stepen (centralni blok) bio je opremljen nuklearnim pogonskim motorom. Masa lansiranja rakete bila je 850-880 tona. sa masom nosivosti 35-40t. (razmatrana je i opcija sa lansirnom težinom od 2000 tona, dužinom od 42 m, maksimalnom poprečnom dimenzijom od 19 m, nosivosti do 150 tona). Motori svih jedinica YakhR-2 su pokrenuti na Zemlji. U ovom slučaju, nuklearni pogonski motor je stavljen u "prazni hod" (snaga reaktora je bila 0,1% nominalne bez protoka radnog fluida). Prebacivanje na režim rada izvršeno je u letu nekoliko sekundi prije odvajanja bočnih blokova. Sredinom 1959 OKB-1 je izdao tehničke specifikacije inženjerima motora (OKB-670 i OKB-456) za izradu idejnih projekata nuklearnih motora potiska od 200 i 40 tona. Nakon početka radova na teškoj lansirnoj raketi N-1, na njenoj osnovi razmatrano je pitanje stvaranja dvostepene lansirne rakete s nuklearnim pogonskim motorom u drugoj fazi. Time bi se osiguralo povećanje nosivosti lansiranog u nisku orbitu Zemlje za najmanje 2-2,5 puta, a lunarne satelitske orbite za 75-90%. Ali ni ovaj projekat nije završen - raketa N-1 nikada nije poletjela. Njegovo projektovanje i izrada poverena je NII-8. U RVD balistički projektil toplotnu energiju fisija uranijuma nije ispuštena izvan jezgre, već je bila jako zagrijana grafit od kojeg je (zajedno sa uranijumom) sastavljen. Jasno je da je takav reaktor mogao da radi samo kratko - impulsno, sa zaustavljanjima da se ohladi. Odsustvo bilo kakvih metalnih dijelova u jezgri omogućilo je proizvodnju „baklja“ čija je snaga bila ograničena samo temperaturom sublimacije grafita. U središtu aktivne zone nalazila se šupljina u kojoj su se nalazili ispitni uzorci. Takođe 1958. Na poligonu Semipalatinsk, nedaleko od poligona prve atomske bombe, počela je izgradnja potrebnih zgrada i objekata. U maju-junu 1960 Izvršeno je fizičko (“hladno”) pokretanje reaktora, a godinu dana kasnije izvršena je serija pokretanja sa zagrijavanjem grafitnog sloja na 1000 stepeni. Kako bi se osigurala sigurnost okoliša, štand je izgrađen prema "zatvorenoj" shemi - otpadna rashladna tekućina je držana u spremnicima za plin prije nego što je ispuštena u atmosferu, a zatim filtrirana. Od 1962 Na IGR (RVD) izvršena su ispitivanja gorivih šipki i gorivnih sklopova (FA) različitih tipova za nuklearne reaktore razvijene u NII-9 i NII-1. Godine 1964 Izdana je uredba vlade o izgradnji kompleksa klupe za ispitivanje nuklearnih pogonskih motora na poligonu Semipalatinsk, koji je dobio naziv "Bajkal". Do februara 1965 Tehničke specifikacije za razvoj reaktora za kompleks Bajkal izrađene su u IAE (dobio je indeks IVG-1, istraživački visokotemperaturno hlađen gasom). NII-8 (pod naučnim rukovodstvom IAE) počinje da ga dizajnira. Razvoj i proizvodnja gorivnih sklopova povjerena je NIITVEL-u. visoke temperature spušteni su portalnom dizalicom. 18. septembra 1972 Fizičko lansiranje reaktora IVG-1 održano je u sklopu prvog radnog mjesta kompleksa Baikal. Mogao bi se koristiti i kao prototip budućeg raketnog motora na nuklearni pogon potiska od 20-40 tona. i kao stalak za ispitivanje novih vrsta nuklearnog goriva. Reaktor je imao berilijumski reflektor, a moderator je bila voda. Njegovo jezgro se sastojalo od 31 gorivnog sklopa. Vodonik, koji je rashlađivao nuklearno gorivo, mogao je da se zagreje do 2500 stepeni, au posebnom centralnom kanalu bilo je moguće dobiti svih 3000. Puštanje u pogon izvršeno je tek početkom marta 1975. godine. što je objašnjeno potrebom da se završi izgradnja svih zgrada i konstrukcija kompleksa ispitnih klupa, izvrši veliki obim puštanja u rad i obuka osoblja. U podzemnom bunkeru koji se nalazio između šahtova nalazili su se instrumenti. U drugom udaljenom 800m. postojala je kontrolna tabla. Do centrale se moglo doći iz sigurne zone kroz kilometar i pol podzemni tunel. U blizini rudnika na dubini od 150m. Postavljena je sferna posuda u koju je pod visokim pritiskom pumpan vodonik. Zagrijan u reaktor na skoro 3000 stepeni. vodonik je pušten direktno u atmosferu. Međutim, uklanjanje produkata fisije bilo je blizu radioaktivnih emisija nuklearnih elektrana tokom njihovog normalnog rada. Pa ipak, prići rudniku bliže od kilometar i po nije bilo dozvoljeno 24 sata, a samom rudniku je bilo zabranjeno mjesec dana. Tokom 13 godina rada izvedeno je 28 “vrućih” startova reaktora IVG-1. Oko 200 gasno hlađenih gorivnih sklopova testirano je kao dio 4 eksperimentalna jezgra. Vijek trajanja određenog broja sklopova pri nazivnoj snazi bio je 4000 sekundi. Mnogi od rezultata ovih ispitivanja znatno premašuju one dobijene tokom rada na programu nuklearnog pogona u Sjedinjenim Državama, na