Tuumarakettmootorid. Aatomiruumi mootor
Aleksander Losev
Raketi- ja kosmosetehnoloogia kiire areng 20. sajandil oli tingitud kahe suurriigi – NSV Liidu ja USA – sõjalis-strateegilistest, poliitilistest ja teatud määral ka ideoloogilistest eesmärkidest ja huvidest ning kõik riiklikud kosmoseprogrammid olid oma sõjaliste projektide jätkamist, kus peamiseks ülesandeks oli vajadus tagada kaitsevõime ja strateegiline võrdsus potentsiaalse vastasega. Seadmete loomise kulul ja ekspluatatsioonikulul polnud siis põhimõttelist tähtsust. Kanderakettide ja kosmoselaevade loomisele eraldati tohutult ressursse ning Juri Gagarini 108-minutiline lend 1961. aastal ning Neil Armstrongi ja Buzz Aldrini telesaade Kuu pinnalt 1969. aastal ei olnud lihtsalt teaduse ja tehnika võidukäik. arvati, et neid peeti ka strateegilisteks võitudeks külma sõja lahingutes.
Kuid pärast seda, kui Nõukogude Liit lagunes ja langes võidujooksust maailma juhtpositsiooni nimel, ei olnud tema geopoliitilistel vastastel, eeskätt USA-l, enam vaja rakendada prestiižseid, kuid ülimalt kulukaid kosmoseprojekte, et tõestada kogu maailmale lääneriikide paremust. majandussüsteem ja ideoloogilised kontseptsioonid.
90ndatel kaotasid viimaste aastate peamised poliitilised ülesanded oma aktuaalsuse, bloki vastasseis asendus globaliseerumisega, maailmas valitses pragmatism, mistõttu enamik kosmoseprogramme kärbiti või lükati edasi, suurprojektidest jäi alles vaid ISS. minevik. Lisaks on lääne demokraatia seadnud kõik kallid riigiprogrammid sõltuvaks valimistsüklitest.
Võimule pääsemiseks või võimul püsimiseks vajalik valijate toetus paneb poliitikud, parlamendid ja valitsused kalduma populismi poole ja lahendama koheseid probleeme, mistõttu kulutusi kosmoseuuringutele vähendatakse aasta-aastalt.
Enamik fundamentaalseid avastusi tehti 20. sajandi esimesel poolel ning tänaseks on teadus ja tehnika jõudnud teatud piiridesse, lisaks on kogu maailmas langenud teadusteadmiste populaarsus ning matemaatika, füüsika ja ainete õpetamise kvaliteet. teised loodusteadused on mandunud. See oli viimase kahe aastakümne stagnatsiooni põhjus, sealhulgas kosmosesektoris.
Nüüd aga saab ilmseks, et maailm läheneb eelmise sajandi avastustele tugineva järgmise tehnoloogilise tsükli lõpule. Seetõttu kindlustab iga võim, millel on globaalse tehnoloogilise korra muutumise ajal põhimõtteliselt uusi paljutõotavaid tehnoloogiaid, automaatselt maailma juhtpositsiooni vähemalt järgmiseks viiekümneks aastaks.
Tuumarakettmootori põhiseade, mille töövedelik on vesinik
See realiseerub Ameerika Ühendriikides, kus on võetud kurs Ameerika suuruse taaselustamiseks kõigis tegevusvaldkondades, ja Hiinas, mis seab väljakutse Ameerika hegemooniale, ja Euroopa Liidus, mis püüab kõigest väest oma kaalu säilitada. maailmamajandus.
On olemas tööstuspoliitika ning tegelevad tõsiselt oma teadusliku, tehnilise ja tootmispotentsiaali arendamisega ning kosmosesfäärist võib saada parim katsepolügooni uute tehnoloogiate arendamiseks ning teaduslike hüpoteeside tõestamiseks või ümberlükkamiseks, mis võivad panna aluse põhimõtteliselt teistsuguse, rohkem arenenud tulevikutehnoloogia.
Ja on täiesti loomulik eeldada, et Ameerika Ühendriigid on esimene riik, kus taasalustatakse süvakosmoseuuringute projekte, et luua ainulaadseid uuenduslikud tehnoloogiad nii relvade, transpordi ja konstruktsioonimaterjalide valdkonnas kui ka biomeditsiinis ja telekommunikatsiooni valdkonnas
Tõsi, isegi USA-le pole edu revolutsiooniliste tehnoloogiate loomisel garanteeritud. On suur oht sattuda ummikusse, paraneda rakettmootorid pool sajandit tagasi keemilisel kütusel, nagu teeb Elon Muski SpaceX, või luues pikaks lennuks elu toetavad süsteemid, mis on sarnased ISS-il juba rakendatud süsteemidega.
Kas Venemaa, kelle seisak kosmosetööstuses muutub iga aastaga märgatavamaks, suudab tulevase tehnoloogilise liidripositsiooni nimel läbimurre teha, et püsida suurriikide klubis, mitte arengumaade nimekirjas?
Jah, loomulikult saab Venemaa, ja pealegi on juba tehtud märkimisväärne samm edasi tuumaenergia ja tuumarakettmootorite tehnoloogiates, hoolimata kosmosetööstuse kroonilisest alarahastamisest.
Astronautika tulevik on tuumaenergia kasutamine. Et mõista, kuidas tuumatehnoloogia ja kosmos on omavahel seotud, on vaja arvestada reaktiivmootori põhiprintsiipe.
Niisiis on kaasaegsete kosmosemootorite peamised tüübid loodud keemilise energia põhimõtetel. Need on tahkekütuse süütevõimendid ja vedelkütuse rakettmootorid, mille põlemiskambrites moodustavad kütusekomponendid (kütus ja oksüdeerija), astudes eksotermilisse füüsikalis-keemilisse põlemisreaktsiooni, joa, mis paiskab mootori düüsist välja tonnide viisi ainet. iga sekund. Joa töövedeliku kineetiline energia muundatakse reaktiivjõuks, mis on piisav raketi edasiliikumiseks. Selliste keemiliste mootorite eriimpulss (tekitava tõukejõu suhe kasutatud kütuse massi) sõltub kütusekomponentidest, põlemiskambri rõhust ja temperatuurist ning läbi mootori düüsi väljapaisatava gaasisegu molekulmassist.
Ja mida kõrgem on aine temperatuur ja rõhk põlemiskambris ning mida madalam on gaasi molekulmass, seda suurem on eriimpulss ja seega ka mootori kasutegur. Spetsiifiline impulss on liikumise maht ja seda on tavaks mõõta meetrites sekundis, samuti kiirust.
Keemiamootorites annavad suurima eriimpulsi hapnik-vesinik ja fluor-vesinik (4500–4700 m/s) kütusesegud, petrooleumi ja hapniku jõul töötavad rakettmootorid nagu Sojuz ja raketid "Falcon" Mask, aga ka mootorid. asümmeetrilisel dimetüülhüdrasiinil (UDMH) oksüdeerijaga lämmastiktetroksiidi ja lämmastikhappe segu kujul (nõukogude ja vene keeles "Proton", prantsuse "Arian", Ameerika "Titan"). Nende kasutegur on 1,5 korda madalam kui vesinikkütusel töötavatel mootoritel, kuid 3000 m/s impulsist ja võimsusest piisab täiesti, et tonnide kaupa koormat Maa-lähedasele orbiidile oleks majanduslikult tasuv saata.
Kuid lendudeks teistele planeetidele on vaja palju suuremaid kosmoseaparaate kui miski, mida inimkond on varem loonud, sealhulgas modulaarne ISS. Nendes laevades on vaja pakkuda pikaajalist autonoomne olemasolu meeskonnad ning manöövriteks ja orbiidi korrigeerimiseks mõeldud pea- ja mootorite teatud kogus kütust ja kasutusiga tagavad astronautide toimetamise spetsiaalses maandumismoodulis teise planeedi pinnale ja tagasisõidu põhitranspordilaevale ning seejärel ekspeditsiooni naasmine Maale.
Kogunenud insenertehnilised teadmised ning mootorite keemiline energia võimaldavad Kuule naasta ja Marsile jõuda, seega on suure tõenäosusega lähikümnendil inimkond Punast planeeti külastamas.
Kui tugineda ainult saadaolevatele kosmosetehnoloogiatele, on elamiskõlbliku mooduli minimaalne mass mehitatud lennuks Marsile või Jupiteri ja Saturni satelliitidele ligikaudu 90 tonni, mis on 3 korda rohkem kui 1970. aastate alguse Kuu laevadel. , mis tähendab, et kanderaketid nende viimiseks võrdlusorbiitidele edasiseks lennuks Marsile on palju paremad kui Apollo Kuuprojekti Saturn-5 (stardi kaal 2965 tonni) või Nõukogude kandur Energia (stardi kaal 2400 tonni). Orbiidil on vaja luua planeetidevaheline kompleks, mis kaalub kuni 500 tonni. Lend keemiliste rakettmootoritega planeetidevahelisel laeval võtab aega 8 kuud kuni 1 aasta ainult ühes suunas, kuna peate tegema gravitatsioonimanöövreid, kasutades laeva täiendavaks kiirendamiseks planeetide gravitatsioonijõudu ja tohutu kütusevaru.
Kuid rakettmootorite keemilist energiat kasutades ei lenda inimkond Marsi ega Veenuse orbiidist kaugemale. Vajame teisi kosmoselaevade lennukiirusi ja muud võimsamat liikumisenergiat.
Kaasaegse tuumarakettmootori projekt Princeton Satellite Systems
Süvakosmose uurimiseks on vaja oluliselt tõsta rakettmootori tõukejõu ja kaalu suhet ning efektiivsust, mis tähendab selle eriimpulsi ja tööea pikenemist. Ja selleks on vaja mootorikambris soojendada töövedeliku gaasi või ainet madala temperatuuriga. aatommass temperatuuridele, mis on mitu korda kõrgemad kui traditsiooniliste kütusesegude keemilise põlemise temperatuur, ja seda saab teha tuumareaktsiooni abil.
Kui tavapärase põlemiskambri asemel paigutatakse rakettmootori sisse tuumareaktor, mille aktiivsesse tsooni juhitakse vedelal või gaasilisel kujul ainet, siis kuumeneb see kõrge rõhu all kuni mitme tuhande kraadini. hakata väljutama läbi düüsikanali, luues joa tõukejõud. Sellise tuumareaktiivmootori eriimpulss saab olema mitu korda suurem kui tavalisel keemilistel komponentidel põhineval mootoril, mis tähendab, et nii mootori enda kui ka kanderaketi kui terviku efektiivsus tõuseb kordades. Sel juhul pole kütuse põletamiseks oksüdeerijat vaja ja kerget vesinikgaasi saab kasutada ainena, mis tekitab joa tõukejõudu, kuid me teame, et mida madalam on gaasi molekulmass, seda suurem on impulss ja see suurendab oluliselt. vähendada raketi massi parema jõudlusega mootori võimsusega.
Tuumamootor oleks parem kui tavaline, sest reaktoritsoonis saab kerge gaasi kuumutada temperatuurini üle 9 tuhande Kelvini kraadi ja sellise ülekuumendatud gaasi juga annab palju suurema eriimpulsi kui tavalised keemiamootorid. saab anda. Aga see on teoorias.
Oht ei seisne isegi selles, et sellise tuumapaigaldisega kanderaketti startimisel võib tekkida atmosfääri ja stardiplatvormi ümbritseva ruumi radioaktiivne saastumine, põhiprobleem on selles, et kõrgel temperatuuril võib mootor ise koos kosmoselaevaga sulada. . Disainerid ja insenerid mõistavad seda ning on püüdnud sobivaid lahendusi leida juba mitukümmend aastat.
Tuumarakettmootoritel (NRE) on juba oma kosmose loomise ja töötamise ajalugu. Tuumamootorite esimene väljatöötamine algas 1950. aastate keskel, see tähendab juba enne mehitatud kosmoselendu ja peaaegu samaaegselt NSV Liidus ja USA-s ning idee kasutada tuumareaktoreid raketi tööaine kuumutamiseks. mootor sündis koos esimeste reaktoritega 40ndate keskel ehk enam kui 70 aastat tagasi.
Meie riigis sai NRE loomise algatajaks soojusfüüsik Vitali Mihhailovitš Ievlev. 1947. aastal esitas ta projekti, mida toetasid S. P. Korolev, I. V. Kurchatov ja M. V. Keldysh. Algselt plaaniti selliseid mootoreid kasutada tiibrakettide jaoks ja seejärel panna need ballistilistele rakettidele. Arendustööga tegelesid Nõukogude Liidu juhtivad kaitseprojekteerimisbürood, samuti uurimisinstituudid NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Nõukogude tuumamootori RD-0410 pani 60ndate keskel kokku Voroneži "keemiaautomaatika projekteerimisbüroo", kus loodi suurem osa kosmosetehnoloogia vedelkütuse rakettmootoritest.
RD-0410-s kasutati töövedelikuna vesinikku, mis vedelal kujul läbis "jahutussärgi", eemaldades düüsi seintelt liigse soojuse ja takistades selle sulamist ning sisenes seejärel reaktori südamikusse, kus seda soojendati. 3000K-ni ja väljutatakse läbi kanalidüüside, muutes seeläbi soojusenergia kineetiliseks energiaks ja tekitades spetsiifilise impulsi 9100 m/s.
USA-s käivitati NRE projekt 1952. aastal ning esimene töötav mootor loodi 1966. aastal ning sai nimeks NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). 60-70ndatel püüdsid Nõukogude Liit ja USA üksteisele mitte järele anda.
Tõsi, nii meie RD-0410 kui ka Ameerika NERVA olid tahkefaasilised NRE-d (uraankarbiididel põhinev tuumakütus oli reaktoris tahkes olekus) ja nende töötemperatuur jäi vahemikku 2300–3100K.
Südamiku temperatuuri tõstmiseks ilma plahvatuse või reaktori seinte sulamise ohuta on vaja luua tingimused tuumareaktsiooniks, mille käigus kütus (uraan) läheb gaasilisse olekusse või muutub plasmaks ja hoitakse tugeva magnetvälja tõttu reaktoris, seinu puudutamata. Ja siis reaktori südamikusse sisenev vesinik "voolab" ümber gaasifaasis oleva uraani ja plasmaks muutudes paiskub see läbi düüsikanali väga suure kiirusega.
Seda tüüpi mootoreid nimetatakse gaasifaasi YRD-ks. Gaasilise uraankütuse temperatuurid sellistes tuumamootorites võivad ulatuda 10 000–20 000 Kelvini kraadini ning eriimpulss ulatuda 50 000 m/s, mis on 11 korda kõrgem kui kõige tõhusamatel keemiarakettmootoritel.
Kõige enam luuakse ja kasutatakse kosmosetehnoloogias avatud ja suletud tüüpi gaasifaasilisi NRE-sid paljutõotav suund kosmoserakettmootorite arendamine ja täpselt see, mida inimkond vajab planeetide uurimiseks Päikesesüsteem ja nende kaaslased.
Esimesed uuringud gaasifaasilise NRE projekti kohta algasid NSV Liidus 1957. aastal termiliste protsesside uurimisinstituudis (NRC nimega M. V. Keldyshi järgi) ja just see otsus gaasifaasi tuumareaktoritel põhinevate tuumaelektrijaamade arendamiseks tehti. 1963. aastal akadeemik V. P. Glushko (MTÜ Energomash) poolt ning seejärel kinnitati NLKP Keskkomitee ja NSV Liidu Ministrite Nõukogu otsusega.
Gaasifaasi NRE väljatöötamist teostati Nõukogude Liidus kaks aastakümmet, kuid kahjuks ei jõutud see kunagi lõpule, kuna puudus piisav rahastus ja vajadus täiendavate fundamentaaluuringute järele tuumakütuse ja vesinikplasma, neutronite termodünaamika alal. füüsika ja magnetohüdrodünaamika.
Nõukogude tuumateadlased ja projekteerimisinsenerid seisid silmitsi mitmete probleemidega, nagu kriitilisuse saavutamine ja gaasifaasilise tuumareaktori töö stabiilsuse tagamine, sula uraani kadude vähendamine mitme tuhande kraadini kuumutatud vesiniku vabastamisel, termiline kaitse. düüsi ja magnetvälja generaatorist, uraani lõhustumisproduktide akumulatsioonist, keemiliselt vastupidavate konstruktsioonimaterjalide valikust jne.
