Kodolraķešu dzinēji. Atomu kosmosa dzinējs
Aleksandrs Losevs
Raķešu un kosmosa tehnoloģiju straujo attīstību 20. gadsimtā noteica abu lielvaru – PSRS un ASV – militāri stratēģiskie, politiskie un zināmā mērā arī ideoloģiskie mērķi un intereses, un visas valsts kosmosa programmas bija 20. gs. savu militāro projektu turpināšanu, kur galvenais uzdevums bija nodrošināt aizsardzības spējas un stratēģisko paritāti ar potenciālo pretinieku. Iekārtu izveides izmaksām un ekspluatācijas izmaksām toreiz nebija būtiskas nozīmes. Nesējraķešu un kosmosa kuģu izveidei tika atvēlēti milzīgi resursi, un Jurija Gagarina 108 minūšu lidojums 1961. gadā un Nīla Ārmstronga un Buza Oldrina televīzijas pārraide no Mēness virsmas 1969. gadā nebija tikai zinātnes un tehnikas triumfi. domāja, ka tās tika uzskatītas arī par stratēģiskām uzvarām aukstā kara kaujās.
Bet pēc tam, kad Padomju Savienība sabruka un izstājās no sacensībām par pasaules līdera lomu, tās ģeopolitiskajiem pretiniekiem, galvenokārt ASV, vairs nevajadzēja īstenot prestižus, bet ārkārtīgi dārgus kosmosa projektus, lai pierādītu visai pasaulei Rietumu pārākumu. ekonomiskā sistēma un ideoloģiskās koncepcijas.
90. gados pēdējo gadu galvenie politiskie uzdevumi zaudēja savu aktualitāti, bloku konfrontāciju nomainīja globalizācija, pasaulē valdīja pragmatisms, tāpēc lielākā daļa kosmosa programmu tika ierobežotas vai atliktas, no vērienīgajiem projektiem palika tikai SKS. pagātne. Turklāt Rietumu demokrātija visas dārgās valsts programmas ir padarījusi atkarīgas no vēlēšanu cikliem.
Vēlētāju atbalsts, kas nepieciešams, lai iegūtu vai paliktu pie varas, liek politiķiem, parlamentiem un valdībām sliecas uz populismu un tūlītēju problēmu risināšanu, tāpēc izdevumi kosmosa izpētei katru gadu tiek samazināti.
Lielākā daļa fundamentālo atklājumu tika veikti divdesmitā gadsimta pirmajā pusē, un mūsdienās zinātne un tehnika ir sasniegušas zināmas robežas, turklāt visā pasaulē ir samazinājusies zinātnes atziņu popularitāte, un matemātikas, fizikas un mācībspēku mācību kvalitāte. citas dabaszinātnes ir pasliktinājušās. Tas bija iemesls pēdējo divu desmitgažu stagnācijai, tostarp kosmosa nozarē.
Taču tagad kļūst acīmredzams, ka pasaule tuvojas nākamā tehnoloģiskā cikla beigām, pamatojoties uz pagājušā gadsimta atklājumiem. Tāpēc jebkura vara, kurai globālās tehnoloģiskās kārtības maiņas brīdī būs principiāli jaunas perspektīvas tehnoloģijas, automātiski nodrošinās pasaules līderpozīcijas vismaz nākamajiem piecdesmit gadiem.
Kodolraķešu dzinēja galvenā ierīce ar ūdeņradi kā darba šķidrumu
Tas tiek realizēts ASV, kur ir uzņemts kurss, lai atdzīvinātu Amerikas diženumu visās darbības sfērās, un Ķīnā, kas izaicina Amerikas hegemoniju, un Eiropas Savienībā, kas ar visiem spēkiem cenšas saglabāt savu svaru. globālā ekonomika.
Pastāv rūpniecības politiku un ir nopietni iesaistīti sava zinātniskā, tehniskā un ražošanas potenciāla attīstībā, un kosmosa sfēra var kļūt par labāko izmēģinājumu poligonu jaunu tehnoloģiju izstrādei un zinātnisku hipotēžu pierādīšanai vai atspēkošanai, kas var likt pamatu fundamentāli atšķirīgas, vairāk progresīvās nākotnes tehnoloģijas.
Un ir gluži dabiski sagaidīt, ka ASV būs pirmā valsts, kurā tiks atsākti dziļās kosmosa izpētes projekti, lai radītu unikālus inovatīvas tehnoloģijas gan ieroču, transporta un konstrukciju materiālu jomā, gan biomedicīnā un telekomunikāciju jomā
Tiesa, pat ASV nav garantēti panākumi ceļā uz revolucionāru tehnoloģiju radīšanu. Pastāv liels risks nonākt strupceļā, uzlaboties raķešu dzinēji pirms pusgadsimta, pamatojoties uz ķīmisko degvielu, kā to dara Elona Muska SpaceX, vai radot dzīvības uzturēšanas sistēmas ilgam lidojumam, kas ir līdzīgas tām, kas jau tika ieviestas SKS.
Vai Krievija, kuras stagnācija kosmosa sektorā ar katru gadu kļūst arvien pamanāmāka, var veikt izrāvienu sacīkstēs par nākotnes tehnoloģisko vadību, lai paliktu lielvaru klubā, nevis attīstības valstu sarakstā?
Jā, protams, Krievija var, turklāt kodolenerģijas un kodolraķešu dzinēju tehnoloģijās jau ir sperts būtisks solis uz priekšu, neskatoties uz hronisko kosmosa industrijas nepietiekamo finansējumu.
Astronautikas nākotne ir kodolenerģijas izmantošana. Lai saprastu, kā kodoltehnoloģijas un kosmoss ir saistītas, ir jāapsver reaktīvās piedziņas pamatprincipi.
Tātad galvenie mūsdienu kosmosa dzinēju veidi ir izveidoti pēc ķīmiskās enerģijas principiem. Tie ir cietās degvielas pastiprinātāji un šķidrās degvielas raķešu dzinēji, kuru sadegšanas kamerās degvielas komponenti (degviela un oksidētājs), nonākot eksotermiskā fizikāli ķīmiskā sadegšanas reakcijā, veido strūklas plūsmu, kas no dzinēja sprauslas izspiež tonnas vielas. katru sekundi. Strūklas darba šķidruma kinētiskā enerģija tiek pārveidota par reaktīvo spēku, kas ir pietiekams, lai virzītu raķeti. Šādu ķīmisko dzinēju īpašais impulss (saražotās vilces un izmantotās degvielas masas attiecība) ir atkarīgs no degvielas sastāvdaļām, spiediena un temperatūras sadegšanas kamerā, kā arī gāzveida maisījuma molekulmasas, kas tiek izvadīts caur dzinēja sprauslu.
Un jo augstāka ir vielas temperatūra un spiediens sadegšanas kamerā, un jo mazāka ir gāzes molekulmasa, jo lielāks ir īpašais impulss un līdz ar to arī dzinēja efektivitāte. Specifiskais impulss ir kustības apjoms, un to pieņemts mērīt metros sekundē, kā arī ātrumu.
Ķīmiskajos dzinējos vislielāko īpatnējo impulsu dod degvielas maisījumi skābeklis-ūdeņradis un fluors-ūdeņradis (4500–4700 m/s), bet ar petroleju un skābekli darbināmi raķešu dzinēji, piemēram, Sojuz un raķetes "Falcon" Mask, kā arī dzinēji. uz asimetrisko dimetilhidrazīnu (UDMH) ar oksidētāju slāpekļa tetroksīda un slāpekļskābes maisījuma veidā (padomju un krievu "Proton", franču "Arian", amerikāņu "Titan"). To efektivitāte ir 1,5 reizes zemāka nekā ar ūdeņradi darbināmiem dzinējiem, taču ar 3000 m/s impulsu un jaudu ir pilnīgi pietiekami, lai būtu ekonomiski izdevīgi palaist tonnu kravnesību tuvās Zemes orbītās.
Taču lidojumiem uz citām planētām ir nepieciešams daudz lielāks kosmosa kuģis nekā jebkas cits, ko cilvēce ir radījusi iepriekš, ieskaitot modulāro SKS. Šajos kuģos ir nepieciešams nodrošināt ilgtermiņa autonoma eksistence apkalpes, kā arī noteikts degvielas daudzums un galveno dzinēju un dzinēju kalpošanas laiks manevriem un orbītas korekcijai, nodrošina astronautu nogādāšanu īpašā nosēšanās modulī uz citas planētas virsmu un atgriešanos uz galvenā transporta kuģa, un tad ekspedīcijas atgriešanās uz Zemi.
Uzkrātās inženiertehniskās zināšanas un dzinēju ķīmiskā enerģija ļauj atgriezties uz Mēness un sasniegt Marsu, tāpēc ļoti iespējams, ka tuvākajā desmitgadē cilvēce apmeklēs Sarkano planētu.