primjer, maksimalna gustina oslobađanja topline u jezgri reaktora IVG-1 dostigla je 25 kW/cc. u odnosu na 5,2 za Amerikance, temperatura vodonika na izlazu iz gorivnih sklopova bila je oko 2800 stepeni naspram 2300 za Amerikance. Godine 1977 drugi-A je pušten u rad štand kompleksa "Bajkal" na kojem je 17.09.1977 Izvršeno je fizičko lansiranje prvog stolnog reaktora za nuklearni pogonski motor 11B91-IR-100, koji je dobio oznaku IRGIT. Šest meseci kasnije, 27. marta 1978 izvršeno je električno pokretanje. Tokom kojeg je postignuta snaga od 25 MW (15% projektovane), temperatura vodonika je bila 1500 stepeni, vreme rada 70 sekundi. Tokom testiranja 03.07.1978. i 11. avgusta 1978. godine Postignuta je snaga od 33 MW i 42 MW, temperatura vodonika je bila 2360 stepeni. Krajem 70-ih i ranih 80-ih, provedene su još dvije serije ispitivanja na kompleksu klupa - drugi i treći uređaji 11B91-IR-100. Nastavljeno je ispitivanje gorivnih sklopova u reaktorima IGR i IVG, a izvršena je izgradnja objekata s ciljem puštanja u rad drugog B radnog mjesta za ispitivanje motora na tečni vodonik. obustavljen je rad na nuklearnom pogonu u SSSR-u. radno mjesto K.E. Tsiolkovsky je to izrazio još 1903. godine. Prvi eksperimentalni električni pogonski motor stvoren je u Laboratoriji za plinsku dinamiku (Lenjingrad) pod vodstvom V.P. Glushka 1929-1933. Proučavanje mogućnosti stvaranja električnih pogonskih motora počelo je krajem 50-ih u IAE (pod vodstvom L.A. Artsimovicha), NII-1 (pod vodstvom V.M. Ievlev i A.A. Porotnikov) i nizu drugih organizacija. Tako je OKB-1 proveo istraživanje u cilju stvaranja nuklearnog električnog pogonskog motora. Godine 1962 Idejni projekat LV N1 uključivao je “Materijal o nuklearnom pogonu za teške međuplanetarne svemirske letjelice.” Godine 1960 Donesena je Uredba Vlade o organizaciji rada na električnim pogonima. Pored IAE i NII-1, u rad je uključeno i desetine drugih istraživačkih instituta, projektnih biroa i organizacija. Do 1962 Na NII-1 je stvoren pulsni plazma motor (PPD) erozionog tipa. U SPD-u, plazma nastaje zbog isparavanja (ablacije) čvrstog dielektrika (fluoroplastika-4, također poznatog kao teflon) u impulsnom (iskrim) električnom pražnjenju u trajanju od nekoliko mikrosekundi (snaga impulsa 10-200 MW) nakon čega slijedi elektromagnetsko ubrzanje plazme. Prvi životni testovi takvog motora počeli su 27. marta i trajali su do 16. aprila 1962. godine. Uz prosječnu potrošnju energije od 1 kW (puls - 200 MW), potisak je bio 1 g. - “cijena” vuče 1 kW/g. Za testiranje u svemiru, “cijena” potiska je bila otprilike 4 puta niža. Takvi parametri su postignuti do kraja 1962. godine. Novi motor je trošio 50 W (snaga impulsa 10 MW) da bi stvorio potisak od 0,2 g. (kasnije je „cijena“ vuče povećana na 85W godišnje). U martu 1963 Napravljen je i testiran daljinski upravljač za stabilizacijski sistem svemirske letjelice baziran na IPD, koji je uključivao šest motora, pretvarač napona (iskrinsko pražnjenje stvarali su kondenzatori kapaciteta 100 μF sa naponom od 1 kV), softverski prekidački uređaj , visokonaponske hermetičke konektore i drugu opremu. Temperatura plazme dostigla je 30 hiljada stepeni. a brzina ispuha je 16 km/sec. Prvo lansiranje svemirske letjelice (interplanetarne stanice tipa "sonda") sa električnim pogonskim motorom zakazano je za novembar 1963. godine. Lansiranje 11. novembra 1963 završila nesrećom lansirnog vozila. Tek 30. novembra 1964 Sonda Zond-2 s električnim pogonskim sistemom na brodu uspješno je lansirana prema Marsu. 14. decembra 1964 Na udaljenosti većoj od 5 miliona km od Zemlje, uključeni su plazma motori (u ovom trenutku gasnodinamički motori su bili isključeni) napajani solarnim baterijama. U roku od 70min. šest plazma motora održavalo je neophodnu orijentaciju stanice u prostoru. U SAD 1968 Komunikacioni satelit “LES-6” lansiran je sa četiri eroziona IPD-a, koji su radili više od 2 godine. Za mlazni potisak prema ERD-u, organizovan je OKB Fakel (na bazi OKB B.S. Stečkin u Kalinjingradu). Prvi razvoj Konstruktorskog biroa Fakel bio je električni pogonski sistem sistema stabilizacije i orijentacije za svemirske letjelice vojne namjene tipa Globus (satelit Horizont), blizu Zond-2 IPD. Od 1971 U sistemu korekcije orbite meteorološkog satelita Meteor korišćena su dva plazma motora Projektnog biroa Fakel, od kojih je svaki, težine 32,5 kg, trošio oko 0,4 kW, a razvijao je potisak od oko 2 g. brzina izduvnih gasova je bila preko 8 km/sec, a količina RT (komprimovanog ksenona) je bila 2,4 kg. Od 1982 Geostacionarni komunikacioni sateliti “Luch” koriste električne pogonske sisteme koje je razvio OKB “Fakel”. Sve do 1991. godine