Ja millal selleks Nõukogude programm Esimesest Marsile mehitatud lennust "Mars-94" hakati looma energia kanderakett, tuumamootori projekt lükati määramata ajaks edasi. Nõukogude Liidul ei olnud piisavalt aega, ja mis kõige tähtsam, poliitilist tahet ja majanduslikku efektiivsust, et 1994. aastal meie kosmonautid Marsi planeedile maanduda. See oleks vaieldamatu saavutus ja tõend meie juhtimisest kõrgtehnoloogiad paari järgmise aastakümne jooksul. Kuid kosmose, nagu palju muid asju, reetis NSV Liidu viimane juhtkond. Ajalugu ei saa muuta, lahkunud teadlasi ja insenere tagasi saata ning kadunud teadmisi taastada. Palju asju tuleb uuesti luua.
Kuid kosmose tuumaenergia ei piirdu tahke- ja gaasifaasiliste NRE-de sfääriga. Reaktiivmootoris kuumutatud ainevoolu tekitamiseks võite kasutada elektrienergiat. Seda mõtet väljendas esmakordselt Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski juba 1903. aastal oma teoses "Maailmaruumi uurimine reaktiivsete instrumentidega".
Ja esimese elektrotermilise rakettmootori NSV Liidus lõi 1930. aastatel tulevane NSVL Teaduste Akadeemia akadeemik ja NPO Energia juht Valentin Petrovitš Glushko.
Elektriliste rakettmootorite tööpõhimõtted võivad olla erinevad. Tavaliselt jagunevad need nelja tüüpi:
- elektrotermiline (küte või elektrikaar). Neis kuumutatakse gaas temperatuurini 1000–5000K ja väljutatakse düüsist samamoodi nagu NRE-s.
- elektrostaatilised mootorid (kolloidsed ja ioonsed), milles esmalt ioniseeritakse töötav aine ja seejärel positiivsed ioonid (elektronideta aatomid) kiirendatakse elektrostaatilises väljas ja väljutatakse samuti läbi düüsikanali, tekitades joa tõukejõu. Statsionaarsed plasmamootorid kuuluvad samuti elektrostaatiliste mootorite hulka.
- magnetoplasma ja magnetodünaamilised rakettmootorid. Seal kiirendab gaasilist plasmat ampère'i jõud risti ristuvates magnet- ja elektriväljades.
- impulss-rakettmootorid, mis kasutavad elektrilahenduses töövedeliku aurustumisel tekkivate gaaside energiat.
Nende elektriliste rakettmootorite eeliseks on väike töövedeliku tarbimine, kasutegur kuni 60% ja suur osakeste voolukiirus, mis võib oluliselt vähendada kosmoselaeva massi, kuid on ka miinus – madal tõukejõu tihedus. , ja vastavalt väike võimsus, samuti plasma loomiseks kasutatava töövedeliku (inertgaasid või leelismetalliaurud) kõrge hind.
Kõik loetletud elektrimootorite tüübid on praktikas rakendatud ja alates 1960. aastate keskpaigast korduvalt kosmoses kasutatud nii Nõukogude kui Ameerika sõidukitel, kuid väikese võimsuse tõttu kasutati neid peamiselt orbiidi korrigeerimise mootoritena.
Aastatel 1968–1988 saatis NSVL kosmosesse terve rea Kosmose satelliite, mille pardal olid tuumarajatised. Reaktorite tüübid nimetati: "Buk", "Topaz" ja "Jenissei".
Jenissei projekti reaktori soojusvõimsus oli kuni 135 kW ja elektrivõimsus umbes 5 kW. Soojuskandjaks oli naatrium-kaaliumsulam. See projekt suleti 1996. aastal.
Tõelise säästva rakettmootori jaoks on vaja väga võimsat energiaallikat. Ja selliste kosmosemootorite parim energiaallikas on tuumareaktor.
Tuumaenergeetika on üks kõrgtehnoloogilisi tööstusharusid, kus meie riik säilitab oma liidripositsiooni. Ja Venemaal luuakse juba põhimõtteliselt uut rakettmootorit ja see projekt on lähedal edukale lõpuleviimisele 2018. aastal. Lennutestid on kavandatud 2020. aastaks.
Ja kui gaasifaas NRE on tulevaste aastakümnete teema, mille juurde peame pärast fundamentaaluuringuid tagasi pöörduma, siis selle praeguseks alternatiiviks on megavatt-klassi tuumaelektrijaam (TEJ) ja see on ettevõtete poolt juba loodud. Rosatomi ja Roscosmos alates 2009. aastast.
MTÜ Krasnaja Zvezda, mis on hetkel ainus kosmose tuumaelektrijaamade arendaja ja tootja maailmas, ja Uurimiskeskus neid. M. V. Keldysh, NIKIET neid. N. A. Dollezhala, teadusinstituut MTÜ Luch, Kurchatovi instituut, IRM, IPPE, NIIAR ja MTÜ Mashinostroeniya.
Tuumaelektrijaam sisaldab kõrgtemperatuurset gaasjahutusega kiirneutronite tuumareaktorit soojusenergia elektrienergiaks turbomasina muundamissüsteemiga, külmiku-emitrite süsteemi liigse soojuse eemaldamiseks kosmosesse, instrumendikoostu kambrit, marssivate plasma või ioonelektrimootorite plokk ja konteiner kasuliku koorma paigutamiseks .
Jõutõukejõusüsteemis toimib tuumareaktor elektrilise plasmamootori töös elektrienergia allikana, südamikku läbiv reaktori gaasjahutusvedelik siseneb elektrigeneraatori ja kompressori turbiini ning naaseb seejärel reaktorisse. suletud ahelaga ja seda ei visata kosmosesse nagu NRE-s, mis muudab disaini töökindlamaks ja turvalisemaks ning sobib seetõttu mehitatud astronautika jaoks.
Plaanis on tuumajaama kasutuselevõtt korduvkasutatava kosmosepuksiiri jaoks, et tagada Kuu uurimisel või mitmeotstarbeliste orbitaalkomplekside loomisel lasti kohaletoimetamine. Eeliseks pole mitte ainult transpordisüsteemi elementide korduvkasutamine (mida Elon Musk püüab oma SpaceX-i kosmoseprojektides saavutada), vaid ka võimalus tarnida kolm korda suurema massiga lasti kui keemiliste reaktiivmootoritega rakettidel. võrreldav võimsus, vähendades transpordisüsteemi stardimassi. Installatsiooni eriline disain muudab selle Maa inimestele ja keskkonnale ohutuks.
2014. aastal pandi OJSC Mashinostroitelny Zavodis Elektrostalis kokku selle tuumaelektrijõujaama esimene standardse disainiga kütuseelement (kütuseelement) ja 2016. aastal katsetati reaktori südamiku korvi simulaatorit.
Praegu (2017. aastal) on käimas töö paigalduse konstruktsioonielementide valmistamisel ning komponentide ja koostude testimisel maketidel, samuti turbomasinate energia muundamise süsteemide ja jõuallikate prototüüpide autonoomne testimine. Tööde valmimine on kavandatud järgmise 2018. aasta lõpuks, kuid alates 2015. aastast hakkas kogunema graafikust tulenev mahajäämus.
Nii et niipea, kui see installatsioon luuakse, saab Venemaast esimene riik maailmas, millel on tuumakosmosetehnoloogiad, mis on aluseks mitte ainult tulevastele päikesesüsteemi arendamise projektidele, vaid ka maapealsele ja maavälisele energiale. Kosmose tuumaelektrijaamu saab kasutada süsteemide loomiseks elektri kaugülekandeks Maale või kosmosemoodulitele elektromagnetiline kiirgus. Ja sellest saab ka tuleviku kõrgtehnoloogia, kus meie riigil on juhtpositsioon.
Arendatavate plasmaelektrimootorite baasil luuakse võimsad tõukejõusüsteemid kaugmaa mehitatud kosmoselendudeks ja ennekõike Marsi uurimiseks, mille orbiidile on võimalik jõuda vaid 1,5 kuuga ja mitte. rohkem kui aasta, nagu tavaliste keemiliste reaktiivmootorite puhul.
Ja tulevik algab alati revolutsioonist energeetikas. Ja ei midagi muud. Energia on esmane ja just energiatarbimise suurus mõjutab tehnika arengut, kaitsevõimet ja inimeste elukvaliteeti.
NASA eksperimentaalne plasma rakettmootor
Nõukogude astrofüüsik Nikolai Kardašev pakkus välja tsivilisatsioonide arengu skaala juba 1964. aastal. Selle skaala järgi sõltub tsivilisatsioonide tehnoloogilise arengu tase energia hulgast, mida planeedi elanikkond oma vajadusteks kasutab. Nii et I tüüpi tsivilisatsioon kasutab kõike olemasolevaid ressursse planeedil saadaval; II tüüpi tsivilisatsioon - saab oma tähe energiat, mille süsteemis ta asub; ja III tüüpi tsivilisatsioon kasutab oma galaktika olemasolevat energiat. Inimkond pole veel sellisel skaalal I tüüpi tsivilisatsiooniks küpsenud. Me kasutame ainult 0,16% kogu planeedi Maa potentsiaalsest energiavarust. See tähendab, et Venemaal ja kogu maailmas on kasvuruumi ning need tuumatehnoloogiad avavad meie riigile tee mitte ainult kosmosesse, vaid ka tulevasse majanduslikku õitsengusse.
Ja võib-olla on Venemaa ainus võimalus teadus- ja tehnikavaldkonnas teha nüüd revolutsiooniline läbimurre tuumakosmosetehnoloogiate vallas, et ületada ühe "hüppega" liidritest mahajäänud aastaid ja olla kohe uue alguse juures. tehnoloogiline revolutsioon inimtsivilisatsiooni järgmises arengutsüklis. Selline ainulaadne võimalus langeb sellele või teisele riigile vaid kord mitme sajandi jooksul.
Kahjuks riskib Venemaa, kes ei ole viimase 25 aasta jooksul pööranud piisavalt tähelepanu fundamentaalteadustele ning kõrg- ja keskhariduse kvaliteedile, selle võimaluse igaveseks kaotada, kui programmi kärbitakse ning praeguseid teadlasi ja insenere ei asendata uue põlvkonnaga. teadlastest. Geopoliitilised ja tehnoloogilised väljakutsed, millega Venemaa 10–12 aasta pärast silmitsi seisavad, on väga tõsised, võrreldavad 20. sajandi keskpaiga ohtudega. Venemaa suveräänsuse ja terviklikkuse säilitamiseks tulevikus on hädasti vaja hakata koolitama spetsialiste, kes suudavad neile väljakutsetele vastata ja juba praegu midagi põhimõtteliselt uut luua.
Venemaa muutmiseks maailma intellektuaalseks ja tehnoloogiliseks keskuseks on jäänud vaid umbes 10 aastat ja seda ei saa teha ilma hariduse kvaliteedi tõsise muutuseta. Teadustehnoloogiliseks läbimurdeks on vaja haridussüsteemi (nii kooli kui ka ülikooli) tagasi tuua süsteemne maailmapildi nägemus, teaduslik fundamentaalsus ja ideoloogiline terviklikkus.
Mis puudutab praegust seisakut kosmosetööstuses, siis see pole kohutav. Füüsikalised põhimõtted, millel põhinevad kaasaegsed kosmosetehnoloogiad, on tavapäraste satelliitteenuste sektoris nõutud veel pikka aega. Tuletage meelde, et inimkond on purje kasutanud 5,5 tuhat aastat ja auruajastu kestis peaaegu 200 aastat ning alles kahekümnendal sajandil hakkas maailm kiiresti muutuma, sest toimus järjekordne teaduslik ja tehnoloogiline revolutsioon, mis käivitas uuenduste laine. ja tehnoloogiliste mustrite muutus, mis lõpuks muutis maailma majandust ja poliitikat. Peaasi on olla nende muutuste alged.
Idee visata aatomipommid tagasi osutus liiga jõhkraks, kuid energiahulk, mille annab tuuma lõhustumise reaktsioon, rääkimata termotuumasünteesist, on astronautika jaoks äärmiselt atraktiivne. Seetõttu loodi palju mitteimpulsssüsteeme, mis olid vabad sadade salvestamise probleemidest tuumapommid pardal ja tsüklopeedilised amortisaatorid. Me räägime neist täna.
Tuumafüüsika teie käeulatuses
Mis on tuumareaktsioon? Kui väga lihtsalt seletada, on pilt ligikaudu järgmine. Kooli õppekavast mäletame, et aine koosneb molekulidest, aatomite molekulidest ja aatomitest - prootonitest, elektronidest ja neutronitest (seal on madalamad tasemed, aga sellest meile piisab). Mõnel raskel aatomil on huvitav omadus – kui neutron neid tabab, lagunevad nad kergemateks aatomiteks ja vabastavad paar neutronit. Kui need vabanenud neutronid tabavad teisi läheduses asuvaid raskeid aatomeid, kordub lagunemine ja me saame tuuma ahelreaktsiooni. Neutronite liikumine suurel kiirusel tähendab, et see liikumine muundatakse soojuseks, kui neutronid aeglustuvad. Seetõttu on tuumareaktor väga võimas kütteseade. Nad saavad keeta vett, saata saadud auru turbiini ja saada tuumaelektrijaama. Ja saate vesinikku soojendada ja selle välja visata, hankides tuumareaktiivmootori. Sellest ideest sündisid esimesed mootorid - NERVA ja RD-0410.
NERVA
Projekti ajalugu
Aatomi rakettmootori leiutamise ametlik autorsus (patent) kuulub Richard Feynmanile, vastavalt tema mälestustele "Te muidugi teete nalja, Mr. Feynman." Muide, raamat on väga soovitatav lugeda. Los Alamos alustas tuumarakettmootorite arendamist 1952. aastal. 1955. aastal alustati Roveri projektiga. Projekti esimeses etapis KIWI ehitati 8 eksperimentaalreaktorit ning aastatel 1959-1964 uuriti töövedeliku puhumist läbi reaktori südamiku. Ajaviiteks oli Orioni projekt eksisteerinud aastatel 1958–1965. Roveril oli teine ja kolmas faas, kus uuriti suuremaid reaktoreid, kuid NERVA asus KIWI-s, kuna plaaniti esmakordselt kosmosesse lennata 1964. aastal – polnud aega arenenumate võimaluste väljatöötamiseks. Tähtajad nihkusid järk-järgult allapoole ja NERVA NRX / EST mootori esimene maapealne käivitamine (EST - Engine System Test - tõukejõusüsteemi test) toimus 1966. aastal. Mootor töötas edukalt kaks tundi, millest 28 minutit oli täistõukejõud. Teine NERVA XE mootor käivitus 28 korda ja töötas kokku 115 minutit. Mootor peeti kosmoserakenduste jaoks sobivaks ja katseseade oli valmis katsetama äsja kokkupandud mootoreid. NERVA-l näis olevat helge tulevik – lend Marsile 1978. aastal, alaline baas Kuul 1981. aastal, orbitaalpuksiirid. Kuid projekti edu tekitas Kongressis paanika – Kuu programm osutus USA jaoks väga kulukaks, Marsi programm olnuks veelgi kallim. 1969. ja 1970. aastal vähendati tõsiselt kosmoserahastust – Apollod 18, 19 ja 20 tühistati ning keegi ei eraldaks Marsi programmi jaoks tohutuid summasid. Selle tulemusena viidi projekti kallal tööd ilma tõsise rahalise rahastamiseta ja see suleti 1972. aastal.Disain
Vesinik paagist sisenes reaktorisse, soojendati seal ja paiskus sealt välja, tekitades joa tõukejõu. Töövedelikuks valiti vesinik, kuna selles on kergeid aatomeid ja neid on lihtsam hajutada suur kiirus. Mida suurem on reaktiivlennuki väljalaskekiirus, seda tõhusam on raketimootor.
Neutronireflektorit kasutati selleks, et tagada neutronite tagasipöördumine reaktorisse, et säilitada tuumaahelreaktsioon.
Reaktori juhtimiseks kasutati kontrollvardaid. Iga selline varras koosnes kahest poolest – reflektorist ja neutroni neeldurist. Kui varda keeras neutronreflektor, suurenes nende voog reaktoris ja reaktor suurendas soojusülekannet. Kui varda pööras neutronabsorber, vähenes nende voog reaktoris ja reaktor alandas soojusülekannet.
Düüsi jahutamiseks kasutati ka vesinikku ja düüsi jahutussüsteemist tulev soe vesinik pööras turbopumpa, et varustada rohkem vesinikku.
Mootor töötab. Plahvatusohu vältimiseks süüdati spetsiaalselt düüsi väljalaskeava juures vesinik, ruumis põlemist ei toimuks.
NERVA mootor andis 34 tonni tõukejõudu, mis on umbes poolteist korda väiksem kui Saturn-V raketi teist ja kolmandat etappi kasutanud J-2 mootor. Spetsiifiline impulss oli 800-900 sekundit, mis oli kaks korda suurem kui parimatel hapnik-vesinikmootoritel, kuid väiksem kui ERE või Orioni mootoril.