Ja paļaujamies tikai uz pieejamām kosmosa tehnoloģijām, tad apdzīvojama moduļa minimālā masa pilotējamam lidojumam uz Marsu vai Jupitera un Saturna pavadoņiem būs aptuveni 90 tonnas, kas ir 3 reizes vairāk nekā 70. gadu sākuma Mēness kuģiem. , kas nozīmē, ka nesējraķetes ievietošanai atsauces orbītās tālākam lidojumam uz Marsu būs daudz pārākas par Apollo mēness projekta Saturn-5 (palaišanas svars 2965 tonnas) vai padomju nesējraķeti Energia (palaišanas svars 2400 tonnas). Būs nepieciešams orbītā izveidot starpplanētu kompleksu, kas sver līdz 500 tonnām. Lidojums uz starpplanētu kuģa ar ķīmisko raķešu dzinējiem prasīs no 8 mēnešiem līdz 1 gadam tikai vienā virzienā, jo būs jāveic gravitācijas manevri, izmantojot planētu gravitācijas spēku kuģa papildu paātrinājumam, un milzīgs degvielas krājums.
Bet, izmantojot raķešu dzinēju ķīmisko enerģiju, cilvēce nelidos tālāk par Marsa vai Veneras orbītu. Mums ir vajadzīgi citi kosmosa kuģu lidojuma ātrumi un cita jaudīgāka kustības enerģija.
Mūsdienu kodolraķešu dzinēju projekts Princeton Satellite Systems
Lai izpētītu dziļo telpu, ir būtiski jāpalielina raķešu dzinēja vilces un svara attiecība un efektivitāte, kas nozīmē, ka jāpalielina tā specifiskais impulss un kalpošanas laiks. Un šim nolūkam ir nepieciešams uzsildīt gāzi vai darba šķidruma vielu ar zemu temperatūru motora kamerā. atomu masa līdz temperatūrai, kas vairākas reizes pārsniedz tradicionālo degvielas maisījumu ķīmiskās sadegšanas temperatūru, un to var izdarīt, izmantojot kodolreakciju.
Ja parastās sadegšanas kameras vietā raķešu dzinējā ievieto kodolreaktoru, kura aktīvajā zonā tiek ievadīta viela šķidrā vai gāzveida formā, tad tā, uzkarstot augstā spiedienā līdz vairākiem tūkstošiem grādu, sāk izmest caur sprauslas kanālu, radot strūklas vilce. Šāda kodolreaktīvā dzinēja specifiskais impulss būs vairākas reizes lielāks nekā parastajam uz ķīmisko komponentu bāzes, kas nozīmē, ka gan paša dzinēja, gan nesējraķetes efektivitāte kopumā pieaugs daudzkārt. Šajā gadījumā oksidētājs degvielas sadedzināšanai nav nepieciešams, un vieglo ūdeņraža gāzi var izmantot kā vielu, kas rada strūklas vilci, taču mēs zinām, ka jo mazāka ir gāzes molekulmasa, jo lielāks ir impulss, un tas ievērojami palielinās. samazināt raķetes masu ar labāku dzinēja jaudu.
Kodoldzinējs būtu labāks par parasto, jo reaktora zonā vieglo gāzi var uzkarsēt līdz temperatūrai, kas pārsniedz 9 tūkstošus Kelvina grādu, un šādas pārkarsētas gāzes strūkla nodrošinās daudz lielāku īpatnējo impulsu nekā parastie ķīmiskie dzinēji. var dot. Bet tas ir teorētiski.
Bīstamība nav pat tā, ka nesējraķetes palaišanas laikā ar šādu kodoliekārtu var rasties atmosfēras un telpas radioaktīvais piesārņojums ap palaišanas platformu, galvenā problēma ir tā, ka augstā temperatūrā pats dzinējs var izkust kopā ar kosmosa kuģi. . Dizaineri un inženieri to saprot un jau vairākus gadu desmitus ir mēģinājuši atrast piemērotus risinājumus.
Kodolraķešu dzinējiem (NRE) jau ir sava radīšanas un darbības vēsture kosmosā. Pirmā kodoldzinēju izstrāde sākās 1950. gadu vidū, tas ir, pat pirms pilotējamā kosmosa lidojuma un gandrīz vienlaikus PSRS un ASV, un pati ideja par kodolreaktoru izmantošanu raķetē esošās darba vielas sildīšanai. dzinējs radās kopā ar pirmajiem reaktoriem 40. gadu vidū, tas ir, vairāk nekā pirms 70 gadiem.
Mūsu valstī par NRE izveides iniciatoru kļuva siltumfiziķis Vitālijs Mihailovičs Ievļevs. 1947. gadā viņš prezentēja projektu, kuru atbalstīja S. P. Koroļovs, I. V. Kurčatovs un M. V. Keldišs. Sākotnēji tika plānots izmantot šādus dzinējus spārnotajām raķetēm un pēc tam ievietot ballistiskajās raķetēs. Izstrādi uzsāka Padomju Savienības vadošie aizsardzības projektēšanas biroji, kā arī pētniecības institūti NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Padomju kodoldzinēju RD-0410 60. gadu vidū montēja Voroņežas "Ķīmiskās automatizācijas dizaina birojs", kur tika radīta lielākā daļa kosmosa tehnoloģiju raķešu dzinēju ar šķidro kurināmo.
Kā darba šķidrums RD-0410 tika izmantots ūdeņradis, kas šķidrā veidā izgāja cauri "dzesēšanas apvalkam", noņemot lieko siltumu no sprauslas sieniņām un neļaujot tam izkust, un pēc tam iekļuva reaktora aktīvajā zonā, kur tas tika uzkarsēts. līdz 3000K un tiek izvadīts caur kanālu sprauslām, tādējādi pārvēršot siltumenerģiju kinētiskā enerģijā un radot specifisku impulsu 9100 m/s.
ASV NRE projekts tika uzsākts 1952. gadā, un pirmais darbojošais dzinējs tika izveidots 1966. gadā un tika nosaukts par NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). 60. – 70. gados Padomju Savienība un ASV centās viena otrai nepakļauties.
Tiesa, gan mūsu RD-0410, gan amerikāņu NERVA bija cietfāzes NRE (uz urāna karbīdiem balstīta kodoldegviela reaktorā atradās cietā stāvoklī), un to darba temperatūra bija 2300–3100K robežās.
Lai paaugstinātu aktīvās zonas temperatūru bez eksplozijas vai reaktora sienu kušanas riska, ir jārada apstākļi kodolreakcijai, kuras rezultātā degviela (urāns) pāriet gāzveida stāvoklī vai pārvēršas plazmā un tiek turēts reaktora iekšpusē spēcīga magnētiskā lauka dēļ, nepieskaroties sienām. Un tad ūdeņradis, kas nonāk reaktora aktīvā, “applūst” ap urānu gāzes fāzē un, pārvēršoties plazmā, tiek izvadīts caur sprauslas kanālu ļoti lielā ātrumā.
Šāda veida dzinēju sauc par gāzes fāzes YRD. Gāzveida urāna degvielas temperatūra šādos kodoldzinējos var svārstīties no 10 000 līdz 20 000 grādiem pēc Kelvina, un īpatnējais impulss var sasniegt 50 000 m/s, kas ir 11 reizes lielāks nekā efektīvākajiem ķīmiskajiem raķešu dzinējiem.
Visvairāk tiek radīta un izmantota kosmosa tehnoloģijā atvērta un slēgta tipa gāzes fāzes NRE daudzsološs virziens kosmosa raķešu dzinēju izstrāde un tieši tas, kas cilvēcei nepieciešams, lai izpētītu planētas Saules sistēma un viņu pavadoņi.
Pirmie pētījumi par gāzes fāzes NRE projektu sākās PSRS 1957. gadā Termisko procesu pētniecības institūtā (NRC nosaukts M. V. Keldiša vārdā), un tika pieņemts pats lēmums attīstīt atomelektrostacijas, kuru pamatā ir gāzes fāzes kodolreaktori. 1963. gadā akadēmiķis V. P. Gluško (NPO Energomash), un pēc tam apstiprināts ar PSKP Centrālās komitejas un PSRS Ministru padomes lēmumu.
Gāzes fāzes NRE izstrāde Padomju Savienībā tika veikta divus gadu desmitus, taču diemžēl tā netika pabeigta nepietiekamā finansējuma un papildu fundamentālo pētījumu nepieciešamības kodoldegvielas un ūdeņraža plazmas, neitronu termodinamikas jomā. fizika un magnetohidrodinamika.
Padomju kodolzinātnieki un projektēšanas inženieri saskārās ar vairākām problēmām, piemēram, kritiskuma sasniegšana un gāzes fāzes kodolreaktora darbības stabilitātes nodrošināšana, izkausētā urāna zudumu samazināšana līdz vairākiem tūkstošiem grādu uzkarsēta ūdeņraža izlaišanas laikā, termiskā aizsardzība. sprauslas un magnētiskā lauka ģeneratora, urāna skaldīšanās produktu uzkrāšanās, ķīmiski izturīgu konstrukcijas materiālu izvēle utt.