Električni pogonski motori uspješno su radili na 16 svemirskih letjelica. Više detalja o električnom pogonu bit će riječi na posebnoj stranici web stranice. Potisak stvorenih električnih pogonskih motora bio je ograničen električnom snagom ugrađenih izvora energije. Da bi se potisak električnog pogonskog sistema povećao na nekoliko kilograma, bilo je potrebno povećati snagu na nekoliko stotina kilovata, što je bilo praktično nemoguće tradicionalnim metodama (baterije i solarni paneli ). Stoga su paralelno s radom na električnom pogonu IPPE, IAE i druge organizacije započele rad na direktnoj konverziji toplinske energije nuklearnog reaktora u električnu energiju. Uklanjanje međufaza pretvorbe energije i odsustvo pokretnih dijelova omogućilo je stvaranje kompaktnih, laganih i pouzdanih elektrana dovoljno velike snage i vijeka trajanja, pogodnih za korištenje na svemirskim letjelicama. Godine 1965 OKB-1 je zajedno sa IPPE razvio idejni projekat nuklearnog električnog pogonskog sistema YaERD-2200 za međuplanetarnu letjelicu sa posadom. Pogonski sistem se sastojao od dva bloka (svaki je imao svoju nuklearnu elektranu), električna snaga svakog bloka iznosila je 2200 kW, potisak 8,3 kg. Magnetoplazma motor je imao specifičan impuls od oko 54.000 m/sec. Godine 1966-70. Izrađen je idejni projekat termoelektrane nuklearne elektrane (11B97) i električnog pogonskog sistema za Marsov kompleks koji je lansirala raketa-nosač N1M. Nuklearni električni pogon je sastavljen od zasebnih blokova, električna snaga jednog bloka iznosila je do 5 MW. električni pogonski potisak - 9,5 kg. sa specifičnim impulsom potiska od 78000 m/sec. Međutim, stvaranje moćnih nuklearnih izvora energije trajalo je mnogo duže nego što se očekivalo. Prvo , zbog jednostavnosti dizajna i male težine, pronađeni su radioizotopni termoelektrični generatori (RTG) koji su koristili toplinu spontane fisije radioaktivnih izotopa (na primjer, polonijum-210). Termoelektrični pretvarač je u suštini bio običan termopar. Međutim, njihov relativno nizak energetski intenzitet RTG-ova i visoka cijena korištenih izotopa uvelike su ograničili njihovu upotrebu. Najbolje izglede imalo je korištenje termoelektričnih i termoelektričnih pretvarača energije u kombinaciji s nuklearnim reaktorima spojenim u jednu jedinicu (konverterski reaktor). Eksperimentalno ispitati mogućnost stvaranja malog reaktora-konvertera, u IEA (zajedno sa NPO Luch) 1964. godine. Nastala je eksperimentalna instalacija “Romashka”. Toplota stvorena u jezgru zagrijavala je termoelektrični pretvarač smješten na vanjskoj površini reaktora, koji se sastoji od velikog broja silikonsko-germanijskih poluvodičkih pločica, dok je njihova druga površina hlađena radijatorom. Električna snaga je bila 500 W. pri toplotnoj snazi reaktora od 40 kW. Ispitivanja "Romaške" su ubrzo prekinuta jer se već testirala nuklearna elektrana BES-5 ("Buk") mnogo veće snage. Razvoj nuklearne elektrane BES-5 električne snage 2800 W, namijenjene za napajanje opreme svemirskih letjelica US-A za radarsko izviđanje, započeo je 1961. godine. u NPO "Crvena zvezda" pod naučnim rukovodstvom IPPE. Prvi let svemirske letjelice US-A (3. oktobar 1970., "Kosmos-367") bio je neuspješan - nuklearna elektrana BES-5 radila je 110 minuta. nakon čega se jezgro reaktora istopilo. Sljedećih 9 lansiranja modificirane nuklearne elektrane bilo je uspješno 1975. godine. Mornarica je usvojila svemirsku letjelicu US-A. U januaru 1978 zbog kvara svemirske letjelice US-A (Kosmos -954), fragmenti nuklearne elektrane Buk pali su na teritoriju Kanade (prije razgradnje 1989. godine), paralelno su obavljena 32 lansiranja ovih letjelica Radovi na stvaranju nuklearnih elektrana sa termoelektričnim žičanim generatorima - izvođeni su radovi na nuklearnim elektranama sa termoelektranama koje su imale veću efikasnost, vijek trajanja i tezinske karakteristike dovoljno zagrijanog provodnika Za testiranje termoelektričnih pretvarača velike snage, 1964. godine stvoren je reaktor u Kijevu (1970. godine, ista baza se pojavila u Alma-Ati). elektrana električne snage 5-6,6 kW razvijena je u NPO "Crvena zvezda" (naučni menadžment IPPE). za satelite za radarsko izviđanje, Energovak-TsKBM (naučno rukovodstvo Instituta RRC Kurčatov) razvio je nuklearnu elektranu Jenisej za televizijski satelit Ekran-AM. Nuklearna elektrana Topaz testirana je dva puta u svemiru na svemirskom brodu Plazma-A (2. februara 1987. Kosmos-1818 i 10. jula 1987. Kosmos-1867). Sa projektnim vijekom od godinu dana, već u drugom letu "Topaz" je radio više od 11 mjeseci, ali su lansiranja tu stala. Radovi na nuklearnoj elektrani Jenisej zaustavljen je u