Natuke turvalisusest
Äsja kokkupandud ja käivitamata tuumareaktor uute kütusesõlmedega, mis pole veel töötanud, on piisavalt puhas. Uraan on mürgine, seega on vaja töötada kinnastega, kuid mitte rohkem. Pole vaja kaugmanipulaatoreid, pliiseinu ja muud. Kogu kiirgav mustus ilmub pärast reaktori käivitamist lendavate neutronite tõttu, mis "rikuvad" anuma aatomeid, jahutusvedelikku jne. Seetõttu oleks sellise mootoriga raketiõnnetuse korral atmosfääri ja pinna kiirgussaaste väike ning loomulikult palju väiksem kui Orioni tavapärasel startimisel. Eduka starti korral oleks saaste aga minimaalne või olematu, sest mootor tuleks käivitada atmosfääri ülakihtides või juba kosmoses.RD-0410
Nõukogude RD-0410 mootoril on sarnane ajalugu. Mootori idee sündis 40ndate lõpus raketi- ja tuumatehnoloogia pioneeride seas. Nagu Roveri projekti puhul, oli esialgne idee ballistilise raketi esimese etapi jaoks aatomi-õhureaktiivmootor, seejärel liikus arendus kosmosetööstusesse. RD-0410 töötati välja aeglasemalt, kodumaised arendajad olid gaasifaasilise NRE ideega kaasas (sellest tuleb juttu allpool). Projektiga alustati 1966. aastal ja see kestis 1980. aastate keskpaigani. Mootori sihtmärgiks oli missioon "Mars-94" - mehitatud lend Marsile 1994. aastal.
RD-0410 skeem on sarnane NERVA-ga - vesinik läbib düüsi ja reflektoreid, jahutades neid, juhitakse reaktori südamikusse, soojendatakse seal ja visatakse välja.
Oma omaduste järgi oli RD-0410 parem kui NERVA - reaktori südamiku temperatuur oli NERVA 2000 K asemel 3000 K ja eriimpulss ületas 900 s. RD-0410 oli kergem ja kompaktsem kui NERVA ning sellel oli kümme korda väiksem tõukejõud.
Mootori testimine. All vasakul asuv külgpõleti süütab vesiniku, et vältida plahvatust.
Tahkefaasiliste NRE-de väljatöötamine
Peame meeles, et mida kõrgem on temperatuur reaktoris, seda suurem on töövedeliku väljavoolu kiirus ja seda suurem on mootori eriimpulss. Mis takistab teil NERVA või RD-0410 temperatuuri tõstmast? Fakt on see, et mõlema mootori kütuseelemendid on tahkes olekus. Kui tõstate temperatuuri, sulavad need üles ja lendavad koos vesinikuga välja. Seetõttu on kõrgemate temperatuuride jaoks vaja välja mõelda mõni muu viis tuuma ahelreaktsiooni läbiviimiseks.Tuumakütuse soola mootor
Tuumafüüsikas on selline asi nagu kriitiline mass. Pidage meeles postituse alguses olevat tuuma ahelreaktsiooni. Kui lõhustuvad aatomid on üksteisele väga lähedal (näiteks suruti need kokku spetsiaalse plahvatuse survel), siis toimub aatomiplahvatus - väga lühikese aja jooksul palju soojust. Kui aatomeid nii tihedalt kokku ei suruta, vaid uute neutronite voog lõhustumisest kasvab, tekib termiline plahvatus. Tavaline reaktor ebaõnnestub sellistel tingimustel. Ja nüüd kujutame ette, et võtame lõhustuva materjali vesilahuse (näiteks uraanisoolad) ja söötame need pidevalt põlemiskambrisse, tagades seal kriitilisest suurema massi. Saadakse pidevalt põlev tuuma "küünal", millest tulenev soojus kiirendab reageerinud tuumakütust ja vett.
Idee pakkus välja 1991. aastal Robert Zubrin ja see lubab erinevatel hinnangutel konkreetset impulssi 1300–6700 s tonnide tõukejõuga. Kahjuks on sellel skeemil ka puudusi:
- Raskused kütuse hoidmisel – paagis tuleb vältida ahelreaktsiooni, pannes kütust näiteks neutronabsorberist peenikestesse torudesse, nii on paagid keerulised, rasked ja kallid.
- Suur tuumkütuse tarbimine - tõsiasi on see, et reaktsiooni efektiivsus (lagunenud aatomite arv / kasutatud aatomite arv) on väga madal. Ka aatomipommis ei "põle" lõhustuv materjal täielikult ära, kohe visatakse ära suurem osa väärtuslikust tuumakütusest.
- Maapinna testid on praktiliselt võimatud - sellise mootori heitgaasid on väga määrdunud, isegi mustemad kui Orionil.
- Tuumareaktsiooni juhtimisega seoses on mõned küsimused – see pole tõsiasi, et skeem, mis on sõnaliselt lihtne, on tehniliselt lihtne.
Gaasifaas YRD
Järgmine idee: mis siis, kui tekitame töötava keha keerise, mille keskmes toimub tuumareaktsioon? Sel juhul ei jõua südamiku kõrge temperatuur seinteni, imendudes töövedelikku ja seda saab tõsta kümnete tuhandete kraadideni. Nii sündis avatud tsükliga gaasifaasilise NRE idee:
Gaasifaasi YARD lubab spetsiifilist impulssi kuni 3000-5000 sekundit. NSV Liidus käivitati gaasifaasi YARD (RD-600) projekt, kuid see ei jõudnud isegi maketi staadiumisse.
"Avatud tsükkel" tähendab, et tuumkütus visatakse välja, mis loomulikult vähendab efektiivsust. Seetõttu leiutati järgmine idee, mis naasis dialektiliselt tahkefaasiliste NRE-de juurde – ümbritseme tuumareaktsiooniala piisavalt kuumakindla ainega, mis kiirgavat soojust läbi laseb. Sellise ainena pakuti välja kvarts, sest kümnete tuhandete kraadide juures kandub soojus kiirguse toimel ja anuma materjal peab olema läbipaistev. Tulemuseks oli suletud tsükli gaasifaasi YARD ehk "tuumapirn":
Sel juhul on sisetemperatuuri piirang "pirni" kesta soojustugevus. Kvartsi sulamistemperatuur on 1700 kraadi Celsiuse järgi, aktiivse jahutamisega saab temperatuuri tõsta, kuid igal juhul on eriimpulss madalam kui avatud vooluringil (1300-1500 s), kuid tuumakütust kulutatakse säästlikumalt. ja heitgaas on puhtam.
Alternatiivsed projektid
Lisaks tahkefaasiliste NRE-de arendamisele on ka originaalprojekte.Lõhustuvate fragmentide mootor
Selle mootori idee on töövedeliku puudumine - see on väljapaisatud kasutatud tuumkütus. Esimesel juhul valmistatakse alamkriitilised kettad lõhustuvatest materjalidest, mis iseenesest ahelreaktsiooni ei käivita. Aga kui ketas asetada neutronreflektoritega reaktoritsooni, siis algab ahelreaktsioon. Ja ketta pöörlemine ja töövedeliku puudumine viib selleni, et lagunenud suure energiaga aatomid lendavad düüsisse, tekitades tõukejõu ning lagunemata aatomid jäävad kettale ja saavad võimaluse ketta järgmine pöörlemine:
Isegi rohkem huvitav idee seisneb lõhustuvatest materjalidest tolmuse plasma (mäletatavasti ISS-il) loomises, milles tuumakütuse nanoosakeste lagunemissaadused ioniseeritakse elektrivälja toimel ja paisatakse välja, tekitades tõukejõu:
Nad lubavad fantastilist spetsiifilist impulssi 1 000 000 sekundit. Entusiasmi jahutab see, et areng on teoreetilise uurimistöö tasemel.
Tuumasünteesimootorid
Veelgi kaugemas tulevikus tuumasünteesil põhinevate mootorite loomine. Erinevalt tuumalõhustumisreaktsioonidest, kus tuumareaktorid loodi peaaegu samaaegselt pommiga, ei ole termotuumareaktorid veel "homsest" "tänasesse" kolinud ja termotuumareaktsioone saab kasutada vaid Orioni stiilis – termotuumapommide viskamisel.Tuumafootonrakett
Teoreetiliselt on võimalik südamikku soojendada niivõrd, et peegelduvate footonite abil saab tekitada tõukejõudu. Vaatamata tehniliste piirangute puudumisele on sellised mootorid praegusel tehnoloogiatasemel ebasoodsad - tõukejõud on liiga väike.radioisotoopide rakett
RTG-st töövedelikku soojendav rakett on üsna töökorras. Kuid RTG eraldab suhteliselt vähe soojust, nii et selline mootor on väga ebaefektiivne, kuigi väga lihtne.Järeldus
Tehnika praegusel tasemel on võimalik kokku panna pooljuht YRD stiilis NERVA või RD-0410 - tehnoloogiad on omandatud. Kuid selline mootor kaotab spetsiifilise impulsi poolest kombinatsioonile "tuumareaktor + elektriajam", võidab tõukejõu osas. Ja täpsemad võimalused on endiselt ainult paberil. Seetõttu tundub mulle isiklikult pakett "reaktor + elektriajam" paljulubavam.Teabeallikad
Peamiseks teabeallikaks on ingliskeelne Vikipeedia ja selles linkidena loetletud ressursid. Paradoksaalsel kombel on Traditionil huvitavaid artikleid NRE - tahkefaasilise NRE ja gaasifaasi NRE kohta. Artikkel mootorite kohta Tuumamootorid1940. aastate lõpus hakati nii USA-s kui ka NSV Liidus tuumaenergia kasutamise väljavaadetest tekkinud eufooria taustal töötama tuumamootorite paigaldamisega kõigele, mis vähegi liigub. Idee luua selline "igiliikur" oli sõjaväe jaoks eriti atraktiivne. Tuumaelektrijaamad (NPP) leidsid rakendust eelkõige mereväes, kuna laevaelektrijaamadele ei kehtinud nii ranged kaalu- ja suurusenõuded nagu näiteks lennunduses. Sellegipoolest ei saanud õhujõud "mööda minna" strateegilise lennunduse tegevusraadiuse piiramatu suurendamise võimalusest. Mais 1946 USA õhujõudude väejuhatus kiitis heaks projekti tuumaenergia lennukite käitamiseks (lühendatult NEPA) tuumamootorite loomiseks strateegiliste pommitajate varustamiseks. Töö selle rakendamisega algas Oak Ridge'i riiklikus laboris. 1951. aastal see asendati õhujõudude ja aatomienergiakomisjoni (AEC) ühisprogrammiga "Aircraft Nuclear Propulsion" (ANP, "Aircraft Nuclear Propulsion"). General Electricu firma lõi turboreaktiivmootori (TRD), mis erines “tavalisest” vaid selle poolest, et tavapärase põlemiskambri asemel oli tuumareaktor, mis soojendas kompressori poolt kokkusurutud õhku. Samal ajal muutus õhk radioaktiivseks – avatud vooluringiks. Neil aastatel käsitleti seda lihtsamalt, kuid siiski, et nende lennuvälja mitte reostada, pidi see lennukid õhkutõusmiseks ja maandumiseks varustama tavaliste petrooleumimootoritega. USA esimene tuumalennuki projekt põhines ülehelikiirusel strateegilisel pommitil B-58. Arendajalt (Convair) sai ta tähise X-6. Delta tiiva all oli neli aatomiturboreaktiivmootorit, lisaks pidid õhkutõusmisel ja maandumisel töötama veel 2 "tavalist" turboreaktiivmootorit. 1950. aastate keskpaigaks valmistati väikese õhkjahutusega tuumareaktori prototüüp, mille võimsus on 1 MW. Selle lennu- ja meeskonnakaitsekatseteks eraldati pommitaja B-36H. Lendava labori meeskond oli kaitsekapslis, kuid pommilahtris asunud reaktoril endal polnud bioloogilist kaitset. Lendav labor sai nimeks NB-36H. Alates juulist 1955 märtsini 1957 ta tegi 47 lendu Texase ja New Mexico kõrbepiirkondade kohal, mille käigus lülitati reaktor sisse ja välja. Järgmises etapis loodi uus tuumareaktor HTRE (selle viimase mudeli võimsus oli 35 MW, millest piisab kahe mootori töötamiseks) ja eksperimentaalne X-39 mootor, mis läbis edukalt ühised maapealsed katsed. Selleks ajaks said ameeriklased aga aru, et avatud vooluring ei sobi, ja asusid projekteerima soojusvahetis õhkküttega elektrijaama. Uuel Convair NX-2 masinal oli “pardi” skeem (horisontaalne saba asus tiiva ees). Tuumareaktor pidi asuma keskosas, mootorid - ahtris, õhuvõtuavad - tiiva all. Lennuk pidi kasutama 2 kuni 6 turboreaktiivmootorit. Kuid 1961. aasta märtsis ANP programm suleti. Aastatel 1954-1955. Los Alamose labori teadlaste rühm koostas aruande tuumarakettmootori (NRE) loomise võimaluse kohta. USA AEC on otsustanud alustada tööd selle loomisega. Programm sai nimeks "Rover". Tööd tehti paralleelselt Los Alamose teaduslaboris ja California ülikooli Livermore'i kiirguslaboratooriumis. Alates 1956. aastast on kõik kiirguslabori jõupingutused suunatud PLUTO projekti raames tuumareaktiivmootori (YAPJE) loomisele (Los Alamoses alustati NRE loomist).