Un kad par Padomju programma Pirmā pilotētā lidojuma uz Marsu "Mars-94" sāka veidot nesējraķeti Energia, kodoldzinēja projekts tika atlikts uz nenoteiktu laiku. Padomju Savienībai nebija pietiekami daudz laika un, pats galvenais, politiskās gribas un ekonomiskās efektivitātes, lai 1994. gadā izkrautu mūsu kosmonautus uz planētas Marss. Tas būtu neapstrīdams sasniegums un mūsu vadošās pozīcijas pierādījums augstās tehnoloģijas dažu nākamo desmitgažu laikā. Taču kosmosu, tāpat kā daudzas citas lietas, nodeva pēdējā PSRS vadība. Vēsturi nevar mainīt, aizgājušos zinātniekus un inženierus nevar atgriezt, un zaudētās zināšanas nevar atjaunot. Daudz kas būs jārada no jauna.
Taču kosmosa kodolenerģija neaprobežojas tikai ar cietās un gāzes fāzes NRE sfēru. Lai reaktīvajā dzinējā izveidotu apsildāmu vielu plūsmu, varat izmantot elektroenerģiju. Šo ideju pirmo reizi izteica Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis tālajā 1903. gadā savā darbā "Pasaules telpu izpēte ar reaktīviem instrumentiem".
Un pirmo elektrotermisko raķešu dzinēju PSRS izveidoja 30. gados Valentīns Petrovičs Gluško, topošais PSRS Zinātņu akadēmijas akadēmiķis un NPO Energia vadītājs.
Elektrisko raķešu dzinēju darbības principi var būt dažādi. Tos parasti iedala četros veidos:
- elektrotermiskais (apkure vai elektriskā loka). Tajos gāze tiek uzkarsēta līdz 1000–5000 K temperatūrai un tiek izvadīta no sprauslas tāpat kā NRE.
- elektrostatiskie dzinēji (koloidālie un jonu), kuros vispirms tiek jonizēta darba viela, bet pēc tam pozitīvie joni (atomi, kuros nav elektronu) tiek paātrināti elektrostatiskā laukā un arī tiek izmesti caur sprauslas kanālu, radot strūklas vilci. Stacionārie plazmas dzinēji arī pieder pie elektrostatiskajiem dzinējiem.
- magnetoplazmas un magnetodinamiskie raķešu dzinēji. Tur gāzveida plazmu paātrina Ampēra spēks perpendikulāri krustojošos magnētiskajos un elektriskajos laukos.
- impulsa raķešu dzinēji, kas izmanto gāzu enerģiju, kas rodas, iztvaicējot darba šķidrumu elektriskā izlāde.
Šo elektrisko raķešu dzinēju priekšrocība ir zemais darba šķidruma patēriņš, efektivitāte līdz 60% un lielais daļiņu plūsmas ātrums, kas var būtiski samazināt kosmosa kuģa masu, taču ir arī mīnuss - zems vilces blīvums. , un attiecīgi maza jauda, kā arī augstās darba šķidruma izmaksas (inertās gāzes vai sārmu metālu tvaiki), lai izveidotu plazmu.
Visi uzskaitītie elektromotoru veidi ir ieviesti praksē un kopš 60. gadu vidus vairākkārt izmantoti kosmosā gan uz padomju, gan amerikāņu transportlīdzekļiem, taču zemās jaudas dēļ tos galvenokārt izmantoja kā orbītas korekcijas dzinējus.
No 1968. līdz 1988. gadam PSRS palaida veselu virkni Kosmos satelītu ar kodoliekārtām uz klāja. Reaktoru veidi tika nosaukti: "Buk", "Topaz" un "Jeņisejs".
Jeņisejas projekta reaktora siltuma jauda bija līdz 135 kW un elektriskā jauda aptuveni 5 kW. Siltuma nesējs bija nātrija-kālija kausējums. Šis projekts tika slēgts 1996. gadā.
Īstam raķešu motoram ir nepieciešams ļoti spēcīgs enerģijas avots. Un labākais enerģijas avots šādiem kosmosa dzinējiem ir kodolreaktors.
Kodolenerģija ir viena no augsto tehnoloģiju nozarēm, kurā mūsu valsts saglabā savas līderpozīcijas. Un Krievijā jau tiek radīts principiāli jauns raķešu dzinējs, un šis projekts ir tuvu veiksmīgai pabeigšanai 2018. gadā. Lidojumu pārbaudes ir paredzētas 2020. gadā.
Un, ja gāzes fāzes NRE ir nākamo gadu desmitu tēma, pie kuras mums būs jāatgriežas pēc fundamentālajiem pētījumiem, tad tās pašreizējā alternatīva ir megavatu klases atomelektrostacija (AES), un to jau ir radījuši uzņēmumi. Rosatom un Roscosmos kopš 2009. gada.
NPO Krasnaya Zvezda, kas šobrīd ir vienīgais kosmosa atomelektrostaciju izstrādātājs un ražotājs pasaulē, un Pētniecības centrs viņiem. M. V. Keldysh, NIKIET viņiem. N. A. Dollezhala, Pētniecības institūts NPO Luch, Kurchatov Institute, IRM, IPPE, NIIAR un NPO Mashinostroeniya.
Atomelektrostacija ietver augstas temperatūras gāzi dzesētu ātro neitronu kodolreaktoru ar turbomašīnas siltumenerģijas pārvēršanas sistēmu elektroenerģijā, ledusskapju-emitoru sistēmu liekā siltuma izvadīšanai kosmosā, instrumentu montāžas nodalījumu, soļojošo plazmas vai jonu elektromotoru bloks un konteiners lietderīgās kravas novietošanai.
Jaudas piedziņas sistēmā kodolreaktors kalpo kā elektrības avots elektrisko plazmas dzinēju darbībai, savukārt reaktora gāzes dzesēšanas šķidrums, kas iet cauri serdei, nonāk elektriskā ģeneratora un kompresora turbīnā un atgriežas reaktorā. slēgta cilpa un netiek izmesta kosmosā kā NRE, kas padara konstrukciju uzticamāku un drošāku un tāpēc piemērotu pilotētai astronautikai.
Plānots, ka atomelektrostacija tiks izmantota atkārtoti lietojamam kosmosa velkonim, lai nodrošinātu kravu piegādi Mēness izpētes vai daudzfunkcionālu orbitālo kompleksu izveides laikā. Priekšrocība būs ne tikai transporta sistēmas elementu atkārtota izmantošana (ko Elons Musks cenšas panākt savos SpaceX kosmosa projektos), bet arī iespēja nogādāt trīs reizes lielāku kravas masu nekā ar raķetēm ar ķīmiskiem reaktīvajiem dzinējiem. salīdzināma jauda, samazinot transporta sistēmas palaišanas masu. Instalācijas īpašais dizains padara to drošu cilvēkiem un videi uz Zemes.
2014. gadā OJSC Mashinostroitelny Zavod in Elektrostal tika samontēts pirmais standarta konstrukcijas degvielas elements (degvielas elements) šai kodolelektrostacijai, bet 2016. gadā tika pārbaudīts reaktora serdes groza simulators.
Šobrīd (2017. gadā) notiek darbs pie instalācijas konstruktīvo elementu izgatavošanas un detaļu un mezglu testēšanas uz maketiem, kā arī turbomašīnu enerģijas pārveidošanas sistēmu un spēka agregātu prototipu autonomās testēšanas. Darbu pabeigšana paredzēta nākamā 2018. gada beigās, tomēr kopš 2015. gada no grafika sāka uzkrāties nepabeigtais atlikums.
Tātad, tiklīdz šī instalācija tiks izveidota, Krievija kļūs par pirmo valsti pasaulē, kuras rīcībā būs kosmosa kodoltehnoloģijas, kas veidos pamatu ne tikai turpmākajiem Saules sistēmas attīstības projektiem, bet arī zemes un ārpuszemes enerģijai. Kosmosa atomelektrostacijas var izmantot, lai izveidotu sistēmas attālai elektroenerģijas pārvadīšanai uz Zemi vai kosmosa moduļiem, izmantojot elektromagnētiskā radiācija. Un šī arī kļūs par progresīvo nākotnes tehnoloģiju, kurā mūsu valstij būs vadošās pozīcijas.
Uz izstrādāto plazmas dzinēju bāzes tiks izveidotas jaudīgas piedziņas sistēmas cilvēku tālsatiksmes lidojumiem kosmosā un, pirmkārt, Marsa izpētei, kura orbītu var sasniegt tikai 1,5 mēnešu laikā un ne vairāk kā gadā, tāpat kā izmantojot parastos ķīmiskos reaktīvos dzinējus.
Un nākotne vienmēr sākas ar revolūciju enerģētikā. Un nekas cits. Enerģija ir primāra, un tieši enerģijas patēriņa apjoms ietekmē tehnisko progresu, aizsardzības spējas un cilvēku dzīves kvalitāti.
NASA eksperimentālais plazmas raķešu dzinējs
Padomju astrofiziķis Nikolajs Kardaševs 1964. gadā ierosināja civilizāciju attīstības mērogu. Saskaņā ar šo skalu civilizāciju tehnoloģiskās attīstības līmenis ir atkarīgs no enerģijas daudzuma, ko planētas iedzīvotāji izmanto savām vajadzībām. Tātad I tipa civilizācija izmanto visu pieejamie resursi pieejams uz planētas; II tipa civilizācija - saņem savas zvaigznes enerģiju, kuras sistēmā tā atrodas; un III tipa civilizācija izmanto savas galaktikas pieejamo enerģiju. Cilvēce vēl nav izaugusi līdz šāda mēroga I tipa civilizācijai. Mēs izmantojam tikai 0,16% no planētas Zeme kopējās potenciālās enerģijas. Tas nozīmē, ka Krievijai un visai pasaulei ir kur augt, un šīs kodoltehnoloģijas pavērs mūsu valstij ceļu ne tikai kosmosā, bet arī nākotnes ekonomiskajai labklājībai.