fazi testiranja na zemlji zbog prestanka rada na letjelici za koju je bila namijenjena. Više detalja o nuklearnim izvorima energije za svemirske letjelice bit će riječi na praktična primjena site. Prvi reaktor, nazvan KIWI-A, testiran je 1. jula 1959. godine. na specijalnom poligonu u Nevadi. Bio je to homogeni reaktor čija je jezgra sastavljena od nezaštićenih ploča koje su se sastojale od mješavine grafita i uranijum-235 oksida obogaćenog do 90%. Teška voda je služila kao moderator neutrona. Uranijum oksid nije mogao da izdrži visoke temperature, a vodonik koji prolazi kroz kanale između ploča mogao je da se zagreje samo do 1600 stepeni. Snaga ovih reaktora bila je samo 100 MW. Testovi Kiwi-A, kao i svi kasniji, izvedeni su otvorenim izbacivanjem. Aktivnost izduvnih proizvoda bila je niska i praktično nisu uvedena ograničenja za rad u ispitnom prostoru. Ispitivanja reaktora su završena 7. decembra 1961. godine. (tokom posljednjeg lansiranja jezgro je uništeno, a fragmenti ploča pušteni su u izduvni tok). Rezultati dobijeni šest „vrućih testova” motora na nuklearni pogon pokazali su se vrlo ohrabrujućim, a početkom 1961. pripremljen je izvještaj o potrebi testiranja reaktora u letu. Međutim, ubrzo je počela prolaziti “vrtoglavica” od prvih uspjeha, a došlo se do razumijevanja da na putu stvaranja nuklearnih pogonskih motora ima mnogo problema, za čije bi rješavanje bilo potrebno puno vremena i novca. Osim toga, napredak u stvaranju hemijskih motora za borbene rakete ostavio je samo svemirsku sferu za upotrebu nuklearnih pogonskih motora. Uprkos činjenici da je dolaskom Kennedyjeve administracije u Bijelu kuću (1961. godine), rad na avionu sa odvojena stranica su prekinuti, program Rovera je nazvan „jednom od četiri prioritetna područja u osvajanju svemira” i dalje je razvijan. Usvojeni su novi programi "Rift" (RIFT - Reactor In Flight Test) i "Nerva" (NERVA - Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) za stvaranje letne verzije motora na nuklearni pogon. Nastavljeno je testiranje reaktora serije Kiwi. 1. septembra 1962 Testiran je Kiwi-V snage 1100 MW koji radi na tečni vodonik. Uranov oksid zamijenjen je karbidom otpornijim na toplinu, osim toga, šipke su počele biti premazane niobijum karbidom, ali tokom testiranja, kada se pokušava postići projektovana temperatura reaktor je počeo da se urušava (komadi ploča su počeli da izlete kroz mlaznicu). Sljedeće lansiranje obavljeno je 30. novembra 1962. godine. ali nakon 260 sek. Tokom rada, ispitivanje je prekinuto zbog pojave jakih vibracija unutar reaktora i bljeskova plamena u izduvnoj struji. Kao rezultat ovih neuspjeha, planiranih za 1963. ispitivanja reaktora Kiwi-V odložena su za narednu godinu. U avgustu 1964 Izvršen je još jedan test tokom kojeg je motor radio na snazi od 900 MW više od osam minuta, razvijajući potisak od 22,7 tona. pri izduvnoj brzini od 7500 m/sec. Na samom početku 1965. izvršeno je posljednje ispitivanje tokom kojeg je reaktor uništen. Namjerno je doveden do tačke eksplozije kao rezultat naglog "ubrzanja". Ako normalno prijelaz reaktora s nulte snage na punu snagu zahtijeva desetke sekundi, tada je u ovom testu trajanje takvog prijelaza određeno samo inercijom kontrolnih šipki, i to otprilike 44 milisekundi nakon što su prebačene na punu snagu. na poziciji snage, dogodila se eksplozija od 50-60 kg. trinitrotoluen. Program Rift uključivao je lansiranje rakete Saturn-V na bazi eksperimentalnog reaktora balistička putanja do visine do 1000 km. i njihov kasniji pad u južni dio Atlantski okean. Prije ulaska u vodu nuklearni reaktor je morao biti dignut u zrak (malo ljudi je tada razmišljalo o radijacijskoj sigurnosti). Ali iz godine u godinu program je kasnio i na kraju nikada nije sproveden. U prvoj fazi rada na motoru NERVA, bazirao se na malo modificiranom reaktoru Kiwi-V, nazvanom NERVA-NRX (Nuclear Rocket Experimental - a specifični impuls bio je ograničen na 8400 m/sec. Ispitivanja reaktora počela su 1964. godine, postigli su snagu od 1000 MW i potisak od približno 22,5 tona. Izduvna brzina je veća od 7000m/s. Godine 1966 Po prvi put motor je testiran na punoj snazi od 1100 MW. Na kojoj je radio 28 minuta. (od 110 minuta rada). Temperatura vodonika na izlazu iz reaktora dostigla je 2000 stepeni, potisak je bio 20 tona. Razvoj poboljšanih čvrstofaznih grafitnih reaktora za motor NERVA u okviru programa Phoebus provodi se u laboratoriji u Los Alamosu od 1963. godine. Prvi od ovih reaktora ima približno iste dimenzije kao Kiwi-V (prečnik 0,813 m, dužina 1,395 m), ali je projektovan za otprilike duplo veću snagu. Na osnovu ovog reaktora planirano je stvaranje motora