YaPVRD plaaniti paigaldada väljatöötatud ülehelikiirusega madala kõrgusega raketile (Supersonic Low-Altitude Missile – SLAM). Rakett (nüüd nimetataks seda tiibraketiks) oli sisuliselt vertikaalse stardiga (nelja tahkekütusevõimendi abil) mehitamata pommitaja. Ramjet lülitati sisse, kui teatud kiirus saavutati juba piisaval kaugusel oma territooriumist. Õhuvõtuava kaudu sisenev õhk soojendati sisse tuumareaktor ja läbi düüsi voolates tekitas tõukejõu. Lend sihtmärgile ja lõhkepeade vabastamine salatsemise eesmärgil tuli sooritada ülimadalal kõrgusel helikiirusest kolmekordse kiirusega. Tuumareaktori soojusvõimsus oli 500 MW, südamiku töötemperatuur oli üle 1600 kraadi C. Mootori testimiseks ehitati spetsiaalne katseplats. |  |
NSV Liit vajas tuumalennukit palju rohkem kui USA, kuna tal ei olnud USA piiride lähedal sõjaväebaase ja ta sai tegutseda ainult oma territooriumilt ning keskpaigas ilmusid strateegilised pommitajad M-4 ja Tu-95. -1950ndad ei suutnud "katta" kogu USA territooriumi. Laevade, allveelaevade ja lennukite tuumaelektrijaamade loomise probleemide uurimisega alustati juba 1947. aastal. ministrite nõukogu resolutsioon tuumamootoriga õhusõidukite tööde alustamise kohta antakse aga välja alles 12. augustil 1955. aastal. (selleks ajaks oli esimene Nõukogude tuumaallveelaev juba ehitamisel). Projekteerimist alustasid OKB-156 Tupolev ja OKB-23 Myasishchev lennukid tuumaelektrijaamadega ning OKB-276 Kuznetsov ja OKB-165 Ljulka selliste elektrijaamade enda arendamisega. Märtsis 1956 Anti välja valitsuse määrus strateegilise pommitaja Tu-95 baasil lendava labori loomise kohta (kiirguse mõju uurimiseks lennuki ja selle varustuse konstruktsioonile, samuti kiirgusohutuse küsimusi). 1958. aastal Semipalatinski katseplatsile toimetati eksperimentaalne "lennuki" tuumareaktor. 1959. aasta keskel Reaktor paigaldati seerialennukile Tu-95LAL (Flying Atomic Laboratory). Reaktorit kasutatakse 
Seda nimetati ainult kiirgusallikaks ja jahutati veega. Jahutussüsteemi radiaator, mis asus kere põhjas, sai vastutulevast õhuvoolust õhku. 1961. aasta mai-august. Tu-95LAL tegi katseobjekti territooriumi kohal 34 lendu. Järgmine samm pidi olema Tu-95 baasil eksperimentaalse Tu-119 loomine. Kahel ( 
neli selle NK-12M mootorit (Kuznetsovi projekteerimisbüroo) olid lisaks põlemiskambritele varustatud soojusvahetitega, mida soojendati vedela metalli jahutusvedelikuga, mis võttis soojust kaubaruumis asuvast tuumareaktorist. Mootorid said tähise NK-14A. Tulevikus pidi lennukile 4 NK-14A mootorit paigaldades ja kere läbimõõtu suurendades looma praktiliselt piiramatu lennukestusega allveelaevavastane lennuk. NK-14A mootorite või õigemini selle tuumaosa projekteerimine kulges aga aeglaselt, kuna sel juhul tekkisid paljud probleemid. Selle tulemusena ei viidud kunagi ellu Tu-119 loomise plaane. Lisaks pakkus OKB-156 mitmeid ülehelikiirusega pommitajate variante. Kaugpommitaja Tu-120 stardimassiga 85 tonni. Pikkus 30,7 m. tiibade siruulatus 24,4 m. ja 
maksimaalne kiirus on umbes 1400 km/h. Teine projekt oli madala kõrgusega löögilennuk stardimassiga 102 tonni. 37m pikk. tiibade siruulatus 19m. ja maksimaalne kiirus 1400 km/h. Lennukil oli madal delta tiib. Selle kaks mootorit asusid ühes pakendis kere tagaosas. Mootorid töötasid õhkutõusmisel ja maandumisel petrooleumil. Ülehelikiirusega strateegilise pommitaja stardimass pidi olema 153 tonni. pikkus 40,5m. ja tiibade siruulatus 30,6 m. Kuuest turboreaktiivmootorist (KB Kuznetsov) kaks, mis asusid sabas, olid varustatud soojusvahetitega ja võisid töötada tuumareaktorist. Tiiva alla paigutati püloonidele neli tavalist turboreaktiivmootorit. Väliselt sarnanes see lennuk Ameerika keskmise ülehelikiirusega B-58 pommitajaga. Myasishchevi projekteerimisbüroo kaalus ka võimalust luua juba olemasoleva ZM pommitaja baasil "tuumalennuk", asendades tavalised turboreaktiivmootorid soojusvahetitega varustatud tuumamootoritega (reaktor asus pommilahtris). Kaaluti ka ülehelikiirusega pommitaja M-60 loomise võimalust. Mitu 
rivistusvõimalused erinevat tüüpi mootoritega (stardimass 225-250t, kandevõime - 25t, kiirus - kuni 3000 km/h, pikkus 51-59m, tiibade siruulatus - 27-31m). Kiirguse eest kaitsmiseks paigutati piloodid spetsiaalsesse suletud kapslisse ja mootorid tagumisse kere. Visuaalne ülevaade kapslist jäeti välja ja autopiloot pidi lennuki sihtmärgini juhtima. Käsitsi juhtimiseks pidi see kasutama televiisori- ja radariekraane. Algselt tegid arendajad ettepaneku muuta lennuk mehitamata. Kuid sõjaväelased nõudsid usaldusväärsuse huvides mehitatud versiooni. Üks variant oli vesilennuk. Selle eeliseks oli see, et summutatud reaktoreid sai taustkiirguse vähendamiseks vette lasta. Raketiteaduse arenedes ning usaldusväärsete mandritevaheliste ballistiliste rakettide ja tuumaallveelaevade tulekuga kadus sõjaline huvi tuumapommitajate vastu ja tööd piirati. Kuid 1965. aastal nad pöördusid tagasi idee juurde luua uuesti tuumaallveelaevade vastane lennuk. Seekord sai prototüübiks rasketransport An-22 Antey, millel olid samad mootorid kui Tu-95-l. NK-14A areng oli selleks ajaks üsna palju edasi arenenud. Õhkutõus ja maandumine pidi toimuma petrooleumiga (mootori võimsus 4 x 13000 hj) ning ristlemine tuumaenergial (4 x 8900 hj). Lennu kestust piiras ainult "inimfaktor", meeskonnale saadava doosi piiramiseks määrati see 50 tunniks. Lennuulatus oleks sel juhul 27500 km. 1972. aastal An-22, mille pardal oli tuumareaktor, tegi neis 23 lendu, ennekõike kontrolliti kiirguskaitset. Kuid keskkonnaprobleemid lennukiõnnetuse korral ei lahenenud kunagi, võib-olla oli see põhjus, miks projekt jäi ellu viimata. 80ndatel tekkis huvi tuumalennuki kui ballistiliste rakettide kandja vastu. Peaaegu pidevalt õhus viibides oleks ta vaenlase ootamatu tuumaraketirünnaku suhtes haavamatu. Lennukiõnnetuse korral saab tuumareaktori eraldada ja langevarjuga alla lasta. Kuid alanud detente, "perestroika" ja seejärel NSV Liidu lagunemine ei võimaldanud aatomilennukil õhku tõusta. OKB-301 ( peadisainer S.A. Lavochkin) uuriti 1950. aastate keskel Burja mandritevahelisele tiibraketile otsevooluga tuumamootori paigaldamise küsimust (sarnaselt PLUTO projektiga). Projekt sai tähise "375". Raketi enda areng polnud probleem, lasi mootorid alt vedada. OKB-670 (peakonstruktor M.M. Bondaryuk) ei saanud pikka aega ramjet-tuumamootori loomisega hakkama. 1960. aastal Tempesti projekt suleti koos selle tuumaversiooniga. Asi ei jõudnud kunagi tuumamootori katsetamiseni. Tuumaenergiat saab kasutada töövedeliku soojendamiseks mitte ainult õhku hingavas mootoris, vaid ka tuumarakettmootoris (NRE), mis tavaliselt jaguneb reaktiivseks, milles toimub töövedeliku kuumutamise protsess (RT). pidev ja impulss või pulseeriv (ka üldiselt reaktiivses režiimis), milles tuumaenergia vabaneb diskreetselt väikese võimsusega tuuma- (termotuuma) plahvatuste jadaga. Vastavalt tuumakütuse agregatsiooni olekule reaktori südamikus jagatakse NRE-d tahkefaasiliseks, vedelfaasiliseks ja gaasifaasiks (plasma). Eraldi on võimalik välja tuua NRE, mille reaktoris on tuumkütus fluidiseeritud olekus (pöörleva tolmutaoliste osakeste "pilve" kujul). Teist tüüpi reaktiivlennukid NRE on mootor, mis kasutab RT soojendamiseks radioaktiivsete isotoopide spontaanse lõhustumise (radioaktiivse lagunemise) käigus vabanevat soojusenergiat. Sellise mootori eeliseks on disaini lihtsus, oluliseks puuduseks isotoopide (näiteks poloonium-210) kõrge hind. Lisaks eraldub isotoobi iseenesliku lagunemise käigus pidevalt soojust ka siis, kui mootor on välja lülitatud ja see tuleb kuidagi mootorist eemaldada, mis raskendab ja muudab konstruktsiooni raskemaks. Impulss-NRE-s aurustab aatomiplahvatuse energia RT, muutes selle plasmaks. Paisuv plasmapilv avaldab survet võimsale metallpõhjale (tõukuriplaadile) ja tekitab joa tõukejõu. RT võib olla kergesti muudetav tahke aine, mis kantakse tõukurplaadile, vedel vesinik või vesi, mida hoitakse spetsiaalses paagis. See on välistegevuse niinimetatud impulss-NRE skeem, teist tüüpi on sisetegevuse impulss-NRE, milles väikesed tuuma- või termotuumalaengud detoneeritakse spetsiaalsetes kambrites (põlemiskambrites), mis on varustatud joapihustitega. Seal tarnitakse ka RT-d, mis läbi düüsi voolates tekitab tõukejõu nagu tavalised rakettmootorid. Selline süsteem on tõhusam, kuna tõukejõu tekitamiseks kasutatakse kõiki RT- ja plahvatustooteid. Kuid asjaolu, et plahvatused toimuvad teatud mahus, seab piirangud põlemiskambri rõhule ja temperatuurile. Välistegevuse impulss-NRE on lihtsam ja tuumareaktsioonides vabanev tohutu energiahulk võimaldab saada selliste süsteemide häid omadusi ka madalama efektiivsusega. USA-s 1958-63. töötati välja pulseeriva YARD "Orion" raketi projekt. Nad katsetasid isegi impulssmootoriga lennukimudelit tavaliste keemiliste lõhkeainete peal. Saadud tulemused rääkisid sellise mootoriga aparaadi kontrollitud lennu põhimõttelisest võimalusest. Orion pidi algselt lendama Maalt. Välistamaks maapealse tuumaplahvatuse põhjustatud raketi kahjustamise võimalust, kavatseti see paigaldada kaheksale 75-meetrisele tornile stardi jaoks. Samal ajal ulatus raketi stardimass 10 000 tonnini. ja tõukeplaadi läbimõõt on umbes 40m. Raketi konstruktsiooni ja meeskonna dünaamiliste koormuste vähendamiseks oli ette nähtud summutusseade. Pärast kokkusurumistsüklit viis see plaadi tagasi algasendisse, misjärel toimus veel üks plahvatus. Stardis õõnestati iga sekund 0,1 kt võimsusega laengut. Pärast atmosfäärist lahkumist laeb võimsusega 20 kt. plahvatas iga 10 sekundi järel. Hiljem, et atmosfääri mitte saastada, otsustati Orion Saturn-5 raketi esimese astme abil Maalt üles tõsta ja kuna selle maksimaalne läbimõõt oli 10m. seejärel lõigati tõukeplaadi läbimõõt 
10 m. Efektiivne tõukejõud langes vastavalt 350 tonnini, juhtseadme enda “kuiv” kaaluga (ilma RT-ta) 90,8 tonni. Kuu pinnale tarnimiseks kandevõimega 680 tonni. vaja oleks õhku lasta ca 800 plutooniumilaengut (plutooniumi mass 525 kg.) ja ära kasutada ca 800 tonni. RT. Kaaluti ka võimalust kasutada Orionit tuumalaengute sihtmärgile toimetamiseks. Kuid peagi loobusid sõjaväelased sellest ideest. Ja 1963. aastal. Sõlmiti leping tuumaplahvatuste keelamise kohta kosmoses maa peal (atmosfääris) ja vee all. See keelustas kogu projekti. Sarnast projekti kaaluti ka NSV Liidus, kuid sellel polnud praktilisi tulemusi. Nagu ka Myasishchevi projekteerimisbüroo kosmoselennuki (VKS) M-19 projekt. Projekt nägi ette korduvkasutatava üheastmelise lennundussüsteemi loomist, mis oleks võimeline saatma kuni 40 tonni kaaluva kasuliku koorma madalatele võrdlusorbiitidele (kuni 185 km). Selleks pidi VCS olema varustatud tuumarakettmootori ja nii tuumareaktorist kui ka vesinikkütusel töötava mitmerežiimilise õhujoa tõukejõusüsteemiga. Lisateavet selle projekti kohta kirjeldatakse lehel. Tuumaenergiat ei saa mitte ainult otseselt kasutada mootori RT soojendamiseks, vaid ka muundada elektrienergiaks, mida seejärel kasutatakse elektrilistes tõukejõumootorites (EP) tõukejõu tekitamiseks. Selle skeemi järgi ehitati tuumaenergia tõukejõusüsteemid (NPP), mis koosnesid tuumaelektrijaamadest (NPP) ja elektriliste rakettide tõukesüsteemidest (EPP). Elektrilise tõukejõu väljakujunenud (üldtunnustatud) klassifikatsioon puudub. Vastavalt valitsevale kiirenduse "mehhanismile" võib RT EJE jagada gaasidünaamiliseks (elektrokeemiline), elektrostaatiliseks (ioon) ja elektromagnetiliseks (plasma). Elektrokeemilistes tehastes kasutatakse elektrit RT soojendamiseks või keemiliseks lagundamiseks (elektriküte, termiline katalüütiline ja hübriid), samal ajal kui RT temperatuur võib ulatuda 5000 kraadini. RT kiirendus toimub nagu tavalises LRE-s, kui see läbib mootori (düüsi) gaasidünaamilise tee. Elektrokeemilised mootorid tarbivad elektrimootoritest kõige väiksemat võimsust tõukejõuühiku kohta (umbes 10 kW/kg). Elektrostaatilises elektrilises tõukejõumootoris töövedelik esmalt ioniseeritakse, misjärel kiirendatakse positiivseid ioone elektrostaatilises väljas (elektroodide süsteemi abil), mis tekitab tõukejõu (mootori väljapääsu juures süstitakse sellesse elektrone, et neutraliseerida jugavool). Elektromagnetilises elektrilises tõukejõumootoris kuumutatakse RT seda läbiva elektrivoolu toimel plasma olekusse (kümned tuhanded kraadid). Seejärel kiirendatakse plasmat elektromagnetväljas (võib rakendada ka "paralleelset" gaasidünaamilist kiirendust). Madala molekulmassiga või kergesti dissotsieeruvaid gaase ja vedelikke kasutatakse RT-na elektrotermilistes EJE-des, leeliselisi või raskeid, kergesti aurustuvaid metalle või orgaanilisi vedelikke elektrostaatilistes EJE-des ning erinevaid gaase ja tahkeid aineid elektromagnetilistes EJE-des. Mootori oluline parameeter on selle efektiivsust iseloomustav spetsiifiline tõukejõu impulss (vt lk ) (mida rohkem seda on, seda vähem kulub RT-d kilogrammi tõukejõu tekitamiseks). Eriimpulss eri tüüpi mootorite puhul varieerub laias vahemikus: tahke raketikütus RD - 2650 m/sek, vedelkütusega rakettmootor - 4500 m/sek, elektrokeemiline EP - 3000 m/sek, plasma EP kuni 290 tuh. Teatavasti on konkreetse impulsi väärtus otseselt võrdeline ruutjuur düüsi ees oleva RT temperatuuri väärtusest. Selle (temperatuuri) omakorda määrab kütuse kütteväärtus. parim tulemus seas keemilised kütused on paar berüllium + hapnik - 7200 kcal / kg. Uraan-235 kütteväärtus on umbes 2 miljonit korda kõrgem. Kasulikult kasutatav energiahulk on aga vaid 1400 korda suurem. Disainifunktsioonidest tulenevad piirangud vähendavad seda tahkefaasilise NRE arvu 2-3-ni (maksimaalne saavutatav RT temperatuur on umbes 3000 kraadi). Ja veel, tahkefaasilise tuumarakettmootori eriimpulss on ligikaudu 9000 m / s, tänapäevaste rakettmootorite puhul 