Un, iespējams, vienīgā iespēja Krievijai zinātnes un tehnikas jomā tagad ir veikt revolucionāru izrāvienu kodolieroču kosmosa tehnoloģijās, lai vienā “lēcienā” pārvarētu daudzus gadus atpalikušus no līderiem un nekavējoties atrastos pie jauna tehnoloģiskā revolūcija nākamajā cilvēces civilizācijas attīstības ciklā. Šāda unikāla iespēja tai vai citai valstij ir tikai reizi vairākos gadsimtos.
Diemžēl Krievija, kas pēdējo 25 gadu laikā nav pievērsusi pienācīgu uzmanību fundamentālajām zinātnēm un augstākās un vidējās izglītības kvalitātei, riskē zaudēt šo iespēju uz visiem laikiem, ja programma tiks ierobežota un pašreizējos zinātniekus un inženierus neaizstās jauna paaudze. pētniekiem. Ģeopolitiskie un tehnoloģiskie izaicinājumi, ar kuriem Krievija saskarsies pēc 10-12 gadiem, būs ļoti nopietni, salīdzināmi ar divdesmitā gadsimta vidus draudiem. Lai nākotnē saglabātu Krievijas suverenitāti un integritāti, ir steidzami jāsāk sagatavot speciālisti, kas spēj reaģēt uz šiem izaicinājumiem un jau šobrīd radīt kaut ko principiāli jaunu.
Ir tikai aptuveni 10 gadi, lai Krieviju pārvērstu par pasaules intelektuālo un tehnoloģisko centru, un to nevar izdarīt bez nopietnām izglītības kvalitātes izmaiņām. Zinātniski tehnoloģiskam izrāvienam nepieciešams atgriezt izglītības sistēmā (gan skolā, gan augstskolā) sistemātisku skatījumu uz pasaules ainu, zinātnes fundamentālismu un ideoloģisko integritāti.
Kas attiecas uz pašreizējo stagnāciju kosmosa nozarē, tas nav nekas briesmīgs. Fiziskie principi, uz kura balstās modernās kosmosa tehnoloģijas, vēl ilgu laiku būs pieprasīts konvencionālo satelītpakalpojumu sektorā. Atgādinām, ka cilvēce buru izmanto jau 5,5 tūkstošus gadu, un tvaika laikmets ilga gandrīz 200 gadus, un tikai divdesmitajā gadsimtā pasaule sāka strauji mainīties, jo notika vēl viena zinātnes un tehnoloģiju revolūcija, kas aizsāka inovāciju vilni. un tehnoloģisko modeļu maiņa, kas galu galā mainīja pasaules ekonomiku un politiku. Galvenais ir atrasties pie šo izmaiņu pirmsākumiem.
Ideja mest atombumbas atpakaļ izrādījās pārāk brutāla, taču enerģijas daudzums, ko dod kodola skaldīšanas reakcija, nemaz nerunājot par kodolsintēzi, ir ārkārtīgi pievilcīgs astronautikai. Tāpēc tika izveidotas daudzas bezimpulsu sistēmas, bez problēmām, kas saistītas ar simtiem kodolbumbas uz borta un ciklopa amortizatori. Par tiem mēs šodien runāsim.
Kodolfizika rokas stiepiena attālumā
Kas ir kodolreakcija? Paskaidrojot ļoti vienkārši, attēls būs aptuveni šāds. No skolas mācību programmas mēs atceramies, ka matērija sastāv no molekulām, atomu molekulām, bet atomi - no protoniem, elektroniem un neitroniem (ir zemāki līmeņi, bet ar to mums pietiek). Dažiem smagajiem atomiem ir kāda interesanta īpašība – ja tiem trāpa neitrons, tie sadalās vieglākos atomos un atbrīvo dažus neitronus. Ja šie atbrīvotie neitroni skars citus smagos atomus tuvumā, sabrukšana atkārtosies, un mēs iegūsim kodola ķēdes reakciju. Neitronu kustība lielā ātrumā nozīmē, ka šī kustība tiek pārvērsta siltumā, neitronu darbībai palēninoties. Tāpēc kodolreaktors ir ļoti spēcīgs sildītājs. Viņi var uzvārīt ūdeni, nosūtīt iegūto tvaiku uz turbīnu un iegūt atomelektrostaciju. Un jūs varat uzsildīt ūdeņradi un izmest to ārā, iegūstot kodolreaktīvo dzinēju. No šīs idejas radās pirmie dzinēji - NERVA un RD-0410.
NERVA
Projekta vēsture
Formālā autorība (patents) atomraķešu dzinēja izgudrojumam pieder Ričardam Feinmanam, saskaņā ar viņa memuāriem "Jūs, protams, jokojat, Feinmena kungs." Starp citu, grāmata ir ļoti ieteicama lasīšanai. Los Alamos sāka izstrādāt kodolraķešu dzinējus 1952. gadā. 1955. gadā tika uzsākts Rover projekts. Projekta KIWI pirmajā posmā tika uzbūvēti 8 eksperimentālie reaktori un no 1959. līdz 1964. gadam tika pētīta darba šķidruma pūšana caur reaktora serdi. Laika ziņā Orion projekts pastāvēja no 1958. līdz 1965. gadam. Roveram bija otrā un trešā fāze, kurā tika pētīti lielāki reaktori, bet NERVA bāzējās KIWI, jo 1964. gadā bija plānots veikt pirmo izmēģinājuma palaišanu kosmosā — nebija laika izstrādāt uzlabotas iespējas. Termiņi pakāpeniski samazinājās, un NERVA NRX / EST dzinēja pirmā palaišana uz zemes (EST — dzinēja sistēmas tests — dzinējspēka sistēmas pārbaude) notika 1966. gadā. Dzinējs veiksmīgi strādāja divas stundas, no kurām 28 minūtes bija pilna vilce. Otrais NERVA XE dzinējs tika izšauts 28 reizes un darbojās kopā 115 minūtes. Dzinējs tika uzskatīts par piemērotu lietošanai kosmosā, un testa iekārta bija gatava tikko samontēto dzinēju testēšanai. Šķita, ka NERVA gaida gaiša nākotne – lidojums uz Marsu 1978. gadā, pastāvīga bāze uz Mēness 1981. gadā, orbitālie velkoņi. Taču projekta veiksme izraisīja paniku Kongresā – Mēness programma ASV izrādījās ļoti dārga, Marsa programma būtu bijusi vēl dārgāka. 1969. un 1970. gadā kosmosa finansējums tika nopietni samazināts – Apollos 18, 19 un 20 tika atcelti, un Marsa programmai neviens neatvēlēja milzīgas naudas summas. Rezultātā darbs pie projekta tika veikts bez nopietna naudas finansējuma, un tas tika slēgts 1972. gadā.Dizains
Ūdeņradis no tvertnes iekļuva reaktorā, tur uzkarsēja un tika izmests ārā, radot strūklas vilci. Ūdeņradis tika izvēlēts par darba šķidrumu, jo tajā ir viegli atomi, un tos ir vieglāk izkliedēt liels ātrums. Jo lielāks ir strūklas izplūdes ātrums, jo efektīvāks ir raķešu dzinējs.
Neitronu reflektors tika izmantots, lai nodrošinātu neitronu atgriešanos atpakaļ reaktorā, lai uzturētu kodola ķēdes reakciju.
Reaktora vadīšanai tika izmantoti vadības stieņi. Katrs šāds stienis sastāvēja no divām pusēm – atstarotāja un neitronu absorbētāja. Kad stieni pagrieza neitronu reflektors, to plūsma reaktorā palielinājās un reaktors palielināja siltuma pārnesi. Kad stieni pagrieza neitronu absorbētājs, to plūsma reaktorā samazinājās, un reaktors pazemināja siltuma pārnesi.
Ūdeņradis tika izmantots arī, lai atdzesētu sprauslu, un siltais ūdeņradis no sprauslas dzesēšanas sistēmas grieza turbo sūkni, lai piegādātu vairāk ūdeņraža.
Dzinējs darbojas. Ūdeņradis tika speciāli aizdedzināts pie sprauslas izejas, lai izvairītos no sprādziena draudiem, kosmosā nenotiktu sadegšana.
NERVA dzinējs radīja 34 tonnas vilces spēku, kas ir aptuveni pusotru reizi mazāks nekā J-2 dzinējs, kas darbināja Saturn-V raķetes otro un trešo posmu. Īpatnējais impulss bija 800-900 sekundes, kas bija divreiz vairāk nekā labākajiem skābekļa-ūdeņraža dzinējiem, bet mazāks nekā ERE vai Orion dzinējam.