NERVA-1. Sljedeća modifikacija snage oko 4000–5000 MW trebala je biti korištena za motor NERVA-2. Ovaj motor ima potisak u rasponu od 90-110t. trebao imati brzinu izduvavanja do 9000 m/s. Visina motora je oko 12m. vanjski prečnik - 1,8 m. Potrošnja radne tečnosti 136kg/s. Težina motora NERVA-2 bila je oko 13,6 tona. Zbog finansijskih poteškoća, motor NERVA-2 je ubrzo napušten i prešao na projektovanje motora NERVA-1 povećane snage sa potiskom od 34 tone. sa brzinom oticanja od 8250 m/s. Prvi test reaktora NRX-A6 za ovaj motor obavljen je 15. decembra 1967. godine. U junu 1969 Održana su prva vruća ispitivanja eksperimentalnog motora NERVA XE pri potisku od 22,7 tona. Ukupno vrijeme rada motora bilo je 115 minuta, izvršeno je 28 pokretanja. NERVA-1 YARD je imao homogeni reaktor sa jezgrom prečnika 1 m. i visine 1,8 m. koji se sastoji od 1800 šipki heksagonalnih gorivnih elemenata (koncentracija nuklearnog goriva 200 - 700 mg/cc.). Reaktor je imao prstenasti reflektor debljine oko 150 mm, napravljen od berilijum oksida. Posuda reaktora je izrađena od legure aluminijuma, unutrašnji štit od zračenja je od kompozitnog materijala (bor karbid–aluminijum–titanijum hidrid). Između reaktora i turbopumpnih jedinica može se postaviti i dodatna vanjska zaštita. NASA je smatrala da je motor prikladan za planirani let na Mars. Trebalo je da se instalira na gornji stepen rakete-nosača Saturn 5. Takav nosač mogao bi da prenese dva ili tri puta više korisnog tereta u svemir od njegove čisto hemijske verzije. Ali većina Američki svemirski program otkazala je Nixonova administracija. I to je prestalo 1970. Proizvodnja raketa Saturn-5 okončala je program upotrebe nuklearnih pogonskih motora. U Los Alamosu, rad na Pewee motorima u okviru programa Rover nastavljen je do 1972. godine. nakon čega je program konačno zatvoren. Glavna razlika između naših nuklearnih motora i američkih je u tome što su bili heterogeni. U homogenim (ujednačenim) reaktorima se miješaju nuklearno gorivo i moderator. U domaćem NRE nuklearno gorivo je koncentrisano u gorivim šipkama (odvojeno od moderatora) i zatvoreno u zaštitnu ljusku, tako da je moderator radio na znatno nižim temperaturama nego u američkim reaktorima. To je omogućilo da se napusti grafit i koristi cirkonijum hidrid kao moderator. Kao rezultat toga, reaktor je bio mnogo kompaktniji i lakši od grafitnog. To je, zajedno s oblikom šipki koje su pronašli sovjetski dizajneri (četvorostruki u poprečnom presjeku i uvijeni po dužini), omogućilo značajno smanjenje gubitka uranijuma kao rezultat uništenja šipki (nije bilo moguće potpuno eliminirati uništenje). Trenutno jedino SAD i Rusija imaju značajno iskustvo u razvoju i izgradnji čvrstofaznih nuklearnih pogonskih motora, a po potrebi će takve motore moći izraditi u kratkom roku i po pristupačnoj cijeni. Reaktorski kompleksi IGR i IVG-1 sada pripadaju Nacionalnom nuklearnom centru Republike Kazahstan. Oprema je održavana u relativno radnom stanju. Moguće je da će nastavak rada na programima letenja na Mjesec i Mars oživjeti zanimanje za nuklearne pogonske motore u čvrstoj fazi. Osim toga, korištenje nuklearnih pogonskih motora može značajno proširiti granice proučavanja Sunčevog sistema, smanjujući vrijeme potrebno za dostizanje udaljenih planeta. Radni prototip će početi 2014. godine, a do 2017. nuklearni motor će biti spreman za lansiranje u svemir (NASA je također započela sličan program 2003. godine, ali je tada finansiranje prestalo). Za razvoj cijelog projekta bit će potrebno 17 milijardi rubalja. Sačekaćemo i videti.
Krajem prošle godine ruski raketne trupe strateške svrhe testirao potpuno novo oružje, čije se postojanje ranije smatralo nemogućim. Krstareća raketa na nuklearni pogon, koju vojni stručnjaci označavaju kao 9M730, upravo je novo oružje o kojem je predsjednik Putin govorio u svom obraćanju Saveznoj skupštini. Test rakete je vjerovatno obavljen na poligonu Novo zemljište, otprilike krajem jeseni 2017. godine, ali tačni podaci neće uskoro biti skinuti tajnost. Razvijač rakete je vjerovatno i biro za eksperimentalni dizajn Novator (Jekaterinburg). Prema nadležnim izvorima, projektil je pogodio cilj u normalnom režimu, a testovi su ocijenjeni potpuno uspješnim. Zatim su se u medijima pojavile navodne fotografije lansiranja (iznad) nova raketa sa nuklearnim elektrana pa čak i indirektna potvrda vezana za prisustvo u očekivano vreme testiranja u neposrednoj blizini poligona Il-976 LII Gromov „leteće laboratorije“ sa oznakama Rosatoma. Međutim, pojavilo se još više pitanja. Da li je deklarirana sposobnost rakete da leti neograničenog dometa realna i kako se to postiže?