3500–4500. Vedelfaasiliste NRE-de puhul võib eriimpulss ulatuda 20 000 m/s, gaasifaasilistel, kus RT temperatuur võib ulatuda kümnete tuhandete kraadideni, on eriimpulss 15-70 tuhat m/s. Teine oluline parameeter, mis iseloomustab tõukejõusüsteemi (PS) või mootori massi täiuslikkust, on nende erikaal – jõusüsteemi (koos kütusekomponentidega või ilma) või mootori massi ja tekitatava tõukejõu suhe. Kasutatakse ka selle pöördväärtust – spetsiifilist tõukejõudu. Erikaal (tõukejõud) määrab õhusõiduki saavutatava kiirenduse, selle tõukejõu ja kaalu suhte. Kaasaegsete vedelkütusega rakettmootorite erikaal on 7–20 kg. tõukejõud ühe tonni tühimassi kohta s.o. tõukejõu ja kaalu suhe ulatub 14-ni. NRE-l on ka hea tõukejõu ja oma massi suhe - kuni 10. Samal ajal on hapnik-vesinikkütust kasutava LRE puhul RT massi suhe konstruktsiooni mass on vahemikus 7-8. Tahkefaasiliste NRE-de puhul vähendatakse seda parameetrit 3-5-ni, mis suurendab PS-i erikaalu, võttes arvesse RT kaalu. Elektrilise tõukejõuga mootori puhul piirab arenenud tõukejõudu suur energiakulu 1 kg tekitamiseks. tõukejõud (10 kW kuni 1 MW). Olemasolevate elektriliste jõusüsteemide maksimaalne tõukejõud on mitu kilogrammi. Kui EP-s on täiendavaid elemente, mis on ühendatud EP toiteallikaga, on sellise PS-ga seadme tõukejõu ja kaalu suhe palju väiksem kui ühtsus. See muudab võimatuks nende kasutamise kasulike koormate Maa-lähedasele orbiidile saatmiseks (mõned EJE-d saavad üldiselt töötada ainult kosmosevaakumi tingimustes). ERE-d on mõttekas kasutada ainult kosmosesõidukites väikese tõukejõuga mootoritena orbiitide orienteerimiseks, stabiliseerimiseks ja korrigeerimiseks. Tänu madalale töövedeliku kulule (suur eriimpulss) saab ERE pideva töötamise aega mõõta kuudes ja aastates. EJE varustamine tuumareaktorist elektrienergiaga võimaldab neid kasutada lendudeks Päikesesüsteemi äärealadele, kus päikesepatareide võimsusest ei piisa. Seega on tuumarakettmootori peamine eelis teist tüüpi rakettmootorite ees nende kõrge eriimpulss, millel on kõrge tõukejõu ja kaalu suhe (kümned, sajad ja tuhanded tonnid tõukejõudu palju väiksema tühimassiga). NRE peamiseks puuduseks on võimsa läbistava kiirguse voo olemasolu ja kõrge radioaktiivsete uraaniühendite eemaldamine kasutatud RT-ga. Sellega seoses on NRE maapealsete startide jaoks vastuvõetamatu. Töö tuumarakettmootorite ja tuumaelektrijaamade loomisel NSV Liidus algas 1950. aastate keskel. 1958. aastal NSV Liidu Ministrite Nõukogu võttis vastu mitmeid resolutsioone tuumarakettmootoritega rakettide loomise uurimistööde läbiviimise kohta. Teaduslik juhtimine usaldati M.V. Keldyshile, I.V. Kurtšatov ja S. P. Korolev. Töödesse kaasati kümneid uurimis-, projekteerimis-, ehitus- ja paigaldusorganisatsioone. Need on NII-1 (praegu Keldõši uurimiskeskus), OKB-670 (peakonstruktor M. M. Bondaryuk), Aatomienergia Instituut (IAE, nüüd Kurtšatovi instituut) ja Leipunsky, Instrumentide inseneriteaduse Uurimisinstituut (peakonstruktor A. S. Abramov ), NII-8 (nüüd Teadus- ja Disainiinstituut – Dolezhali järgi nime saanud NIKIET) ja OKB-456 (nüüd Glushko järgi nime saanud MTÜ Energomash), NIITVEL (NPO Luch, nüüd Podolski Tehnoloogiainstituut – PNITI), NII-9 ( nüüd Anorgaaniliste Materjalide Kõrgtehnoloogiline Uurimise Instituut – A. A. Bochvari nimeline VNIINM) jt. Seejärel muudeti nimeks Katsemasinaehituse Keskprojekteerimisbüroo – TsKBEM, NPO Energia, Korolevi nimeline RSC Energia). töötati välja üheastmeline ballistiline rakett YAR-1 ja kaheastmeline tuumakeemiarakett YAKhR-2. Mõlemad nägid ette 140-tonnise tõukejõuga YARDi kasutamise. Kavandid olid valmis 30. detsembriks 1959. aastal. võitlusliku YAR-1 loomist peeti aga sobimatuks ja töö selle kallal peatati. YAKhR-2 skeem oli sarnane R-7-ga, kuid kuue NK-9 mootoritega varustatud esimese astme külgraketiga. Teine etapp (keskplokk) varustati hooviga. Raketi stardikaal oli 850-880 t. kandevõimega 35-40t. (Kaaluti ka varianti stardimassiga 2000 tonni. Pikkus 42 m. Maksimaalne põikimõõt 19 m. Kandevõime kuni 150 tonni.). Kõigi YAKhR-2 üksuste mootorid lasti Maale. Samal ajal viidi NRE tühikäigurežiimile (töövedeliku voolukiiruse puudumisel oli reaktori võimsus 0,1% nominaalsest). Töörežiimi aktiveerimine viidi läbi lennu ajal mõni sekund enne külgplokkide eraldamist. 1959. aasta keskel OKB-1 andis mootoriehitajatele (OKB-670 ja OKB-456) tehnilisi ülesandeid 200- ja 40-tonnise tõukejõuga tuumarakettmootorite eskiisprojektide väljatöötamiseks. Pärast raskekandja H-1 kallal töö algust kaaluti selle alusel kaheastmelise tuumarakettmootoriga kanduri loomise küsimust teises etapis. See tagaks Maa-lähedasele orbiidile suunatava kasuliku koormuse suurenemise vähemalt 2-2,5-kordse ja Kuu satelliidi orbiidi 75-90% võrra. Kuid ka see projekt ei saanud lõpule – rakett N-1 ei lennanud kordagi. YARDi projekteerimise viisid läbi OKB-456 ja OKB-670. Nad on valmis saanud mitu tahkefaasilise reaktoriga tuumarakettmootorite kavandit. Nii et OKB-456-s 1959. aastaks. Koostati veemoderaatoriga mootorite RD-401 ja berülliummoderaatoriga RD-402 mootorite eskiisprojektid, mille tõukejõud oli tühimikus 170 tonni. eritõukeimpulsiga 428 sek. Töövedelikuna oli vedel ammoniaak. Aastaks 1962 OKB-1 lähteülesande kohaselt valmis projekt RD-404 tõukejõuga 203 tonni. tõukejõu eriimpulsiga 950 sek. (RT - vedel vesinik) ja 1963. a. - RD-405 tõukejõuga 40-50t. Siiski 1963. a kõik OKB-456 jõupingutused suunati gaasifaasi tuumarakettmootorite arendamisele. OKB-670 töötas samadel aastatel välja mitu tahkefaasilise reaktori ja ammooniumi-alkoholi seguga NRE projekti. Eelprojekteerimiselt reaalsete NRE proovide loomisele liikumiseks oli vaja lahendada veel palju küsimusi ning eelkõige uurida tuumareaktori kütuseelementide (FEL) töövõimet kõrgetel temperatuuridel. Kurtšatov 1958. aastal tegi ettepaneku luua selle jaoks plahvatusohtlik reaktor (RVD, tänapäevane nimi on impulssgrafiitreaktor - IGR). Selle projekteerimine ja valmistamine usaldati NII-8-le. RVD-s soojusenergia uraani lõhustumist ei eemaldatud väljaspool südamikku, vaid kuumutati väga kõrge temperatuurini grafiit, millest see (koos uraaniga) tekkis. On selge, et selline reaktor sai töötada vaid lühikest aega - impulsside abil, jahutusseiskadega. Metallosade puudumine südamikus võimaldas toota "sähvatusi", mille võimsust piiras ainult grafiidi sublimatsioonitemperatuur. Aktiivse tsooni keskel oli õõnsus, milles asusid uuritavad proovid. Samal 1958. a Semipalatinski polügoonil, mitte kaugel esimese aatomipommi katsepaigast, alustati vajalike hoonete ja rajatiste ehitamist. 1960. aasta mai-juuni viidi läbi reaktori füüsiline (“külm”) käivitamine ja aasta hiljem käivitati seeria grafiidivirna kuumutamisega kuni 1000 kraadini. Keskkonnaohutuse tagamiseks ehitati stend "suletud" skeemi järgi - kasutatud jahutusvedelikku hoiti enne atmosfääri laskmist gaasimahutites ja seejärel filtreeriti. Alates 1962. aastast IGR-is (RVD) testiti NII-9 ja NII-1 tuumareaktorite jaoks erinevat tüüpi kütusevardaid ja kütusesõlmesid (FA). 1950. aastate teisel poolel viisid NII-1 ja IPPE läbi gaasikütuseelementide gaasidünaamika ja gaasifaasiliste reaktorite füüsika uuringud, mis näitasid gaasifaasiliste NREde loomise põhimõttelist võimalust. Sellise mootori töökambris tekkis seda ümbritseva solenoidi tekitatud magnetvälja abil "seisev" tsoon, milles uraan kuumutati temperatuurini umbes 9000 kraadi. ja soojendas seda tsooni läbivat vesinikku (sellele lisati kiirgusenergia neeldumise parandamiseks spetsiaalseid lisandeid). Osa tuumakütusest kandus paratamatult gaasivooluga kaasa, mistõttu tuli pidevalt kompenseerida uraani kadu. Gaasifaasilise NRE eriimpulss võib olla kuni 20 000 m/s. Sellise mootoriga alustati tööd 1963. aastal. aastal OKB-456 (NII-1 teadusliku juhtimisega). 1962. aastal IPPE-s loodi tahkefaasilise reaktoriga katsepink IR-20, mille moderaatoriks oli vesi. Seda kasutati esimest korda tahkefaasiliste NRE reaktorite füüsikaliste parameetrite uurimiseks, mis oli aluseks järgmistele projektidele. 1968. aastal Arvestades IR-20 stendil saadud kogemusi, ehitati siia ka Strela füüsiline stend, millele paigaldati reaktor, mis oli NRE lennumudeli reaktorile üsna lähedane konstruktsioon. Järgmine samm NRE loomise suunas oli spetsiaalse katserajatise loomine NRE reaktori maapealse prototüübi katsetamiseks. 1964. aastal Välja anti valitsuse määrus tuumarakettmootorite katsetamiseks Semipalatinski polügoonil asuva pingikompleksi ehitamise kohta, mis sai nime "Baikal". Veebruariks 1965 IAE-s koostati lähteülesanne Baikali kompleksi reaktori arendamiseks (see sai indeksi IVG-1 kõrge temperatuuriga gaasjahutusega teadustöö). NII-8 alustab projekteerimist (IAE teadusliku juhendamise all). Kütusesõlmede arendamine ja tootmine on NIITVEl. 1966. aastal Nõukogude esimese tahkefaasilise NRE (sai indeksi 11B91 või RD-0410) väljatöötamine viidi üle Voroneži keemiaautomaatika projekteerimisbüroole (KBKhA) Ch. disainer A.D. Konopatov. 1968. aastal NPO Energomash (OKB-456) viis lõpule gaasifaasilise reaktoriga mootori eelprojekti väljatöötamise. Mootori tähisega RD-600 pidi olema umbes 600 tonni tõukejõudu. omamassiga umbes 60 tonni. Berülliumi ja grafiiti kasutati moderaatori ja reflektorina. RT - vesinik liitiumi lisamisega. 24. mai 1968. aastal anti välja valitsuse määrus, millega nähakse ette kavandatud projekti alusel tuumarakettmootori loomine, samuti selle katsetamiseks stendi baasi Baikal-2 ehitamine. Paralleelselt YARD 11B91 lennumudeli arendamisega KBKhA-s loodi NII-1-s selle pingi prototüüp (IR-100). 1970. aastal viidi läbi nende tööde kombinatsioon (programm sai indeksi 11B91-IR-100) ning kõik tuumarakettmootorite stendi- ja lennumudelite projekteerimistööd koondati KBKhA-sse. Esimese YARD 11B91-IR-100 reaktori füüsiline käivitamine viidi läbi IPPE-s Strela stendis. See viis läbi ulatuslikku uurimisprogrammi. Baikali kompleksi ehitamine kestis mitu aastat. Kompleks pidi koosnema kahest šahtist, kuhu katsereaktorid pukk-kraana abil alla lasti. 18. september 1972 IVG-1 reaktori füüsiline käivitamine toimus Baikali kompleksi esimese töökoha raames. Seda saaks kasutada ka tulevase YRD pingi prototüübina, mille tõukejõud on 20–40 tonni. ja stendina uut tüüpi tuumkütuse katsetamiseks. Reaktoril oli berülliumreflektor ja vesi oli moderaatoriks. Selle südamik koosnes 31 kütusesõlmest. Vesinikku, jahutavat tuumkütust, suudeti soojendada kuni 2500 kraadini, spetsiaalses keskkanalis saada isegi 3000 kraadi.Võite käivitamine toimus alles 1975. aasta märtsi alguses. mida seletati vajadusega lõpetada pingikompleksi kõigi hoonete ja rajatiste ehitus, teostada suur hulk robotite kasutuselevõttu ja personali koolitamine. Instrumendid asusid miinide vahel asuvas maa-aluses punkris. Teises, mis asub 800m kaugusel. oli juhtpaneel. Ohutu tsoonist pääses juhtpaneelile pooleteisekilomeetrise maa-aluse tunneli kaudu. Kaevanduse lähedal 150m sügavusel. pandi sfääriline anum, kuhu pumbati kõrge rõhu all vesinikgaasi. Kuumutatakse reaktoris peaaegu 3000 kraadini. vesinik lasti otse atmosfääri. Lõhustumisproduktide eemaldamine oli sel juhul aga lähedane tuumaelektrijaamade tavapärase töö käigus tekkivatele radioaktiivsetele heitmetele. Ja ometi ei tohtinud kaevandusele päeva jooksul läheneda lähemale kui poolteist kilomeetrit ja kuu aega ei saanud ka kaevandusele endale läheneda. 13 tööaasta jooksul viidi läbi 28 IVG-1 reaktori “kuumkäivitust”. Nelja katsesüdamiku osana testiti umbes 200 gaasijahutusega kütusesõlme. Mitme nimivõimsusel kogunenud sõlme kasutusiga oli 4000 sek. Paljud nende testide tulemused ületavad oluliselt USA-s NRE programmi raames saadud tulemusi, kuna maksimaalne soojuseraldumise tihedus IVG-1 reaktori südamikus ulatus 25 kW/cm3-ni. võrreldes ameeriklaste 5,2-ga oli vesiniku temperatuur kütusesõlmede väljalaskeava juures umbes 2800 kraadi ja ameeriklaste 2300 kraadi. 1977. aastal teine-A pandi tööle töökoht pingikompleks "Baikal", millel 17.09.1977.a. käivitati esimene reaktor YARD 11B91-IR-100 jaoks, mis sai nimetuse IRGIT. Kuus kuud hiljem, 27. märtsil 1978. aastal. jõukäivitus on teostatud. Selle käigus saavutati võimsus 25 MW (15% projekteeritud), vesiniku temperatuur oli 1500 kraadi, tööaeg 70 sekundit. Katsete ajal 3. juulil 1978. a. ja 11. august 1978. a. saavutati võimsus 33 MW ja 42 MW, vesiniku temperatuur oli 2360 kraadi. 70ndate lõpus ja 80ndate alguses viidi pingikompleksis läbi veel kaks katseseeriat - teine ja kolmas 11B91-IR-100 seade. Jätkus ka kütusesõlmede katsetamine IGR ja IVG reaktorites, käimas oli rajatiste ehitus, eesmärgiga anda tööle teine-B töökoht vedelal vesinikul töötava mootori testimiseks. Samal ajal viidi Moskva lähedal Zagorskis asuvas stendis läbi nn külma mootori 11B91X katsetused, millel polnud tuumareaktorit. Vesinikku kuumutati spetsiaalsetes soojusvahetites tavalistest hapnik-vesinikpõletitest. Aastaks 1977 kõik "külma" mootori väljatöötamise ülesanded said lahendatud (üksused said töötada tunde). Põhimõtteliselt loodi YARD ja selle ettevalmistamine lennukatseteks oli veel mitme aasta küsimus. YARD 11B91-l oli heterogeenne termiline neutronreaktor, tsirkooniumhüdriid toimis moderaatorina, berülliumreflektor, uraanil ja volframkarbiididel põhinev tuumkütuse materjal, mille uraan-235 sisaldus oli umbes 80%. See oli suhteliselt väike metallist silinder, mille läbimõõt oli umbes 50 cm. ja umbes meeter pikk. Sees - 900 peenikest varda, mis sisaldavad uraankarbiidi. YARDi reaktorit ümbritses berülliumneutronreflektor, millesse olid põimitud trumlid, mis olid ühelt poolt kaetud neutronabsorberiga. Nad täitsid juhtvarraste rolli – olenevalt sellest, kumb pool trumlitest oli suunatud südamiku poole, neelasid nad rohkem või vähem neutroneid, reguleerides rektori võimsust (ameeriklastel oli sama skeem). Umbes 1985. aastal. YARD 11B91 võiks teha oma esimese kosmoselennu. Kuid seda ei juhtunud erinevatel põhjustel. 