Mazliet par drošību
Nupat samontēts un neiedarbināts kodolreaktors ar jauniem degvielas komplektiem, kas vēl nav strādājuši, ir pietiekami tīrs. Urāns ir indīgs, tāpēc jāstrādā ar cimdiem, bet ne vairāk. Nav nepieciešami attālināti manipulatori, svina sienas un citas lietas. Visi izstarojošie netīrumi parādās pēc reaktora palaišanas lidojošo neitronu dēļ, kas "sabojā" trauka atomus, dzesēšanas šķidrumu utt. Līdz ar to raķetes avārijas gadījumā ar šādu dzinēju atmosfēras un virsmas radiācijas piesārņojums būtu neliels, un, protams, tas būtu daudz mazāks nekā regulāra Orion palaišana. Veiksmīgas palaišanas gadījumā piesārņojums gan būtu minimāls vai vispār nebūtu, jo dzinējs būtu jāpalaiž atmosfēras augšējos slāņos vai jau kosmosā.RD-0410
Padomju RD-0410 dzinējam ir līdzīga vēsture. Dzinēja ideja radās 40. gadu beigās starp raķešu un kodoltehnoloģiju pionieriem. Tāpat kā Rover projektam, sākotnējā ideja bija atomu gaisa reaktīvais dzinējs ballistiskās raķetes pirmajam posmam, pēc tam izstrāde pārcēlās uz kosmosa nozari. RD-0410 tika izstrādāts lēnāk, vietējos izstrādātājus aizrāva ideja par gāzes fāzes NRE (tas tiks apspriests tālāk). Projekts tika uzsākts 1966. gadā un turpinājās līdz 80. gadu vidum. Dzinēja mērķis bija misija "Mars-94" - pilotēts lidojums uz Marsu 1994. gadā.
RD-0410 shēma ir līdzīga NERVA - ūdeņradis iet caur sprauslu un reflektoriem, tos atdzesējot, tiek ievadīts reaktora aktīvā, tur uzsildīts un izmests.
Pēc tā īpašībām RD-0410 bija labāks par NERVA - reaktora aktīvās zonas temperatūra bija 3000 K, nevis 2000 K NERVA, un īpatnējais impulss pārsniedza 900 s. RD-0410 bija vieglāks un kompaktāks nekā NERVA un attīstīja desmit reizes mazāku vilci.
Dzinēja pārbaude. Sānu lāpa apakšējā kreisajā stūrī aizdedzina ūdeņradi, lai izvairītos no sprādziena.
Cietfāzes NRE izstrāde
Mēs atceramies, jo augstāka temperatūra reaktorā, jo lielāks ir darba šķidruma aizplūšanas ātrums un lielāks dzinēja īpatnējais impulss. Kas neļauj paaugstināt temperatūru NERVA vai RD-0410? Fakts ir tāds, ka abos dzinējos degvielas elementi ir cietā stāvoklī. Ja paaugstināsiet temperatūru, tie izkusīs un izlidos kopā ar ūdeņradi. Tāpēc augstākām temperatūrām ir jāizdomā kāds cits veids, kā veikt kodolķēdes reakciju.Kodoldegvielas sāls dzinējs
Kodolfizikā ir tāda lieta kā kritiskā masa. Atcerieties ziņas sākumā kodolķēdes reakciju. Ja skaldāmie atomi atrodas ļoti tuvu viens otram (piemēram, tie tika saspiesti speciāla sprādziena radītā spiediena ietekmē), tad iznāks atomu sprādziens - ļoti īsā laikā daudz siltuma. Ja atomi nav tik cieši saspiesti, bet palielinās dalīšanās rezultātā radušos jauno neitronu plūsma, radīsies termisks sprādziens. Parastais reaktors šādos apstākļos neizdosies. Un tagad iedomāsimies, ka mēs ņemam skaldāmo materiālu (piemēram, urāna sāļu) ūdens šķīdumu un nepārtraukti ievadām tos sadegšanas kamerā, nodrošinot tur masu, kas ir lielāka par kritisko. Tiks iegūta nepārtraukti degoša kodolsvece, kuras siltums paātrina izreaģējušo kodoldegvielu un ūdeni.
Ideju 1991. gadā ierosināja Roberts Zubrins, un, pēc dažādām aplēsēm, tā sola konkrētu impulsu no 1300 līdz 6700 s ar tonnu vilces spēku. Diemžēl šai shēmai ir arī trūkumi:
- Grūtības uzglabājot degvielu - jāizvairās no ķēdes reakcijas tvertnē, degvielu ievietojot, piemēram, plānās caurulēs no neitronu absorbētāja, tāpēc tvertnes būs sarežģītas, smagas un dārgas.
- Liels kodoldegvielas patēriņš - fakts ir tāds, ka reakcijas efektivitāte (sabrukušo / izlietoto atomu skaits) būs ļoti zema. Pat atombumbā skaldāmais materiāls "neizdeg" pilnībā, nekavējoties lielākā daļa vērtīgās kodoldegvielas tiks izmesta.
- Zemes testi ir praktiski neiespējami - šāda dzinēja izplūdes gāze būs ļoti netīra, pat netīrāka nekā Orion.
- Ir daži jautājumi par kodolreakcijas kontroli – tas nav fakts, ka shēma, kas ir vienkārša verbālā aprakstā, būs vienkārša tehniskajā izpildījumā.
Gāzes fāzes YRD
Nākamā ideja: ja mēs izveidosim darba ķermeņa virpuli, kura centrā notiks kodolreakcija? Šajā gadījumā serdes augstā temperatūra nesasniegs sienas, to absorbējot darba šķidrums, un to var paaugstināt līdz desmitiem tūkstošu grādu. Tā radās ideja par atvērtā cikla gāzes fāzes NRE:
Gāzes fāzes YARD sola konkrētu impulsu līdz 3000-5000 sekundēm. PSRS tika uzsākts gāzes fāzes YARD (RD-600) projekts, taču tas pat nesasniedza maketa stadiju.
"Atvērtais cikls" nozīmē, ka kodoldegviela tiks izmesta, kas, protams, samazina efektivitāti. Tāpēc tika izdomāta šāda ideja, kas dialektiski atgriezās pie cietās fāzes NRE - apņemsim kodolreakcijas zonu ar pietiekami karstumizturīgu vielu, kas izlaidīs izstaroto siltumu. Kvarcs tika piedāvāts kā tāda viela, jo pie desmitiem tūkstošu grādu siltums tiek pārnests ar starojumu un tvertnes materiālam jābūt caurspīdīgam. Rezultāts bija slēgta cikla gāzes fāzes YARD jeb "kodolspuldze":
Šajā gadījumā iekšējās temperatūras ierobežojums būs "spuldzes" apvalka termiskā izturība. Kvarca kušanas temperatūra ir 1700 grādi pēc Celsija, ar aktīvo dzesēšanu temperatūru var paaugstināt, bet, jebkurā gadījumā, īpatnējais impulss būs mazāks par atvērto ķēdi (1300-1500 s), bet kodoldegviela tiks tērēta ekonomiskāk , un izplūdes gāze būs tīrāka.
Alternatīvie projekti
Papildus cietfāzes NRE izstrādei ir arī oriģinālie projekti.Skaldāmo fragmentu dzinējs
Šī dzinēja ideja ir darba šķidruma neesamība - tā ir izmesti izlietotā kodoldegviela. Pirmajā gadījumā subkritiskie diski ir izgatavoti no skaldāmiem materiāliem, kas paši par sevi nesāk ķēdes reakciju. Bet, ja disku ievietos reaktora zonā ar neitronu reflektoriem, sāksies ķēdes reakcija. Un diska griešanās un darba šķidruma neesamība novedīs pie tā, ka sabrukušie augstas enerģijas atomi ielidos sprauslā, radot vilci, un nesabrukušie atomi paliks uz diska un iegūs iespēju nākamā diska rotācija:
Pat vairāk interesanta ideja sastāv no putekļainas plazmas izveidošanas (atcerieties uz SKS) no skaldāmiem materiāliem, kurā kodoldegvielas nanodaļiņu sabrukšanas produkti tiek jonizēti ar elektrisko lauku un izmesti, radot vilci:
Tie sola fantastisku specifisku impulsu 1 000 000 sekunžu garumā. Entuziasmu atvēsina tas, ka attīstība ir teorētisko pētījumu līmenī.