Karakteristike krstareće rakete s nuklearnom elektranom
Karakteristike krstareće rakete s nuklearnim oružjem, koje su se pojavile u medijima odmah nakon govora Vladimira Putina, mogu se razlikovati od stvarnih, što će biti poznato kasnije. Do danas su objavljeni sljedeći podaci o veličini i karakteristikama rakete:Dužina
- početna stranica- najmanje 12 metara,
- marširanje- najmanje 9 metara,
Prečnik tela rakete- oko 1 metar,
Širina kućišta- oko 1,5 metara,
Visina repa- 3,6 - 3,8 metara
Princip rada ruske krstareće rakete na nuklearni pogon
Razvoj raketa na nuklearni pogon provodilo je nekoliko zemalja odjednom, a razvoj je započeo još dalekih 1960-ih. Dizajni koje su predložili inženjeri razlikovali su se samo u detaljima na pojednostavljen način, princip rada se može opisati na sljedeći način: nuklearni reaktor zagrijava smjesu koja ulazi u posebne posude (razne opcije, od amonijaka do vodika) s naknadnim ispuštanjem kroz mlaznice ispod; visokog pritiska. Međutim, verzija krstareće rakete o kojoj je govorio ruski predsednik, ne odgovara nijednom od prethodno razvijenih primjera dizajna.Činjenica je da, prema Putinovim riječima, raketa ima gotovo neograničen domet leta. To se, naravno, ne može shvatiti kao da raketa može letjeti godinama, ali se može smatrati direktnim pokazateljem da je njen domet leta višestruko veći od dometa modernih krstarećih projektila. Druga točka, koja se ne može zanemariti, također se odnosi na deklarirani neograničeni domet leta i, shodno tome, na rad pogonske jedinice krstareće rakete. Na primjer, heterogeni termalni neutronski reaktor, testiran u motoru RD-0410, koji su razvili Kurchatov, Keldysh i Korolev, imao je testni vijek od samo 1 sat, a u ovom slučaju ne može postojati neograničen domet leta takvog tipa. krstareće rakete na nuklearni pogon.
Sve ovo sugerira da su ruski znanstvenici predložili potpuno novi, ranije nerazmotreni koncept strukture, u kojem se za zagrijavanje i naknadno izbacivanje iz mlaznice koristi supstanca koja ima mnogo ekonomičniji resurs potrošnje na velikim udaljenostima. Kao primjer, to bi mogao biti nuklearni motor za disanje zraka (NARE) potpuno novog tipa, u kojem je radna masa atmosferski vazduh, upumpava se u radne rezervoare kompresorima, zagrijava nuklearnom instalacijom i zatim ispušta kroz mlaznice.
Vrijedi napomenuti i to što je najavio Vladimir Putin krstareće rakete sa nuklearnom jedinicom je u stanju da leti oko aktivnih zona protivavionskih i protivraketnu odbranu, a također zadržati putanju do cilja na malim i ultra malim visinama. To je moguće samo ako se projektil opremi sistemima za praćenje terena koji su otporni na smetnje koje stvaraju neprijateljski sistemi za elektronsko ratovanje.
Pulse YARD razvijen je u skladu sa principom koji je 1945. godine predložio dr. S. Ulam iz Los Alamos Research Laboratory, prema kojem je, kao izvor energije (goriva), visoko efikasan prostor raketni bacač predlaže se korištenje nuklearnog punjenja.
U to vrijeme, kao iu mnogim godinama koje su uslijedile, nuklearna i termonuklearna naboja bili su najmoćniji i najkompaktniji izvori energije u usporedbi s bilo kojim drugim. Kao što znate, trenutno smo na ivici otkrivanja načina za kontrolu još koncentriranijeg izvora energije, budući da smo već prilično napredovali u razvoju prve jedinice koja koristi antimateriju. Ako polazimo samo od količine raspoložive energije, tada nuklearni naboji daju specifičan potisak veći od 200.000 sekundi, a termonuklearni naboji - do 400.000 sekundi. Ove specifične vrijednosti potiska su pretjerano visoke za većinu letova unutar solarni sistem. Štoviše, pri korištenju nuklearnog goriva u njegovom „čistom“ obliku nastaju mnogi problemi koji ni u ovom trenutku još uvijek nisu u potpunosti riješeni. Dakle, energija oslobođena tokom eksplozije mora se prenijeti na radnu tekućinu, koja se zagrijava i zatim istječe iz motora stvarajući potisak. U skladu sa konvencionalnim metodama za rješavanje takvog problema, nuklearno punjenje se stavlja u „komoru za sagorijevanje“ ispunjenu radnim fluidom (na primjer, vodom ili drugom tekućom tvari), koja isparava, a zatim se širi s većim ili manjim stepenom dijabatičnost u mlaznici.