1980. aastate alguseks oli saavutatud märkimisväärseid edusamme ülitõhusate rakettmootorite väljatöötamisel, mis koos Kuu ja teiste Päikesesüsteemi lähiplaneetide uurimise plaanidest loobumisega seadis kahtluse alla selle teostatavuse. tuumarakettmootori loomine. Tekkinud majandusraskused ja nn „perestroika“ viisid selleni, et kogu kosmosetööstus oli „häbis“ ja 1988. a. töö tuumarakettmootori kallal NSV Liidus peatati. Idee kasutada elektrit reaktiivjõu tekitamiseks väljendas K. E. Tsiolkovski juba 1903. aastal. Esimene eksperimentaalne EJE loodi Gas Dynamics Laboratory (Leningrad) V.P.Glushko juhtimisel aastatel 1929-1933. EJE loomise võimalust hakati uurima 50. aastate lõpus IAE-s (L.A. Artsimovitši juhtimisel), NII-1-s (V.M. Ievlevi ja A.A. Porotnikovi juhtimisel) ja mitmetes teistes organisatsioonides. . Nii viidi OKB-1-s läbi uuringud, mille eesmärk oli luua tuumaelektriline tõukemootor. 1962. aastal Kanderaketi H1 esialgne projekt sisaldas "Raskete planeetidevaheliste kosmoselaevade tuumajõul kasutatavaid materjale". 1960. aastal Anti välja valitsuse määrus elektriajamiga töökorralduse kohta. Lisaks IAE-le ja NII-1-le olid töösse kaasatud kümned teised uurimisasutused, disainibürood ja organisatsioonid. Aastaks 1962 aastal NII-1 loodi erosioonitüüpi impulssplasma tõukur (SPT). SPD-s moodustub plasma tahke dielektriku (fluoroplast-4, tuntud ka kui teflon) aurustumisel (ablatsioonil) impulss- (säde) elektrilahenduses, mille kestus on mitu mikrosekundit (impulsi võimsus 10–200 MW) millele järgneb plasma elektromagnetiline kiirendus. Sellise mootori esimesed elukatsed algasid 27. märtsil ja kestsid 16. aprillini 1962. aastal. 1 kW keskmise võimsustarbega (impulss - 200 MW) oli tõukejõud 1 g. - tõukejõu "hind" 1 kW/g. Kosmoses katsetamiseks oli vaja umbes 4 korda vähem tõukejõu "hinda". Need parameetrid saavutati 1962. aasta lõpuks. Uus mootor tarbis 0,2g tõukejõu tekitamiseks 50 W (impulsivõimsus 10 MW). (hiljem tõsteti veojõu “hind” 1 aastaks 85W peale). 1963. aasta märtsis loodi ja testiti SPD-l põhinevat kosmoselaeva stabiliseerimissüsteemi juhtimissüsteemi, mis sisaldas kuut mootorit, pingemuundurit ( sädelahendus Loodi kondensaatorid 100 mikrofaradi võimsusega 1 kV pingega), tarkvara-lülitusseade, kõrgepinge hermeetilised pistikud ja muud seadmed. Plasma temperatuur ulatus 30 tuhande kraadini. ja väljahingamise kiirus on 16 km/sek. Elektrilise tõukejõuga kosmoseaparaadi (Zondi tüüpi planeetidevahelise jaama) esimene start oli kavandatud novembrisse 1963. Käivitamine 11. novembril 1963. aastal lõppes õnnetusega RN. Ainult 30. november 1964. AMS "Zond-2" koos EJE-ga pardal startis edukalt Marsi suunas. 14. detsember 1964 Maast enam kui 5 miljoni km kaugusel olid sisse lülitatud plasmamootorid (gaasidünaamilised mootorid olid sel ajal välja lülitatud), mis töötasid päikesepatareidelt. 70 min jooksul. kuus plasmamootorit säilitasid jaama vajaliku orientatsiooni kosmoses. USA-s 1968. aastal. Sidesatelliit "LES-6" lasti orbiidile nelja erosiooni-SPD-ga, mis töötasid üle 2 aasta. Edasiseks tööks EJE kallal korraldati disainibüroo "Fakel" (B.S. Stechkini nimelise disainibüroo baasil, Kaliningrad). OKB Fakeli esimene arendus oli Globuse tüüpi (AES Horizon) sõjalise kosmoselaeva stabiliseerimis- ja orientatsioonisüsteemi EPS, mis asub Zond-2 IPD lähedal. Alates 1971. aastast Ilmasatelliidi Meteor orbiidi korrigeerimise süsteemis kasutati kahte Fakel Design Bureau plasmamootorit, millest igaüks kaaluga 32,5 kg tarbis umbes 0,4 kW, arendades samal ajal tõukejõudu umbes 2 g. väljalaskekiirus üle 8 km/s, RT (kokkusurutud ksenooni) varu oli 2,4 kg. Alates 1982. aastast geostatsionaarsetel sidesatelliitidel "Luch" kasutatakse OKB "Fakel" välja töötatud EJE-sid. Kuni 1991. aastani ERE opereeris edukalt 16 kosmoselaevaga. Lisateavet EJD kohta kirjeldatakse saidi eraldi lehel. Loodud EJE tõukejõudu piiras parda jõuallikate elektriline võimsus. EPS-i tõukejõu tõstmiseks mitme kilogrammini oli vaja tõsta võimsust mitmesaja kilovatini, mis traditsiooniliste meetoditega (akud ja päikesepaneelid) oli praktiliselt võimatu. Seetõttu alustasid IPPE, IAE ja teised organisatsioonid paralleelselt EJE-ga ka tööd tuumareaktori soojusenergia otseseks muundamiseks elektrienergiaks. Energia muundamise vaheetappide välistamine ja liikuvate osade puudumine võimaldas luua kompaktseid, kergeid ja töökindlaid piisavalt suure võimsuse ja ressursiga elektrijaamu, mis sobivad kosmoseaparaati kasutamiseks. 1965. aastal OKB-1-s töötati koos IPPE-ga välja planeetidevahelise kosmoselaeva koos meeskonnaga tuumajõumootori YaERD-2200 projekt. Jõusüsteem koosnes kahest plokist (mõlemal oli oma tuumajaam), kummagi ploki elektrivõimsus oli 2200 kW, tõukejõud 8,3 kg. Magnetoplasma mootori eriimpulss oli umbes 54 000 m/s. 1966-70ndatel. N1M kanderaketiga välja lastud Marsi kompleksi jaoks töötati välja termilise tuumaelektrijaama (11B97) ja elektrilise tõukejõusüsteemi eskiisprojekt. Tuumaelektriline tõukejõusüsteem pandi kokku eraldi plokkidest, ühe ploki elektrivõimsus oli kuni 5 MW. EJE tõukejõud - 9,5 kg. tõukejõu eriimpulsi 78000 m/sek juures. Võimsate tuumaelektriallikate loomine võttis aga oodatust palju rohkem aega. Radioisotoopide termoelektrilised generaatorid (RTG), mis kasutasid radioaktiivsete isotoopide (näiteks poloonium-210) spontaanse lõhustumise soojust, leidsid oma disaini lihtsuse ja väikese kaalu tõttu esimestena praktilist rakendust. Termoelektriline muundur oli sisuliselt tavaline termopaar. Kuid nende RITEGide suhteliselt madal energiatarve ja kasutatud isotoopide kõrge hind piirasid nende kasutamist tõsiselt. Paremad väljavaated olid termoelektriliste ja termiooniliste energiamuundurite kasutamisel koos tuumareaktoritega, mis on ühendatud üheks üksuseks (reaktor-muundur). Väikese reaktori muunduri loomise võimaluse eksperimentaalseks kontrollimiseks IEA-s (koos NPO Luchiga) 1964. aastal. Loodi eksperimentaalne seadistus "Romashka". Südamikus eralduv soojus soojendas reaktori välispinnal asuvat termoelektrimuundurit, mis koosnes suurest hulgast räni-germaanium pooljuhtvahvlitest, nende teist pinda jahutas aga radiaator. Elektri võimsus oli 500 vatti. reaktori soojusvõimsusel 40 kW. "Kummeli" katsetused peatati peagi, sest sellel olid juba katsetused palju suurema võimsusega tuumaelektrijaamas BES-5 (Buk). 2800 W elektrivõimsusega tuumaelektrijaama BES-5 väljatöötamine, mis on mõeldud USA-A radari luure kosmoseaparaadi seadmete toiteks, algas 1961. aastal. MTÜ Krasnaja Zvezdas IPPE teadusliku juhtimise all. Kosmoselaeva US-A esimene lend (3. oktoober 1970 "Cosmos-367") oli ebaõnnestunud – tuumaelektrijaam BES-5 töötas 110 minutit. mille järel reaktori südamik sulas. Järgmised 9 modifitseeritud tuumaelektrijaama käivitamist olid edukad 1975. aastal. KA US-A võttis merevägi vastu. Jaanuaris 1978 USA-A kosmoselaeva (Kosmos-954) rikke tõttu langesid Kanada territooriumile Buki tuumaelektrijaama killud.Kokku (enne dekomisjoneerimist 1989) lasti need kosmoselaevad orbiidile 32. - teostati töid. termomuunduritega tuumaelektrijaamadel, millel oli suurem kasutegur, kasutusiga ning kaalu- ja mõõtmeomadused. Termioonilises tuumaelektrijaamas kasutatakse piisavalt kuumutatud juhi pinnalt lähtuvat termoemissiooni efekti. Suure võimsusega termomuundurite testimiseks 1964. aastal. loodi reaktoribaas Kiievis (1970. aastal ilmus sama baas Alma-Atasse). Tööd viisid läbi kaks arendajat - MTÜ Krasnaya Zvezda (IPPE teaduslik juhtimine) juures töötati välja Topazi tuumaelektrijaam võimsusega 5-6,6 kW. radari luuresatelliitide jaoks arendas Energovak-TsKBM (RRC Kurchatovi Instituudi teaduslik juhtimine) Jenissei tuumaelektrijaama telesaadete edastamise kosmoselaeva Ekran-AM jaoks. Tuumaelektrijaama "Topaz" katsetati kaks korda kosmoses kosmoselaeva "Plasma-A" pardal (2. veebruar 1987 "Cosmos-1818" ja 10. juuli 1987 "Cosmos-1867"). Hinnanguliselt üheaastase ressursiga töötas Topaz juba teisel lennul üle 11 kuu, kuid stardid peatusid seal. Töö Jenissei tuumaelektrijaamas peatati maapealsete katsete etapis, kuna töö lõpetati kosmoselaevaga, mille jaoks see oli ette nähtud. Lisateavet kosmoselaevade tuumaenergiaallikate kohta kirjeldatakse saidi eraldi lehel. 1970. aastal NPO Energomash töötas välja 3,3 GW elektrivõimsusega gaasifaasilise reaktoriga (lõhustuva materjali voolutsooniga) EU-610 kosmose tuumaelektrijaama eskiisprojekti. Töö käigus tekkinud probleemid ei võimaldanud aga seda projekti ellu viia. 1978. aastal Mittetulundusorganisatsioon Krasnaya Zvezda töötas välja tehnilised ettepanekud Zarya-3 tuumajõusüsteemi kahe versiooni jaoks, mille elektrivõimsus on 24 kW ja mille ressurss on üle aasta. Esimene võimalus on Topaz-1 tuumaelektrijaama modifikatsioon, teisel oli algne skeem (soojustorudega kaugelektrijaamad). Töö paigaldiste kallal lõpetati konkreetse kosmoselaevaga sidumise puudumise tõttu. Ajavahemikul 1981-86. viidi läbi suur hulk projekteerimis- ja katsetöid, mis viitasid põhimõttelisele võimalusele pikendada tuumaelektrijaamade kasutusiga 3-5 aastani ja elektrivõimsust kuni 600 kW. 1982. aastal NPO Energia (TsKBEM) töötas vastavalt Moskva piirkonna lähteülesannetele välja tehnilise ettepaneku 550 kW elektrivõimsusega interorbitaalse tuumapuksiiri Hercules kohta, mis suunatakse 200 km kõrgusele võrdlusorbiidile. kompleks "Energy-Buran" või kanderakett "Proton". 1986. aastal töötati välja tehniline ettepanek tuumajõumootoriga interorbitaalse puksiiri kasutamiseks kuni 100 tonni kaaluvate kasulike koormate transportimiseks geostatsionaarsele orbiidile, mis suunatakse energia kanderakettide etalonorbiidile. Kuid neid töid ei jätkatud. Seega ei loodud NSV Liidus kunagi tõeliselt toimivat tuumaelektrijõusüsteemi, kuigi tuumaelektrijaamu kasutati edukalt seeriaviisilistel kosmoselaevadel. Esimene ja ainus kosmoselaev, millel oli elektrilise tõukejõuga tuumaelektrijaam, oli American Snapshot, mis lasti välja 3. aprillil 1965. aastal. Reaktor-muunduri elektrivõimsus oli 650 W. Seadmele paigaldati eksperimentaalne ioonmootor. EJE esimene sisselülitamine (lennu 43. päeval) viis aga reaktori hädaseiskamiseni. Võib-olla olid selle põhjuseks elektriajami tööga kaasnenud kõrgepinge rikked, mille tagajärjel saadeti valekäsk reaktori reflektori lähtestamiseks, mis viis selle kinnikiilumiseni. 1992. aastal USA ostis Venemaalt kaks Jenissei tuumaelektrijaama. Ühte reaktorit pidi kasutama 1995. aastal. aastal "Kosmoseeksperiment tuumaelektrilise tõukejõusüsteemiga". Siiski 1996. a projekt suleti. Ameerika Ühendriikides on Los Alamose laboris NRE loomise probleemi uurimusi tehtud alates 1952. aastast. 1957. aastal algas töö Roveri programmi kallal. Erinevalt NSV Liidust, kus viidi läbi kütusesõlmede ja muude mootorielementide elemendihaaval testimine, võeti USA-s kogu reaktori korraga loomise ja katsetamise teed. Esimest reaktorit nimega "Kiwi-A" ("KIWI-A") katsetati 1. juulil 1959. aastal. spetsiaalsel väljaõppeväljakul Nevadas. See oli homogeenne reaktor, mille südamik oli kokku pandud kaitsmata plaatidest, mis koosnesid kuni 90% rikastatud grafiidi ja uraan-235 oksiidi segust. Raske vesi toimis neutronite moderaatorina. Uraanioksiid ei talunud kõrgeid temperatuure ning plaatidevahelisi kanaleid läbivat vesinikku suudeti soojendada vaid 1600 kraadini. Nende reaktorite võimsus oli vaid 100 MW. Kiwi-A testid, nagu ka kõik järgnevad, viidi läbi avatud väljalaskega. Heitgaasitoodete aktiivsus oli madal ja katsealal praktiliselt puudusid tööpiirangud. Reaktori katsetused lõpetati 7. detsembril 1961. aastal. (viimasel käivitamisel südamik hävitati, täheldati plaatide fragmentide vabanemist väljalaskejoas). Tuumarakettmootori kuue "kuuma katse" tulemused osutusid väga julgustavateks ja 1961. aasta alguses. koostati aruanne vajaduse kohta katsetada reaktorit lennu ajal. Peagi hakkas aga esimestest õnnestumistest tulenev “peapööritus” üle minema, saadi aru, et ÕVI loomisel on palju probleeme, mille lahendamine nõuaks palju aega ja raha. Lisaks on edusammud lahingrakettide keemiamootorite loomisel jätnud ainult kosmosevaldkonna tuumarakettmootorite kasutamiseks. Vaatamata sellele, et tulekuga Valge Maja Kennedy administratsiooni ajal (1961. aastal) lõpetati töö tuumajõul töötava lennukiga, Roveri programmi nimetati „üheks neljast prioriteetsed valdkonnad kosmose vallutamisel" ja seda arendati edasi. NRE lennuversiooni loomiseks võeti kasutusele uued programmid "Rift" (RIFT - Reactor In Flight Test - reaktor katselennul) ja "Nerva" (NERVA - Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Kiwi seeria reaktorite katsetamine jätkus. 