Kodolsintēzes dzinēji
Vēl tālākā nākotnē uz kodolsintēzes bāzes balstītu dzinēju izveide. Atšķirībā no kodola skaldīšanas reakcijām, kur kodolreaktori tika izveidoti gandrīz vienlaikus ar bumbu, termokodolreaktori vēl nav pārcēlušies no "rītdienas" uz "šodienu" un kodolsintēzes reakcijas var tikt izmantotas tikai Orion stilā – kodolbumbu mētāšanā.Kodolfotonu raķete
Teorētiski ir iespējams uzsildīt serdi līdz tādai pakāpei, ka, atstarojot fotonus, var radīt vilci. Neskatoties uz to, ka nav tehnisku ierobežojumu, šādi dzinēji pašreizējā tehnoloģiju līmenī ir neizdevīgi - vilces spēks būs pārāk mazs.radioizotopu raķete
Raķete, kas silda darba šķidrumu no RTG, būs diezgan efektīva. Bet RTG izdala salīdzinoši maz siltuma, tāpēc šāds dzinējs būs ļoti neefektīvs, lai gan ļoti vienkāršs.Secinājums
Pašreizējā tehnoloģiju līmenī ir iespējams salikt cietvielu YRD NERVA vai RD-0410 stilā - tehnoloģijas ir apgūtas. Bet šāds dzinējs specifiskā impulsa ziņā zaudēs kombinācijai "kodolreaktors + elektriskā piedziņa", uzvarot vilces spēka ziņā. Un uzlabotas iespējas joprojām ir tikai uz papīra. Tāpēc man personīgi daudzsološāks šķiet komplekts "reaktors + elektriskā piedziņa".Informācijas avoti
Galvenais informācijas avots ir angļu Vikipēdija un resursi, kas tajā norādīti kā saites. Paradoksāli, bet Tradition ir interesanti raksti par NRE - cietās fāzes NRE un gāzes fāzes NRE. Raksts par dzinējiem Kodoldzinēji40. gadu beigās, valdot eiforijai no kodolenerģijas izmantošanas perspektīvām, gan ASV, gan PSRS norisinājās darbs pie kodoldzinēju uzstādīšanas visam, kas var kustēties. Ideja par šādas "mūžīgās kustības mašīnas" izveidi bija īpaši pievilcīga militārpersonām. Atomelektrostacijas (AES) galvenokārt tika izmantotas flotē, jo kuģu spēkstacijām nebija tik stingras svara un izmēra prasības kā, piemēram, aviācijā. Neskatoties uz to, gaisa spēki nevarēja "paiet garām" iespējai neierobežoti palielināt stratēģiskās aviācijas darbības rādiusu. 1946. gada maijā ASV Gaisa spēku pavēlniecība ir apstiprinājusi projektu Kodolenerģija lidaparātu dzinējspēkam (saīsināti NEPA) kodoldzinēju izveidei stratēģisko bumbvedēju aprīkošanai. Darbs pie tā ieviešanas sākās Oak Ridge National Laboratory. 1951. gadā to aizstāja Gaisa spēku un Atomenerģijas komisijas (AEC) kopīgā programma "Aircraft Nuclear Propulsion" (ANP, "Aircraft Nuclear Propulsion"). Uzņēmums General Electric radīja turboreaktīvo dzinēju (TRD), kas no “parastā” atšķīrās tikai ar to, ka parastās sadegšanas kameras vietā atradās kodolreaktors, kas sildīja kompresora saspiesto gaisu. Tajā pašā laikā gaiss kļuva radioaktīvs - atvērta ķēde. Tajos gados pret to izturējās vienkāršāk, bet tomēr, lai nepiesārņotu viņu lidlauku, lidmašīnas pacelšanās un nolaišanās vajadzībām bija jāaprīko ar parastajiem petrolejas dzinējiem. Pirmā ASV kodollidmašīnu projekta pamatā bija virsskaņas stratēģiskais bumbvedējs B-58. No izstrādātāja (Convair) viņš saņēma apzīmējumu X-6. Zem delta spārna atradās četri atomturboreaktīvie dzinēji, turklāt vēl 2 "parastajiem" turboreaktīvajiem dzinējiem bija jāstrādā pacelšanās un nolaišanās laikā. Līdz 1950. gadu vidum tika izgatavots neliela ar gaisu dzesējama kodolreaktora prototips ar jaudu 1 MW. Lidojuma un apkalpes aizsardzības testiem tika iedalīts bumbvedējs B-36H. Lidojošās laboratorijas apkalpe atradās aizsargkapsulā, bet pašam reaktoram, kas atrodas bumbas līcī, nebija bioloģiskās aizsardzības. Lidojošo laboratoriju nosauca par NB-36H. No 1955. gada jūlija līdz 1957. gada martam viņa veica 47 lidojumus virs Teksasas un Ņūmeksikas tuksneša reģioniem, kuru laikā reaktors tika ieslēgts un izslēgts. Nākamajā posmā tika izveidots jauns kodolreaktors HTRE (tā pēdējā modeļa jauda bija 35 MW, kas bija pietiekama divu dzinēju darbībai) un eksperimentāls X-39 dzinējs, kas veiksmīgi izturēja kopīgus zemes stenda testus. Tomēr līdz tam laikam amerikāņi saprata, ka atvērtā ķēde nav piemērota, un sāka projektēt spēkstaciju ar gaisa sildīšanu siltummainī. Jaunajai Convair NX-2 mašīnai bija “pīles” shēma (horizontālā aste atradās spārna priekšā). Kodolreaktoram bija jābūt izvietotam centrālajā daļā, dzinējiem - pakaļgalā, gaisa ieplūdes atverēm - zem spārna. Lidmašīnā bija paredzēts izmantot no 2 līdz 6 papildu turboreaktīvajām lidmašīnām. Bet 1961. gada martā ANP programma tika slēgta. 1954.-1955.gadā. Losalamos laboratorijas zinātnieku grupa sagatavoja ziņojumu par iespēju izveidot kodolraķešu dzinēju (NRE). ASV AEC nolēmusi sākt darbu pie tā izveides. Programma tika nosaukta par "Rover". Darbs tika veikts paralēli Los Alamos Zinātniskajā laboratorijā un Radiācijas laboratorijā Livermorā Kalifornijas Universitātē. Kopš 1956. gada visi Radiācijas laboratorijas centieni bija vērsti uz kodolreaktīva dzinēja (YAPJE) izveidi PLUTO projekta ietvaros (Losalamosā viņi sāka izveidot NJE).
YaPVRD bija plānots uzstādīt uz izstrādātās virsskaņas zema augstuma raķetes (Supersonic Low-Altitude Missile — SLAM). Raķete (tagad to sauktu par spārnoto raķeti) būtībā bija bezpilota bumbvedējs ar vertikālu palaišanu (ar četru cietā kurināmā pastiprinātāju palīdzību). Ramjets tika ieslēgts, kad noteikts ātrums tika sasniegts jau pietiekamā attālumā no savas teritorijas. Gaiss, kas ieplūst pa gaisa ieplūdes atveri, tika uzkarsēts kodolreaktors un, plūstot caur sprauslu, radīja vilci. Lidojums uz mērķi un kaujas galviņu izlaišana slepenības nolūkos bija jāveic īpaši zemā augstumā ar ātrumu, kas trīs reizes pārsniedz skaņas ātrumu. Kodolreaktora siltuma jauda bija 500 MW, aktīvās zonas darba temperatūra bija vairāk nekā 1600 grādi C. Dzinēja pārbaudei tika uzcelta īpaša izmēģinājumu vieta. |  |
Padomju Savienībai kodollidmašīna bija vajadzīga daudz vairāk nekā ASV, jo tai nebija militāro bāzu netālu no ASV robežām un tā varēja darboties tikai no savas teritorijas, kā arī vidū parādījās stratēģiskie bumbvedēji M-4 un Tu-95. 1950. gadi nevarēja “aptvert” visu ASV teritoriju. Darbs pie kuģu, zemūdeņu un lidmašīnu atomelektrostaciju izveides problēmu izpētes sākās jau 1947. gadā. tomēr Ministru padomes lēmums par gaisa kuģu ar kodoldzinēju darbu uzsākšanu izdots tikai 1955.gada 12.augustā. (šobrīd jau tika būvēta pirmā padomju kodolzemūdene). Projektēšanu sāka OKB-156 Tupolev un OKB-23 Myasishchev lidmašīna ar atomelektrostacijām, un OKB-276 Kuzņecovs un OKB-165 Lyulka pašu šādu elektrostaciju attīstību. 1956. gada martā Tika izdots valdības dekrēts par lidojošas laboratorijas izveidi, kuras pamatā ir stratēģiskais bumbvedējs Tu-95 (lai izpētītu radiācijas ietekmi uz gaisa kuģa un tā aprīkojuma konstrukciju, kā arī radiācijas drošības jautājumus). 1958. gadā Semipalatinskas izmēģinājumu poligonā tika nogādāts eksperimentāls, “lidmašīnu” kodolreaktors. 1959. gada vidū Reaktors tika uzstādīts sērijveida lidmašīnā ar nosaukumu Tu-95LAL (Flying Atomic Laboratory). Reaktors tiek izmantots 