Takav sistem, koji zovemo pulsni nuklearni pogon unutrašnja akcija, vrlo je efikasan, jer se svi produkti eksplozije i cjelokupna masa radnog fluida koriste za stvaranje potiska. Nestabilan radni ciklus omogućava takvom sistemu da razvije veće pritiske i temperature u komori za sagorevanje, i kao rezultat toga, veći specifični potisak u poređenju sa kontinuiranim radnim ciklusom. Međutim, sama činjenica da se eksplozije dešavaju unutar određene zapremine nameće značajna ograničenja na pritisak i temperaturu u komori, a samim tim i na dostižnu vrednost specifičnog potiska. S obzirom na to, uprkos brojnim prednostima unutrašnjeg impulsnog NRE, eksterni impulsni NRE se pokazao jednostavnijim i efikasnijim zbog korišćenja gigantske količine energije oslobođene tokom nuklearnih eksplozija.
U nuklearnom pogonskom motoru s vanjskim djelovanjem ne učestvuje cjelokupna masa goriva i radnog fluida u stvaranju mlaznog potiska. Međutim, ovdje čak i sa nižom efikasnošću. Više energije se koristi, što rezultira efikasnijim performansama sistema. Eksterna impulsna NPP (u daljem tekstu jednostavno impulsna NPP) koristi energiju eksplozije velike količine male nuklearne bojeve glave na raketi. Ova nuklearna punjenja se uzastopno izbacuju iz rakete i detoniraju iza nje na određenoj udaljenosti ( crtež ispod). Sa svakom eksplozijom, neki od ekspandiranih gasovitih fisionih fragmenata u obliku plazme velike gustine i brzine sudaraju se sa osnovom rakete - platformom za potiskivanje. Zamah plazme se prenosi na platformu za guranje, koja se kreće naprijed velikim ubrzanjem. Ubrzanje se smanjuje pomoću uređaja za prigušivanje na nekoliko g u nosnom odjeljku rakete, koji ne prelazi granice izdržljivosti ljudskog tijela. Nakon ciklusa kompresije, prigušni uređaj vraća platformu za potiskivanje u početni položaj, nakon čega je spremna da primi sljedeći impuls.
Ukupno povećanje brzine ostvareno od strane svemirske letjelice ( crtanje, pozajmljena sa posla ), zavisi od broja eksplozija i, prema tome, određen je brojem nuklearnih punjenja potrošenih tokom datog manevra. Sistematski razvoj takvog nuklearnog pogonskog projekta započeo je dr. T. B. Taylor (General Atomics Division of General Dynamics) i nastavljen uz podršku Agencije za napredne istraživačke projekte (ARPA), Američkog ratnog zrakoplovstva, NASA-e i General Dynamixa" za devet godina, nakon čega su radovi u ovom pravcu privremeno zaustavljeni da bi se ponovo nastavili u budućnosti, budući da je ovaj tip pogonskog sistema izabran kao jedan od dva glavna pogona svemirski brodovi leteći unutar Sunčevog sistema.
Princip rada impulsnog nuklearnog pogonskog motora vanjskog djelovanja
Rana verzija instalacije, koju je razvila NASA 1964-1965, bila je uporediva (u prečniku) sa raketom Saturn 5 i pružala je specifičan potisak od 2500 sekundi i efektivni potisak od 350 g; “suha” težina (bez goriva) glavnog motornog prostora bila je 90,8 tona. Početna verzija pulsnog nuklearnog raketnog motora koristila je prethodno spomenuta nuklearna punjenja, a pretpostavljalo se da će raditi u niskim Zemljinim orbitama i u zračenju. pojasa zbog opasnosti od radioaktivne kontaminacije atmosfere produktima raspadanja koji se oslobađaju prilikom eksplozije. Tada je specifični potisak impulsnih motora na nuklearni pogon povećan na 10.000 sekundi, a potencijalne mogućnosti ovih motora omogućile su udvostručenje ove brojke u budućnosti.
Impulsni nuklearni pogonski sistem je možda već razvijen 70-ih godina, s ciljem da se izvrši prvi svemirski let s ljudskom posadom do planeta početkom 80-ih. Međutim, razvoj ovog projekta nije sproveden u punom snagom zbog odobrenja programa za izradu nuklearnih pogonskih motora na čvrstu fazu. Osim toga, razvoj impulsnog nuklearnog raketnog motora bio je povezan s političkim problemom, jer je koristio nuklearna punjenja.
Erica K.A. (Krafft A. Ehricke)
Raketni motor, u kojem je radni fluid ili neka supstanca (na primjer vodonik), zagrijana energijom koja se oslobađa kada nuklearna reakcija ili radioaktivnog raspada ili direktno produkte ovih reakcija. Razlikovati ... ... Veliki enciklopedijski rječnik
Raketni motor u kojem je radni fluid ili supstanca (na primjer, vodonik) zagrijana energijom oslobođenom tijekom nuklearne reakcije ili radioaktivnog raspada, ili direktno produkti tih reakcija. Smješten u ... ... Encyclopedic Dictionary
nuklearni raketni motor- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas
- (Nuclear Jet) raketni motor kod kojeg se potisak stvara zbog energije oslobođene tijekom radioaktivnog raspada ili nuklearne reakcije. Prema vrsti nuklearne reakcije koja se odvija u nuklearnom motoru, razlikuje se radioizotopski raketni motor ... ...
- (JARD) raketni motor, u kojem je izvor energije nuklearno gorivo. U motoru na nuklearni pogon s nuklearnim reaktorom. Toplina torusa koja se oslobađa kao rezultat nuklearne lančane reakcije prenosi se na radni fluid (na primjer, vodik). Jezgro nuklearnog reaktora ... ...