1. september 1962 testiti "Kiwi-V" võimsusega 1100 MW, töötades vedelal vesinikul. Uraanoksiid asendati kuumakindlama karbiidiga, lisaks kaeti vardad nioobiumkarbiidiga, kuid katse ajal, kui üritati saavutada ettenähtud temperatuuri, hakkas reaktor kokku kukkuma (plaatide killud hakkasid välja lendama läbi düüsi). Järgmine start toimus 30. novembril 1962. aastal. aga 260 sekundi pärast. Katse lõpetati tugeva vibratsiooni tõttu reaktoris ja leegisähvatuste tõttu väljalaskejoas. Nende ebaõnnestumiste tagajärjel planeeriti 1963. a. Kiwi-V reaktorite katsetused lükati järgmisse aastasse. Augustis 1964 viidi läbi veel üks katse, mille käigus mootor töötas 900 MW võimsusel üle kaheksa minuti, arendades tõukejõudu 22,7 tonni. väljavoolukiirusel 7500 m/s. Päris 1965. aasta alguses. viidi läbi viimane katse, mille käigus reaktor hävis. Ta viidi tahtlikult kiire "kiirenduse" tagajärjel plahvatuseni. Kui tavaliselt nõuab reaktori nullvõimsuselt täisvõimsusele üleminek kümneid sekundeid, siis selle katse käigus määrati sellise ülemineku kestus ainult juhtvarraste inertsiga ja ligikaudu 44 millisekundit pärast nende täisvõimsusele ülekandmist. jõuasendis toimus 50–60 kg plahvatus. trinitrotolueen. Rifti programm hõlmas Saturn-V raketi käivitamist eksperimentaalse reaktoriga ballistiline trajektoor kuni 1000 km. ja nende järgnev langemine Atlandi ookeani lõunaossa. Enne vette sisenemist pidi YARDi reaktor õhku lastud (tol ajal mõtlesid vähesed kiirgusohutusele). Kuid aasta-aastalt programmi elluviimine viibis ja lõpuks seda ei rakendatudki. NERVA mootoriga töötamise esimeses etapis põhinesid need veidi modifitseeritud Kiwi-V reaktoril, mida kutsuti NERVA-NRX (Tuumarakett Experimental - Nuclear Rocket Experimental). tuumarakett eksperimentaalne). Kuna selleks ajaks polnud veel leitud materjali, mis võiks töötada 2700–3000 kraadi juures. ja kuuma vesinikuga hävitamise vastu seismiseks otsustati töötemperatuuri alandada ja eriimpulss piirati 8400 m/s. Reaktori katsetused algasid 1964. aastal, saavutati võimsus 1000 MW, tõukejõud umbes 22,5 tonni. voolukiirus üle 7000m/s. 1966. aastal esimest korda testiti mootorit täisvõimsusel 1100 MW. Kus ta töötas 28 minutit. (110 minuti tööst). Vesiniku temperatuur reaktori väljalaskeava juures ulatus 2000 kraadini, tõukejõud oli 20 tonni.Programmi järgmises etapis pidi kasutama võimsamaid Phoebuse reaktoreid (Phoebus ja seejärel Pewee). NERVA mootorile täiustatud tahkefaasilise grafiidireaktorite väljatöötamist Phoebuse programmi raames on Los Alamose laboris tehtud alates 1963. aastast. Esimesel neist reaktoritest on ligikaudu samad mõõtmed kui Kiwi-V-l (läbimõõt 0,813 m, pikkus 1,395 m), kuid see on mõeldud umbes kaks korda suurema võimsuse jaoks. Selle reaktori baasil oli kavas luua mootor NERVA-1. Järgmine modifikatsioon võimsusega umbes 4000–5000 MW pidi kasutama NERVA-2 mootorit. Sellel mootoril on tõukejõud vahemikus 90-110 t. väljavoolu kiirus pidi olema kuni 9000 m/s. Mootori kõrgus on umbes 12m. välisläbimõõt - 1,8m. Töövedeliku kulu 136kg/s. NERVA-2 mootori kaal oli ligikaudu 13,6 tonni. rahaliste raskuste tõttu loobuti peagi mootorist NERVA-2 ja mindi üle 34-tonnise tõukejõuga mootori NERVA-1 konstruktsioonile. voolukiirus 8250m/s. Selle mootori reaktori NRX-A6 esimene katsetus viidi läbi 15. detsembril 1967. aastal. Juunis 1969 toimusid 22,7-tonnise tõukejõuga eksperimentaalse NERVA XE mootori esimesed kuumad katsetused. Mootori tööaeg kokku oli 115 minutit, starti tehti 28 korda. YARD "NERVA-1" oli homogeenne reaktor aktiivse tsooniga läbimõõduga 1 m. ja kõrgus 1,8 m. mis koosneb 1800 kuusnurksest kütusevardast (tuumkütuse kontsentratsioon on 200–700 mg/cc). Reaktoril oli umbes 150 mm paksune rõngakujuline berülliumoksiidist reflektor. Reaktori jõuanum on valmistatud alumiiniumisulamist, sisemine kiirguskaitse on valmistatud komposiitmaterjalist (boorkarbiid–alumiinium–titaanhüdriid). Reaktori ja turbopumba agregaatide vahele saab paigaldada ka täiendava väliskaitse. NASA pidas mootorit sobivaks kavandatud Marsi-missiooniks. See pidi olema paigaldatud kanderaketi Saturn-5 ülemisele astmele. Selline kandur võiks viia kosmosesse kaks või kolm korda rohkem kasulikku lasti kui selle puhtalt keemiline versioon. Aga enamik Nixoni administratsioon tühistas Ameerika kosmoseprogrammi. Ja lõpetamine 1970. aastal. rakettide Saturn-5 tootmine lõpetas tuumarakettmootorite kasutamise programmi. Los Alamoses jätkus töö Pewee mootoritega Roveri programmi raames kuni 1972. aastani. pärast mida programm lõpuks suleti. Peamine erinevus meie YARDide ja Ameerika omade vahel on see, et need olid heterogeensed. Homogeensetes (homogeensetes) reaktorites segatakse tuumkütus ja moderaator. Kodumaises NRE-s oli tuumkütus kontsentreeritud kütuseelementidesse (eraldi moderaatorist) ja ümbritsetud kaitsekestaga, nii et moderaator töötas palju madalamatel temperatuuridel kui Ameerika reaktorites. See võimaldas loobuda grafiidist ja kasutada moderaatorina tsirkooniumhüdriidi. Selle tulemusena osutus reaktor palju kompaktsemaks ja kergemaks kui grafiit. See koos nõukogude disainerite leitud varraste kujuga (ristlõikega neljaharulised ja pikkuses keerdunud) võimaldas märkimisväärselt vähendada varraste hävimise tagajärjel tekkivat uraani kadu (see ei olnud võimalik hävingu täielikuks kõrvaldamiseks). Praegu on ainult USA-l ja Venemaal märkimisväärne kogemus tahkefaasiliste tuumarakettmootorite arendamisel ja ehitamisel ning nad suudavad vajadusel selliseid mootoreid luua lühikese ajaga ja vastuvõetava hinnaga. IGR ja IVG-1 reaktorikompleksid kuuluvad nüüd Kasahstani Vabariigi riiklikule tuumakeskusele. Seadmeid hoitakse suhteliselt töökorras. Võimalik, et Kuu ja Marsi lendude programmidega töö jätkamine taastab huvi tahkefaasiliste tuumarakettmootorite vastu. Lisaks võib NRE kasutamine oluliselt laiendada Päikesesüsteemi uurimise piire, vähendades kaugetele planeetidele jõudmiseks kuluvat aega. 2010. aastal Venemaa president Medvedev andis korralduse luua ioonelektri jõul töötaval tuumaelektrijaamal põhinev kosmosetranspordi- ja energiamoodul. Reaktori ehitab NIKIET. Keldyshi keskus loob tuumajaama ning RSC Energia transpordi- ja energiamooduli ise. Gaasiturbiini muunduri väljundelektriline võimsus nominaalrežiimis on 100-150 kW. RT-na peaks kasutama ksenooni. ERD eriimpulss 9000-50000m/sek. ressurss 1,5-3 aastat. Installatsiooni mass ja mõõtmed peaksid võimaldama selle käivitamiseks kasutada kanderakette Proton ja Angara. Töötava prototüübi maapealne katsetamine algab 2014. aastal ning 2017. aastaks on tuumamootor valmis kosmosesse saatmiseks (2003. aastal alustas ka NASA sarnast programmi). kuid siis rahastamine katkestati). Kogu projekti arendamiseks kulub 17 miljardit rubla. Oota ja vaata.
Skeptikud väidavad, et tuumamootori loomine ei ole märkimisväärne edasiminek teaduse ja tehnoloogia vallas, vaid ainult "aurukatla moderniseerimine", kus uraan toimib kütusena kivisöe ja küttepuude asemel ning vesinik töövedelik. Kas NRE (tuumareaktiivmootor) on nii vähetõotav? Proovime selle välja mõelda.
Esimesed raketid
Kõik inimkonna eelised Maa-lähedase kosmose arendamisel võib ohutult omistada keemilistele reaktiivmootoritele. Selliste jõuallikate töö põhineb energia muundamisel keemiline reaktsioon kütuse põletamine oksüdeerijas reaktiivjoa ja seega ka raketi kineetiliseks energiaks. Kütusena kasutatakse petrooleumi, vedelat vesinikku, heptaani (vedelkütusega rakettmootorite (LTE) jaoks) ja ammooniumperkloraadi, alumiiniumi ja raudoksiidi polümeriseeritud segu (tahke raketikütuse (RDTT) jaoks).
On hästi teada, et esimesed ilutulestikuks kasutatavad raketid ilmusid Hiinas juba teisel sajandil eKr. Nad tõusid taevasse tänu pulbergaaside energiale. Olulise panuse raketitehnoloogia arengusse andsid Saksa relvasepa Konrad Haasi (1556), Poola kindral Kazimir Semenovitši (1650), Vene kindralleitnant Aleksandr Zasjadko teoreetilised uurimused.
Patendi esimese vedelkütusega rakettmootori leiutamiseks sai Ameerika teadlane Robert Goddard. Tema aparaat kaaluga 5 kg ja pikkusega umbes 3 m, töötades bensiini ja vedela hapnikuga, 1926. aastal 2,5 sekundit. lendas 56 meetrit.
Kiirust taga ajades
Tõsine eksperimentaalne töö seeriakeemiliste reaktiivmootorite loomisel algas eelmise sajandi 30ndatel. Nõukogude Liidus peetakse V. P. Glushkot ja F. A. Zanderit raketimootorite ehitamise pioneerideks. Nende osalusel töötati välja jõuüksused RD-107 ja RD-108, mis andsid NSV Liidule kosmoseuuringute meistritiitli ja panid aluse Venemaa tulevasele juhtpositsioonile mehitatud kosmoseuuringute vallas.
Vedelkütusemootori moderniseerimisega sai selgeks, et joa teoreetiline maksimaalne kiirus ei tohi ületada 5 km/s. Sellest võib piisata Maa-lähedase kosmose uurimiseks, kuid lennud teistele planeetidele ja veelgi enamatele tähtedele jäävad inimkonna jaoks teostamatuks unistuseks. Selle tulemusena hakkasid juba eelmise sajandi keskel ilmuma alternatiivsete (mittekeemiliste) rakettmootorite projektid. Kõige populaarsemad ja paljutõotavamad olid tuumareaktsioonide energiat kasutavad rajatised. Esimesi tuumaruumimootorite (NRE) katsenäidiseid Nõukogude Liidus ja USA-s katsetati 1970. aastal. Pärast Tšernobõli katastroofi aga avalikkuse survel töö selles valdkonnas peatati (NSV Liidus 1988. aastal, USA-s alates 1994. aastast).
Tuumaelektrijaamade toimimine põhineb samadel põhimõtetel kui termokeemilistel. Ainus erinevus seisneb selles, et töövedeliku kuumutamine toimub tuumakütuse lagunemise või sulandumise energia abil. Selliste mootorite energiatõhusus on palju kõrgem kui keemilistel. Näiteks 1 kg parima kütuse (berülliumi ja hapniku segu) vabanev energia on 3 × 107 J, samas kui Po210 polooniumi isotoopide puhul on see väärtus 5 × 1011 J.
Tuumamootoris vabanevat energiat saab kasutada mitmel viisil:
läbi düüside eralduva töövedeliku kuumutamine, nagu traditsioonilises rakettmootoris, pärast selle muundamist elektriliseks, ioniseerides ja kiirendades töövedeliku osakesi, tekitades impulsi otse lõhustumis- või sulamisproduktide kaudu. Isegi tavaline vesi võib toimida töövedelik, kuid alkoholi kasutamine on palju tõhusam, ammoniaak või vedel vesinik. Sõltuvalt reaktori kütuse agregatsiooni olekust jagatakse tuumarakettmootorid tahkeks, vedelaks ja gaasifaasiks. Kõige arenenum tahkefaasilise lõhustumisreaktoriga NRE, mis kasutab kütusena tuumaelektrijaamades kasutatavaid kütusevardaid (kütuseelemente). Esimene selline mootor Ameerika projekti Nerva raames läbis maapealsed katsetused 1966. aastal, olles töötanud umbes kaks tundi.
Disaini omadused
Iga tuumaruumi mootori keskmes on reaktor, mis koosneb aktiivsest tsoonist ja elektrihoonesse paigutatud berülliumreflektorist. Just aktiivses tsoonis toimub põleva aine aatomite lõhustumine, reeglina uraan U238, mis on rikastatud U235 isotoopidega. Tuuma lagunemisprotsessile teatud omaduste andmiseks asuvad siin ka moderaatorid - tulekindel volfram või molübdeen. Kui moderaator sisaldub kütuseelementide koostises, nimetatakse reaktorit homogeenseks ja eraldi paigutamisel heterogeenseks. Tuumamootor sisaldab ka töövedeliku etteandeseadet, juhtseadiseid, varjukiirguskaitset ja otsikut. Reaktori konstruktsioonielemente ja komponente, millel on suur soojuskoormus, jahutatakse töövedelikuga, mis seejärel süstitakse turbopumba abil kütusesõlmedesse. Siin soojendatakse seda peaaegu 3000˚С-ni. Läbi düüsi väljudes tekitab töövedelik joa tõukejõu.
Tüüpilised reaktori juhtseadised on neutroneid neelavast ainest (boor või kaadmium) valmistatud juhtvardad ja pöörlevad trumlid. Vardad asetatakse otse südamikusse või reflektori spetsiaalsetesse niššidesse ja pöörlevad trumlid asetatakse reaktori perifeeriasse. Varraste liigutamise või trumlite pööramisega muudetakse lõhustuvate tuumade arvu ajaühikus, reguleerides reaktori energia vabanemise taset ja sellest tulenevalt ka selle soojusvõimsust.
Kõigile elusolenditele ohtliku neutron- ja gammakiirguse intensiivsuse vähendamiseks paigutatakse elektrihoonesse primaarreaktori kaitse elemendid.
Tõhususe parandamine
Vedelfaasiline tuumamootor on põhimõttelt ja seadmelt sarnane tahkefaasilistega, kuid kütuse vedel olek võimaldab tõsta reaktsiooni temperatuuri ja sellest tulenevalt ka jõuallika tõukejõudu. Seega kui keemiaüksuste (LTE ja tahkekütuse rakettmootorite) puhul on maksimaalne eriimpulss (joa plahvatuse kiirus) 5420 m/s, tahkefaasilise tuuma ja 10 000 m/s puhul on see piirist kaugel, siis see gaasifaasi NRE indikaator jääb vahemikku 30 000–50 000 m/s.
Gaasifaasi tuumamootorite projekte on kahte tüüpi:
Avatud tsükkel, mille käigus toimub plasmapilve sees elektromagnetväljas hoitavast töövedelikust tuumareaktsioon, mis neelab kogu tekkiva soojuse. Temperatuur võib ulatuda mitmekümne tuhande kraadini. Sel juhul ümbritseb aktiivset piirkonda kuumuskindel aine (näiteks kvarts) - tuumalamp, mis edastab vabalt kiirgusenergiat. Teist tüüpi seadmetes piirab reaktsioonitemperatuuri kiirguse sulamistemperatuur. pirni materjal. Samal ajal tuumaruumimootori energiatõhusus mõnevõrra langeb (eriimpulss kuni 15 000 m/s), kuid kasutegur ja kiirgusohutus suurenevad.
Praktilised saavutused
Formaalselt peetakse aatomielektrijaama leiutajaks Ameerika teadlast ja füüsikut Richard Feynmani. Laiaulatuslik töö kosmoselaevade tuumamootorite arendamiseks ja loomiseks Roveri programmi raames anti Los Alamose uurimiskeskuses (USA) 1955. aastal. Ameerika leiutajad eelistasid homogeense tuumareaktoriga tehaseid. Esimene Kiwi-A eksperimentaalne proov pandi kokku Albuquerque'i (New Mexico, USA) aatomikeskuse tehases ja seda testiti 1959. aastal. Reaktor asetati vertikaalselt alusele, otsik üleval. Katsete käigus paiskus kuumutatud kasutatud vesiniku juga otse atmosfääri. Ja kuigi rektor töötas väikese võimsusega vaid umbes 5 minutit, inspireeris edu arendajaid.
Nõukogude Liidus andis sellisteks uuringuteks võimsa tõuke 1959. aastal Aatomienergia Instituudis toimunud "kolme suure K" kohtumine - looja aatompomm I. V. Kurchatov, Vene kosmonautika peateoreetik M. V. Keldõš ja Nõukogude rakettide üldkonstruktor S. P. Korolev. Erinevalt Ameerika mudelist oli Himavtomatika assotsiatsiooni (Voronež) projekteerimisbüroos välja töötatud Nõukogude mootoril RD-0410 heterogeenne reaktor. tulekatsed toimus Semipalatinski linna lähistel õppeväljakul 1978. aastal.
Väärib märkimist, et teoreetilisi projekte tehti päris palju, kuid praktilise teostuseni asi ei jõudnudki. Selle põhjuseks olid tohutu hulga probleemide olemasolu materjaliteaduses, inim- ja rahaliste ressursside nappus.
Märkuseks: oluline praktiline saavutus oli tuumamootoriga lennukite lennukatsetuste läbiviimine. NSV Liidus oli kõige lootustandvam eksperimentaalne strateegiline pommitaja Tu-95LAL, USA-s B-36.