To sauca tikai par starojuma avotu un atdzesēja ar ūdeni. Dzesēšanas sistēmas radiators, kas atrodas fizelāžas apakšā, tika izpūsts no pretimnākošās gaisa plūsmas. 1961. gada maijs-augusts. Tu-95LAL veica 34 lidojumus virs izmēģinājumu poligona teritorijas. Nākamais solis bija eksperimentāla Tu-119 izveide, pamatojoties uz Tu-95. Uz diviem (no 
četri tā NK-12M dzinēji (Kuzņecova projektēšanas birojs) papildus sadegšanas kamerām bija aprīkoti ar siltummaiņiem, ko uzsildīja šķidrs metāla dzesēšanas šķidrums, kas ņēma siltumu no kodolreaktora, kas atrodas kravas nodalījumā. Dzinēji saņēma apzīmējumu NK-14A. Nākotnē bija paredzēts, lidmašīnā uzstādot 4 NK-14A dzinējus un palielinot fizelāžas diametru, izveidot pretzemūdenes lidmašīnu ar praktiski neierobežotu lidojuma ilgumu. Tomēr NK-14A dzinēju vai drīzāk tā kodoldaļas projektēšana noritēja lēni daudzo problēmu dēļ, kas radās šajā gadījumā. Tā rezultātā Tu-119 izveides plāni nekad netika īstenoti. Turklāt OKB-156 piedāvāja vairākus virsskaņas bumbvedēju variantus. Tāla darbības rādiusa bumbvedējs Tu-120 ar pacelšanās masu 85 tonnas. 30,7 m garš. spārnu platums 24,4 m. un 
maksimālais ātrums ir aptuveni 1400 km/h. Vēl viens projekts bija zema augstuma triecienlidmašīna ar pacelšanās masu 102 tonnas. 37 m garš. spārnu platums 19m. un maksimālais ātrums 1400 km/h. Lidmašīnai bija zems delta spārns. Tās divi dzinēji atradās vienā iepakojumā fizelāžas aizmugurē. Pacelšanās un nosēšanās laikā dzinēji darbojās ar petroleju. Virsskaņas stratēģiskā bumbvedēja pacelšanās masai bija jābūt 153 tonnām. garums 40,5m. un spārnu platums 30,6 m. No sešiem turboreaktīvajiem dzinējiem (KB Kuzņecovs) divi, kas atradās astē, bija aprīkoti ar siltummaiņiem un varēja darboties no kodolreaktora. Zem spārna uz piloniem tika novietoti četri parastie turboreaktīvie dzinēji. Ārēji šī lidmašīna bija līdzīga amerikāņu virsskaņas vidējam bumbvedējam B-58. Mjasiščeva projektēšanas birojs arī apsvēra iespēju izveidot “kodolmateriālu” uz jau esošā bumbvedēja ZM bāzes, nomainot parastos turboreaktīvos dzinējus ar kodolmotoriem, kas aprīkoti ar siltummaiņiem (reaktors atradās bumbas nodalījumā). Tika apsvērta arī iespēja izveidot virsskaņas bumbvedēju M-60. Vairākas 
komplektācijas iespējas ar dažāda veida dzinējiem (pacelšanās svars 225-250t, kravnesība - 25t, ātrums - līdz 3000 km/h, garums 51-59m, spārnu platums - 27-31m). Lai aizsargātos pret radiāciju, piloti tika ievietoti īpašā noslēgtā kapsulā un dzinēji tika ievietoti aizmugurējā fizelāžā. Vizuālais apskats no kapsulas tika izslēgts, un autopilotam bija jānovirza lidmašīna līdz mērķim. Lai nodrošinātu manuālu vadību, tam bija jāizmanto televīzijas un radara ekrāni. Izstrādātāji sākotnēji ierosināja padarīt lidmašīnu bezpilota. Bet militārpersonas uzticamības labad uzstāja uz pilotējamo versiju. Viena iespēja bija hidroplāns. Tā priekšrocība bija tāda, ka slāpētos reaktorus varēja nolaist ūdenī, lai samazinātu fona starojumu. Ar raķešu zinātnes attīstību un uzticamu starpkontinentālo ballistisko raķešu un kodolraķešu zemūdeņu parādīšanos militārā interese par kodolbumbvedējiem izzuda un darbs tika ierobežots. Bet 1965. gadā viņi atkal atgriezās pie idejas izveidot kodolieroču pretzemūdenes lidmašīnu. Šoreiz par prototipu kļuva smagais transports An-22 Antey, kuram bija tādi paši dzinēji kā Tu-95. NK-14A attīstība līdz tam laikam bija diezgan pavirzījusies uz priekšu. Pacelšanās un nosēšanās bija jāveic ar petroleju (dzinēja jauda 4 x 13000 ZS), bet kreisēšanas lidojums - ar kodolenerģiju (4 x 8900 ZS). Lidojuma ilgumu ierobežoja tikai "cilvēciskais faktors", lai ierobežotu apkalpes saņemto devu, tā tika noteikta 50 stundu apmērā. Lidojuma diapazons šajā gadījumā būtu 27500 km. 1972. gadā An-22 ar kodolreaktoru tajos veica 23 lidojumus, pirmkārt, tika pārbaudīta aizsardzība pret radiāciju. Taču vides problēmas aviācijas avārijas gadījumā tā arī netika atrisinātas, iespējams, tas bija iemesls, kāpēc projekts netika īstenots. 80. gados radās interese par kodollidmašīnu kā ballistisko raķešu nesēju. Gandrīz pastāvīgi atrodoties gaisā, viņš būtu neievainojams pret negaidītu ienaidnieka kodolraķešu uzbrukumu. Gaisa kuģa avārijas gadījumā kodolreaktoru varētu atdalīt un nolaist ar izpletni. Bet detente, "perestroikas" sākums un pēc tam PSRS sabrukums neļāva atomlidmašīnai pacelties. OKB-301 ( galvenais dizainers S.A. Lavočkins) 50. gadu vidū tika pētīts jautājums par tiešās plūsmas kodoldzinēja uzstādīšanu starpkontinentālajai spārnotajai raķetei Burja (līdzīgi PLUTO projektam). Projekts saņēma apzīmējumu "375". Pati raķetes attīstība nebija problēma, nolaida dzinējus. OKB-670 (galvenais dizaineris M.M. Bondarjuks) ilgu laiku nevarēja tikt galā ar reaktīvo kodoldzinēju izveidi. 1960. gadā Tempest projekts tika slēgts kopā ar tā kodolenerģijas versiju. Jautājums nekad nenonāca līdz kodoldzinēja testēšanai. Kodolenerģiju var izmantot darba šķidruma sildīšanai ne tikai gaisa ieelpošanas dzinējā, bet arī kodolraķešu dzinējā (NRE), ko parasti iedala reaktīvajos, kuros notiek darba šķidruma (RT) sildīšanas process. nepārtraukti un impulsa vai pulsējoša (arī vispārīgi reaktīvā), kurā kodolenerģija tiek atbrīvota diskrēti ar virkni mazjaudas kodolsprādzienu (termonukleāro sprādzienu). Atbilstoši kodoldegvielas agregācijas stāvoklim reaktora aktīvā NRE iedala cietā fāzē, šķidrā fāzē un gāzes fāzē (plazmā). Atsevišķi var izdalīt NRE, kura reaktorā kodoldegviela atrodas šķidrā stāvoklī (rotējoša putekļiem līdzīgu daļiņu "mākoņa" veidā). Cits reaktīvo NRE veids ir dzinējs, kas RT sildīšanai izmanto siltumenerģiju, kas izdalās radioaktīvo izotopu spontānās sadalīšanās laikā (radioaktīvā sabrukšana). Šāda dzinēja priekšrocība ir dizaina vienkāršība, būtisks trūkums ir augstās izotopu izmaksas (piemēram, polonijs-210). Turklāt izotopa spontānas sabrukšanas laikā pastāvīgi izdalās siltums, pat ja dzinējs ir izslēgts, un tas ir kaut kā jānoņem no dzinēja, kas sarežģī un padara konstrukciju smagāku. Impulsa NRE gadījumā atomu sprādziena enerģija iztvaiko RT, pārvēršot to plazmā. Plazmas mākonis, kas izplešas, izdara spiedienu uz spēcīgu metāla dibenu (stūmējplāksni) un rada strūklas vilci. RT var būt viegli konvertējama cieta viela, kas uzklāta uz stūmējplates, šķidrais ūdeņradis vai ūdens, kas tiek uzglabāts īpašā tvertnē. Šī ir tā sauktā ārējās darbības impulsa NRE shēma, cits veids ir iekšējās darbības impulsa NRE, kurā mazi kodolieroču vai kodoltermisko lādiņi tiek detonēti īpašās kamerās (sadegšanas kamerās), kas aprīkotas ar strūklas sprauslām. Tur tiek piegādāts arī RT, kas, plūstot caur sprauslu, rada vilci kā parastie raķešu dzinēji. Šāda sistēma ir efektīvāka, jo visi RT un sprādziena produkti tiek izmantoti, lai radītu vilci. Tomēr fakts, ka sprādzieni notiek noteiktā tilpumā, ierobežo spiedienu un temperatūru sadegšanas kamerā. Ārējās darbības impulsa NRE ir vienkāršāka, un milzīgais kodolreakcijās izdalītās enerģijas daudzums ļauj iegūt labus šādu sistēmu raksturlielumus pat ar zemāku efektivitāti. ASV 1958.-63. izstrādāts raķetes ar impulsu PAGALMS "Orion" projekts. Viņi pat izmēģināja lidmašīnas modeli ar impulsa dzinēju, izmantojot parastās ķīmiskās sprāgstvielas. Iegūtie rezultāti runāja par fundamentālo iespēju kontrolēt aparāta lidojumu ar šādu dzinēju. Sākotnēji bija paredzēts, ka Orion tiks palaists no Zemes. Lai izslēgtu raķetes bojājumu iespējamību no zemes kodolsprādziena, tika plānots to uzstādīt astoņos 75 metrus garos torņos palaišanai. Tajā pašā laikā raķetes palaišanas masa sasniedza 10 000 tonnu. un stumšanas plāksnes diametrs ir aptuveni 40 m. Lai samazinātu raķetes struktūras un apkalpes dinamiskās slodzes, tika nodrošināta amortizācijas ierīce. Pēc saspiešanas cikla tas atgrieza plāksni sākotnējā stāvoklī, pēc kura notika vēl viens sprādziens. Sākumā katru sekundi tika sabojāts lādiņš ar jaudu 0,1 kt. Pēc iziešanas no atmosfēras uzlādējas ar jaudu 20 kt. eksplodēja ik pēc 10 sekundēm. Vēlāk, lai nepiesārņotu atmosfēru, tika nolemts Orionu pacelt no Zemes, izmantojot raķetes Saturn-5 pirmo pakāpi, un tā kā tās maksimālais diametrs bija 10m. tad stumšanas plāksnes diametrs tika nogriezts līdz 