Ovaj članak bi trebao biti vikifikovan. Formatirajte ga u skladu s pravilima oblikovanja članka. Nuklearni raketni motor koji koristi homogenu otopinu soli nuklearnog goriva (engleski... Wikipedia
Nuklearni raketni motor (NRE) je tip raketnog motora koji koristi energiju fisije ili fuzije jezgri za stvaranje mlaznog potiska. Oni su zapravo reaktivni (zagrijavanje radnog fluida u nuklearnom reaktoru i otpuštanje plina kroz... ... Wikipediju
Mlazni motor, čiji se izvor energije i radni fluid nalazi u samom vozilu. Raketni motor je jedini praktično savladan za lansiranje korisnog tereta u orbitu vještački satelit Zemljišta i aplikacije u ... ... Wikipediji
- (RD) Mlazni motor koji za svoj rad koristi samo supstance i izvore energije dostupne u rezervi na vozilu u pokretu (zrakoplov, zemlja, podvodno). Dakle, za razliku od vazduha mlazni motori(Cm.… … Velika sovjetska enciklopedija
Izotopski raketni motor, nuklearni raketni motor koji koristi energiju raspada radioaktivnih hemijskih izotopa. elementi. Ova energija služi za zagrevanje radnog fluida, ili radni fluid su sami produkti raspadanja, formirajući ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik
Nuklearni raketni motor je raketni motor čiji se princip rada zasniva na nuklearnoj reakciji ili radioaktivnom raspadu, koji oslobađa energiju koja zagrijava radnu tekućinu, a to mogu biti produkti reakcije ili neke druge tvari, poput vodika. Postoji nekoliko tipova raketnih motora koji koriste gore opisani princip rada: nuklearni, radioizotopni, termonuklearni. Korištenjem nuklearnih raketnih motora moguće je dobiti specifične impulsne vrijednosti znatno veće od onih koje se mogu postići kemijskim raketnim motorima. Visoka specifična vrijednost impulsa se objašnjava time velike brzine otjecanje radnog fluida je oko 8-50 km/s. Sila potiska nuklearnog motora je uporediva sa onom kod hemijskih motora, što će omogućiti da se u budućnosti svi hemijski motori zamene nuklearnim.
Glavna prepreka potpunoj zamjeni je radioaktivna kontaminacija okruženje, koju uzrokuju nuklearni raketni motori.
Dijele se u dvije vrste - čvrstu i plinovitu fazu. U prvom tipu motora fisijski materijal se postavlja u sklopove šipki sa razvijenom površinom. Ovo omogućava efikasno zagrevanje gasovitog radnog fluida, obično vodonik deluje kao radni fluid. Brzina protoka je ograničena maksimalna temperatura radni fluid, koji zauzvrat direktno zavisi od maksimuma dozvoljena temperatura strukturnih elemenata, a ne prelazi 3000 K. U nuklearnim raketnim motorima u gasnoj fazi fisiona materija je u gasovitom stanju. Njegovo zadržavanje u radni prostor sprovedeno uticajem elektromagnetno polje. Za ovu vrstu nuklearnih raketnih motora konstrukcijski elementi nisu ograničavajući faktor, pa brzina ispuštanja radnog fluida može prelaziti 30 km/s. Mogu se koristiti kao motori prve faze, uprkos curenju fisijskog materijala.
70-ih godina XX vijek U SAD-u i Sovjetskom Savezu aktivno su testirani nuklearni raketni motori s fisionom tvari u čvrstoj fazi. U Sjedinjenim Državama se razvijao program za stvaranje eksperimentalnog nuklearnog raketnog motora kao dio programa NERVA.
Amerikanci su razvili grafitni reaktor hlađen tečnim vodonikom, koji se zagrijavao, isparavao i izbacivao kroz raketnu mlaznicu. Izbor grafita bio je zbog njegove temperaturne otpornosti. Prema ovom projektu, specifični impuls nastalog motora trebao je biti dvostruko veći od odgovarajuće brojke karakteristične za kemijske motore, s potiskom od 1100 kN. Reaktor Nerva je trebao raditi u sklopu treće faze rakete-nosača Saturn V, ali zbog zatvaranja lunarnog programa i nedostatka drugih zadataka za raketne motore ove klase, reaktor nikada nije testiran u praksi.
Nuklearni raketni motor u gasnoj fazi je trenutno u fazi teoretskog razvoja. U gasnoj fazi nuklearni motor Ovo uključuje korištenje plutonijuma, čija je gasna struja koja se sporo kreće okružena bržim protokom rashladnog vodonika. Na orbitalnim svemirskim stanicama MIR i ISS vođeni su eksperimenti koji bi mogli dati poticaj dalji razvoj motori na gasnu fazu.
Danas možemo reći da je Rusija malo „zamrznula“ svoja istraživanja u oblasti nuklearnih pogonskih sistema. Rad ruskih naučnika je više fokusiran na razvoj i unapređenje osnovnih komponenti i sklopova nuklearnih elektrana, kao i njihovo ujedinjenje. Prioritetni pravac Dalja istraživanja u ovoj oblasti su stvaranje nuklearnih pogonskih sistema sposobnih za rad na dva načina. Prvi je način rada nuklearnog raketnog motora, a drugi je način instalacije za proizvodnju električne energije za napajanje opreme instalirane na brodu svemirski brod.
sljedeće:ELECTRIC METER
Prethodno:
Učitavanje...