Orion Project või Pulse NRE-d
Lendudeks kosmoses pakkus impulss-tuumamootorit esmakordselt kasutusele 1945. aastal Poola päritolu Ameerika matemaatik Stanislav Ulam. Järgmisel kümnendil töötasid idee välja ja viimistlesid T. Taylor ja F. Dyson. Põhimõte on see, et raketi põhjas asuvast tõukeplatvormist mõnel kaugusel lõhkanud väikeste tuumalaengute energia annab sellele suure kiirenduse.
1958. aastal alanud Orioni projekti käigus plaaniti just sellise mootoriga varustada rakett, mis suudab inimesi Marsi pinnale või Jupiteri orbiidile toimetada. Esikuruumis paiknevat meeskonda kaitseks hiiglaslike kiirenduste kahjustava mõju eest summutusseade. Detailse inseneritöö tulemuseks olid laeva suuremahulise mudeli marsskatsetused lennu stabiilsuse uurimiseks (tuumalaengute asemel kasutati tavalisi lõhkeaineid). Kõrge hinna tõttu suleti projekt 1965. aastal.
Sarnaseid ideid "lõhkeaine" loomiseks väljendas 1961. aasta juulis Nõukogude akadeemik A. Sahharov. Laeva orbiidile viimiseks tegi teadlane ettepaneku kasutada tavapäraseid vedelkütusemootoreid.
Alternatiivsed projektid
Suurepärane summa projektid ei ole teoreetilisest uurimistööst kaugemale jõudnud. Nende hulgas oli palju originaalseid ja paljulubavaid. Kinnitus on lõhustuvatel fragmentidel põhineva tuumaelektrijaama idee. Selle mootori konstruktsiooniomadused ja paigutus võimaldavad ilma töövedelikuta hakkama saada. Jugavool, mis tagab vajalikud tõukejõu omadused, moodustatakse kasutatud tuumamaterjalist. Reaktor põhineb alakriitilise tuumamassiga pöörlevatel ketastel (aatomite lõhustumistegur on väiksem kui üks). Aktiivses tsoonis asuvas ketta sektoris pöörlemisel käivitatakse ahelreaktsioon ja lagunevad suure energiaga aatomid suunatakse mootori otsikusse, moodustades juga. Ellujäänud terved aatomid osalevad reaktsioonis kütuseketta järgmistel pööretel.
Maalähedases ruumis teatud ülesandeid täitvate laevade tuumamootori projektid RTG-de (radioisotooptermoelektriliste generaatorite) baasil on üsna töökindlad, kuid planeetidevaheliste ja veelgi enam tähtedevaheliste lendude jaoks pole sellised paigaldised kuigi paljutõotavad.
Tuumasünteesimootoritel on tohutu potentsiaal. Juba praeguses teaduse ja tehnika arengujärgus on täiesti teostatav impulssinstallatsioon, mille puhul sarnaselt Orioni projektiga lõhatakse raketi põhja all termotuumalaengud. Paljud eksperdid peavad juhitava tuumasünteesi rakendamist aga lähituleviku küsimuseks.
YARDi eelised ja puudused
Tuumamootorite kosmoselaevade jõuallikana kasutamise vaieldamatud eelised hõlmavad nende kõrget energiatõhusust, mis tagab kõrge eriimpulsi ja hea veojõu (vaakumis kuni tuhat tonni), muljetavaldava energiavaru autonoomse töö ajal. Praegune teaduse ja tehnoloogia arengu tase võimaldab tagada sellise paigaldise võrdleva kompaktsuse.
NRE peamiseks puuduseks, mis põhjustas projekteerimis- ja uurimistööde piiramise, on kõrge kiirgusoht. Seda eriti maapealsete tulekatsetuste tegemisel, mille tulemusena võivad koos töövedelikuga atmosfääri sattuda radioaktiivsed gaasid, uraani ja selle isotoopide ühendid ning läbitungiva kiirguse hävitav toime. Samadel põhjustel on vastuvõetamatu tuumamootoriga varustatud kosmoselaeva startimine otse Maa pinnalt.
Olevik ja tulevik
Venemaa Teaduste Akadeemia akadeemik, Keldõši keskuse peadirektor Anatoli Korotejev kinnitas, et Venemaal luuakse lähiajal põhimõtteliselt uut tüüpi tuumamootor. Lähenemise olemus seisneb selles, et kosmosereaktori energiat ei suunata mitte töövedeliku otsesele kuumutamisele ja jugavoolu moodustamisele, vaid elektri tootmisele. Käituri roll paigalduses on omistatud plasmamootorile, mille eritõukejõud on 20 korda suurem kui praegu olemasolevate keemiarakettsõidukite tõukejõud. Projekti juhtettevõte on riikliku korporatsiooni "Rosatom" JSC "NIKIET" (Moskva) allüksus.
Täismahulised makettide testid läbisid edukalt 2015. aastal MTÜ Mashinostroeniya (Reutov) baasil. Tuumajaama lennuprojekti katsetuste alguskuupäevaks on nimetatud selle aasta november. Kõige olulisemaid elemente ja süsteeme tuleb testida, sealhulgas ISSi pardal.
Uue Venemaa tuumamootori töö toimub suletud tsüklis, mis välistab täielikult radioaktiivsed ainedümbritsevasse ruumi. Elektrijaama põhielementide mass ja üldised omadused tagavad selle kasutamise olemasolevate kodumaiste Protoni ja Angara kanderakettidega.
Hoiduge paljude tähtede eest.
Venemaal asuva tuumaelektrijaamaga (NPP) kosmoselaeva lennumudel on kavas luua 2025. aastaks. Vastav töö sisaldub föderaalse kosmoseprogrammi 2016–2025 eelnõus (FKP-25), mille Roscosmos saatis ministeeriumidele kooskõlastamiseks.
Tuumaenergiasüsteeme peetakse suuremahuliste planeetidevaheliste ekspeditsioonide kavandamisel peamisteks paljulubavateks energiaallikateks kosmoses. Tulevikus suudavad tuumaelektrijaamad, mida praegu arendavad Rosatomi ettevõtted, tulevikus kosmoses megavatti võimsust pakkuda.
Kõik tööd tuumaelektrijaamade rajamisel kulgevad vastavalt kavandatud tähtaegadele. Võime suure kindlusega öelda, et töö valmib õigeaegselt, mis on ette nähtud sihtprogrammis,“ ütleb riigikorporatsiooni Rosatom kommunikatsiooniosakonna projektijuht Andrei Ivanov.
Hiljuti on projekti raames läbitud kaks olulist etappi: on loodud unikaalne kütuseelemendi disain, mis tagab töövõime kõrgetel temperatuuridel, suurte temperatuurigradientide ja suure doosiga kiiritamisel. Edukalt on lõppenud ka tulevase kosmosejõuseadme reaktorimahu tehnoloogilised katsetused. Nende testide raames pandi kere surve alla ja tehti 3D-mõõtmised mitteväärismetalli, ümbermõõtkeevituse ja koonuse ülemineku piirkondades.
Tööpõhimõte. Loomise ajalugu.
Kosmoses kasutatava tuumareaktori puhul pole põhimõttelisi raskusi. Ajavahemikul 1962–1993 kogunes meie riigis rikkalik kogemus sarnaste seadmete tootmisel. Sarnast tööd tehti ka USA-s. Alates 1960. aastate algusest on maailmas välja töötatud mitut tüüpi elektrilisi tõukemootoreid: ioon, statsionaarne plasma, anoodkihtmootor, impulssplasmamootor, magnetoplasma, magnetoplasmodünaamiline.
NSV Liidus ja USA-s tehti eelmisel sajandil aktiivselt tööd kosmoseaparaatide tuumamootorite loomisel: ameeriklased lõpetasid projekti 1994. aastal, NSV Liit - 1988. aastal. Tööde sulgemisele aitas suuresti kaasa negatiivselt mõjunud Tšernobõli katastroof avalik arvamus seoses tuumaenergia kasutamisega. Lisaks ei tehtud kosmose tuumarajatiste katseid alati regulaarselt: 1978. aastal sisenes Nõukogude satelliit Kosmos-954 atmosfääri ja lagunes, hajutades tuhandeid radioaktiivseid fragmente 100 tuhande ruutmeetri suurusele alale. km Loode-Kanadas. Nõukogude Liit maksis Kanadale rahalist hüvitist enam kui 10 miljoni dollari ulatuses.
1988. aasta mais tegid kaks organisatsiooni – Ameerika teadlaste föderatsioon ja tuumaohuvastase rahu eest vastutav nõukogude teadlaste komitee – ühise ettepaneku tuumaenergia kasutamine kosmoses keelata. Sellel ettepanekul ei olnud formaalseid tagajärgi, kuid sellest ajast peale pole ükski riik tuumaelektrijaamadega kosmoseaparaate saatnud.
Projekti suurteks eelisteks on praktiliselt olulised tööomadused - pikk kasutusiga (10 aastat kasutust), märkimisväärne kapitaalremondi intervall ja pikk tööaeg ühel lülitil.
2010. aastal koostati projekti tehnilised ettepanekud. Disain algas sel aastal.
Tuumajaamas on kolm põhiseadet: 1) reaktorjaam töövedeliku ja abiseadmetega (soojusvaheti-rekuperaator ja turbogeneraator-kompressor); 2) elektriraketi tõukejõusüsteem; 3) külmik-emitter.
Reaktor.
Füüsikalisest vaatenurgast on see kompaktne gaasjahutusega kiirneutronreaktor.
Kütusena kasutatakse uraani ühendit (dioksiid või karbonitriid), kuid kuna konstruktsioon peab olema väga kompaktne, on uraani isotoobis 235 suurem rikastus kui tavaliste (tsiviil) tuumaelektrijaamade kütusevarrastes, võib-olla üle 20%. Ja nende kest on molübdeenil põhinev tulekindlate metallide monokristalliline sulam.
See kütus peab töötama väga kõrgetel temperatuuridel. Seetõttu oli vaja valida materjalid, mis suudaksid piirata temperatuuriga seotud negatiivseid tegureid ja võimaldada samal ajal kütusel täita oma põhifunktsiooni - soojendada gaasi jahutusvedelikku, mida kasutatakse elektri tootmiseks.
Külmkapp.
Gaasijahutus tuumarajatise töötamise ajal on hädavajalik. Kuidas soojust hajutada avatud ruum? Ainus võimalus on kiirgusjahutus. Kuumutatud pind tühimikus jahutatakse, kiirgab elektromagnetlained laias valikus, sealhulgas nähtav valgus. Projekti ainulaadsus seisneb spetsiaalse jahutusvedeliku - heelium-ksenooni segu kasutamises. Paigaldus tagab kõrge efektiivsuse.
Mootor.
Ioonmootori tööpõhimõte on järgmine. Gaaslahenduskambris luuakse anoodide ja magnetväljas paikneva katoodploki abil haruldane plasma. Töövedeliku (ksenoon või muu aine) ioonid "tõmmatakse" sellest emissioonielektroodi abil ja kiirendatakse selle ja kiirenduselektroodi vahelises pilus.
Plaani elluviimiseks lubati perioodil 2010–2018 17 miljardit rubla. Nendest vahenditest oli 7,245 miljardit rubla ette nähtud riiklikule korporatsioonile Rosatom reaktori enda ehitamiseks. Muu 3,955 miljardit - FSUE "Keldyshi keskus" tuumajõujaama loomiseks. Veel 5,8 miljardit rubla läheb RSC Energiale, kus tuleb sama aja jooksul kujundada kogu transpordi- ja energiamooduli tööpilt.
Plaanide kohaselt valmib 2017. aasta lõpuks tuumaelektrijaam transpordi- ja energiamooduli (planetidevahelise lennu moodul) valmimiseks. 2018. aasta lõpuks on tuumajaam valmis lennudisaini katseteks. Projekti rahastatakse föderaaleelarvest.
Pole saladus, et tuumarakettmootorite loomisega alustati USA-s ja NSV Liidus juba eelmise sajandi 60ndatel. Kui kaugele nad on jõudnud? Ja milliste väljakutsetega te sellel teel kokku puutusite?
Anatoli Korotejev: Tõepoolest, 1960ndatel ja 70ndatel alustati siin ja USA-s tööd tuumaenergia kasutamisega kosmoses ja seda tehti aktiivselt.
Esialgu oli ülesandeks luua rakettmootorid, mis selle asemel keemiline energia kütuse ja oksüdeerija põletamisel kasutataks vesiniku kuumutamist temperatuurini umbes 3000 kraadi. Aga selgus, et nii otsene tee on siiski ebaefektiivne. Saame lühikeseks ajaks suure tõukejõu, kuid samal ajal viskame välja joa, mis reaktori ebanormaalse töö korral võib osutuda radioaktiivselt saastunuks.
Omajagu kogemusi saadi, aga ei meie ega ameeriklased ei suutnud siis töökindlaid mootoreid luua. Nad töötasid, kuid mitte piisavalt, sest vesiniku kuumutamine 3000 kraadini tuumareaktoris on tõsine ülesanne. Ja pealegi tekkis selliste mootorite maapealsete katsete ajal keskkonnaprobleeme, kuna atmosfääri paisati radioaktiivsed joad. See pole enam saladus sarnased teosed viidi läbi spetsiaalselt ettevalmistatud seadmel tuumakatsetused Semipalatinski katseala, mis jäi Kasahstani.
See tähendab, et kaks parameetrit osutusid kriitiliseks - keelatud temperatuur ja kiirgusemissioon?
Anatoli Korotejev: Üldiselt jah. Nendel ja mõnel muul põhjusel lõpetati või peatati töö meie riigis ja USA-s – seda saab hinnata erinevalt. Ja nende taasalustamine nii, ma ütleks, frontaalselt, et teha tuumamootor koos kõigi juba mainitud puudustega, tundus meile ebamõistlik. Oleme pakkunud välja hoopis teistsuguse lähenemise. See erineb vanast samamoodi, nagu hübriidauto erineb tavapärasest. Tavaautol keerab mootor rattaid, hübriidautodel tekib mootorist elekter ja see elekter keerab rattaid. See tähendab, et luuakse teatud vahepealne elektrijaam.
Seega pakkusime välja skeemi, mille kohaselt kosmosereaktor ei soojenda sealt välja paiskuvat juga, vaid toodab elektrit. Reaktorist tulev kuum gaas pöörab turbiini, turbiin elektrigeneraatorit ja kompressorit, mis ringleb töövedelikku suletud ringis. Seevastu generaator toodab elektrit plasmamootori jaoks, mille spetsiifiline tõukejõud on 20 korda suurem kui keemilistel kolleegidel.
Nutikas skeem. Sisuliselt on see kosmoses asuv mini-tuumajaam. Ja millised on selle eelised reaktiivmootoriga tuumamootori ees?
Anatoli Korotejev: Peaasi, et uuest mootorist väljuv joa ei oleks radioaktiivne, kuna reaktorit läbib täiesti erinev töövedelik, mis on suletud ahelas.
Lisaks ei pea me selle skeemi abil vesinikku kuumutama äärmuslike väärtusteni: reaktoris ringleb inertne töövedelik, mis soojeneb kuni 1500 kraadini. Lihtsustame oma ülesannet tõsiselt. Selle tulemusena tõstame spetsiifilist tõukejõudu mitte kaks korda, vaid 20 korda võrreldes keemiamootoritega.
Oluline on ka teine asi: pole vaja keerulisi täismahus teste, milleks on vaja endise Semipalatinski katseobjekti infrastruktuuri, eelkõige Kurtšatovi linna jäänud pingibaasi.
Meie puhul saab kõik vajalikud katsetused läbi viia Venemaa territooriumil, sekkumata pikkadesse rahvusvahelistesse läbirääkimistesse tuumaenergia kasutamise üle väljaspool meie riiki.
Kas sarnaseid töid tehakse ka teistes riikides?
Anatoli Korotejev: Kohtusin NASA asejuhiga, arutasime kosmose tuumaenergiaga tegelema naasmisega seotud küsimusi ja ta ütles, et ameeriklased näitavad selle vastu suurt huvi.
Täiesti võimalik, et ka Hiina suudab omapoolse aktiivse tegevusega vastata, seega tuleb kiiresti tegutseda. Ja mitte ainult selleks, et kellestki poole sammu võrra ette jõuda.
Peame töötama kiiresti, ennekõike selleks, et tekkivas rahvusvahelises koostöös, mis de facto on kujunemas, näeksime väärilised välja.
Ma ei välista, et lähiajal võidakse algatada rahvusvaheline tuumaelektrijaama programm, mis sarnaneb praegu rakendatavale juhitava termotuumasünteesi programmile.
Laadimine...