10 m Efektīvā vilce attiecīgi samazinājās līdz 350 tonnām ar savu vadības bloka “sauso” svaru (bez RT) 90,8 tonnas. 680 tonnu kravnesības piegādei uz Mēness virsmu. būtu nepieciešams uzspridzināt ap 800 plutonija lādiņu (plutonija masa ir 525 kg.) un izlietot ap 800 tonnu. RT. Tika apsvērta arī iespēja izmantot Orion kā līdzekli kodollādiņu nogādāšanai uz mērķi. Taču drīz vien militāristi atteicās no šīs idejas. Un 1963. gadā. Tika parakstīts līgums par kodolsprādzienu aizliegumu kosmosā uz zemes (atmosfērā) un zem ūdens. Tas aizliedza visu projektu. Līdzīgs projekts tika apsvērts arī PSRS, taču tam nebija praktisku rezultātu. Kā arī Mjaščeva dizaina biroja aviācijas gaisa kuģa (VKS) M-19 projekts. Projekts paredzēja izveidot atkārtoti lietojamu, vienpakāpes kosmosa sistēmu, kas spēj palaist līdz 40 tonnām smagu kravu zemas atskaites orbītās (līdz 185 km). Lai to izdarītu, VCS bija paredzēts aprīkot ar kodolraķešu dzinēju un daudzrežīmu gaisa strūklas vilces sistēmu, kas darbojas gan no kodolreaktora, gan ar ūdeņraža degvielu. Vairāk par šo projektu ir aprakstīts lapā. Kodolenerģiju var ne tikai tieši izmantot, lai sildītu RT dzinējā, bet arī pārvērstu elektroenerģijā, ko pēc tam izmanto, lai radītu vilces spēku elektriskajos dzinējos (EP). Saskaņā ar šo shēmu tika uzbūvētas kodolenerģijas piedziņas sistēmas (AES), kas sastāv no atomelektrostacijām (AES) un elektrisko raķešu piedziņas sistēmām (EPP). Nav vispāratzītas (vispārpieņemtas) elektriskās piedziņas klasifikācijas. Saskaņā ar dominējošo paātrinājuma “mehānismu” RT ERE var iedalīt gāzdinamiskos (elektroķīmiskos), elektrostatiskajos (jonu) un elektromagnētiskajos (plazmas). Elektroķīmiskajās rūpnīcās RT (elektriskā apkure, termiskā katalītiskā un hibrīdā) karsēšanai vai ķīmiskai sadalīšanai izmanto elektrību, savukārt RT temperatūra var sasniegt 5000 grādus. RT paātrinājums notiek tāpat kā parastajā LRE, kad tas iet caur motora (sprauslas) gāzes dinamisko ceļu. Elektroķīmiskie dzinēji patērē vismazāko jaudu uz vilces vienību starp elektropiedziņas dzinējiem (apmēram 10 kW/kg). Elektrostatiskajā elektriskajā dzinējā darba šķidrums vispirms tiek jonizēts, pēc tam pozitīvie joni tiek paātrināti elektrostatiskā laukā (izmantojot elektrodu sistēmu), radot vilci (elektronus ievada tajā pie izejas no dzinēja, lai neitralizētu lādiņu). strūklas straume). Elektromagnētiskajā elektriskajā dzinējā RT tiek uzkarsēts līdz plazmas stāvoklim (desmitiem tūkstošu grādu) ar elektrisko strāvu, kas iet caur to. Pēc tam plazmu paātrina elektromagnētiskajā laukā (var pielietot arī “paralēli” gāzes dinamisko paātrinājumu). Zemas molekulmasas vai viegli disociējošas gāzes un šķidrumus izmanto kā RT elektrotermiskajos EJE, sārmainos vai smagos, viegli iztvaikojošos metālus vai organiskos šķidrumus elektrostatiskajos EJE, un dažādas gāzes un cietās vielas elektromagnētiskajos EJE. Svarīgs dzinēja parametrs ir tā īpatnējais vilces impulss (skat. lpp ), kas raksturo tā efektivitāti (jo vairāk tas ir, jo mazāk RT tiek tērēts, lai izveidotu kilogramu vilces spēka). Īpatnējais impulss dažāda veida dzinējiem svārstās plašā diapazonā: cietais dzinējspēks RD - 2650 m/sek, šķidrās degvielas raķešu dzinējs - 4500 m/sek, elektroķīmiskais EP - 3000 m/sek, plazmas EP līdz 290 tūkst. Kā zināms, konkrētā impulsa vērtība ir tieši proporcionāla kvadrātsakne no RT temperatūras vērtības sprauslas priekšā. To (temperatūru) savukārt nosaka degvielas siltumspēja. labākais rādītājs starp ķīmiskās degvielas ir pāris berilija + skābeklis - 7200 kcal / kg. Urāna-235 siltumspēja ir aptuveni 2 miljonus reižu lielāka. Taču lietderīgi izmantojamās enerģijas daudzums ir tikai 1400 reižu lielāks. Dizaina iezīmju noteiktie ierobežojumi samazina šo skaitli cietfāzes NRE līdz 2-3 (maksimālā sasniedzamā RT temperatūra ir aptuveni 3000 grādi). Un tomēr cietās fāzes kodolraķešu dzinēja īpašais impulss ir aptuveni 9000 m / s, salīdzinot ar 3500-4500 mūsdienu raķešu dzinējiem. Šķidrās fāzes NRE īpatnējais impulss var sasniegt 20 000 m/s, gāzes fāzes, kur RT temperatūra var sasniegt desmitiem tūkstošu grādu, īpatnējais impulss ir 15-70 tūkstoši m/s. Vēl viens svarīgs parametrs, kas raksturo piedziņas sistēmas (PS) vai dzinēja svara pilnību, ir to īpatnējais svars - piedziņas sistēmas (ar vai bez degvielas komponentiem) vai dzinēja svara attiecība pret radīto vilci. Tiek izmantots arī tā apgrieztais koeficients - īpatnējā vilce. Īpatnējais smagums (vilce) nosaka gaisa kuģa sasniedzamo paātrinājumu, tā vilces un svara attiecību. Mūsdienu šķidrās degvielas raķešu dzinējiem īpatnējais svars ir 7–20 kg. vilces spēks uz tonnu kravnesības, t.i. vilces spēka attiecība pret svaru sasniedz 14. NRE ir arī laba vilces spēka attiecība pret savu svaru - līdz 10. Tajā pašā laikā LRE, izmantojot skābekļa-ūdeņraža degvielu, RT masas attiecība pret struktūras masa ir robežās no 7-8. Cietfāzes NRE šis parametrs tiek samazināts līdz 3-5, kas nodrošina PS īpatnējā svara pieaugumu, ņemot vērā RT svaru. Elektriskā piedziņas dzinējā attīstīto vilci ierobežo lielais enerģijas patēriņš, lai radītu 1 kg. vilce (no 10 kW līdz 1 MW). Esošo elektriskās piedziņas sistēmu maksimālā vilce ir vairāki kilogrami. Ja EP ir papildu elementi, kas savienoti ar EP barošanas avotu, aparāta vilces un svara attiecība ar šādu PS ir daudz mazāka par vienotību. Tas padara neiespējamu to izmantošanu, lai palaistu kravas orbītā tuvu Zemei (daži EJE parasti var darboties tikai kosmosa vakuuma apstākļos). ERE ir jēga izmantot tikai kosmosa transportlīdzekļos kā zemas vilces dzinējus orbītu orientēšanai, stabilizēšanai un korekcijai. Tā kā darba šķidruma patēriņš ir mazs (liels īpatnējais impulss), ERE nepārtrauktas darbības laiku var izmērīt mēnešos un gados. EJE nodrošināšana ar elektrību no kodolreaktora dos iespēju tos izmantot lidojumiem uz Saules sistēmas “nomali”, kur ar saules bateriju jaudu nepietiks. Tādējādi galvenā kodolraķešu dzinēja priekšrocība salīdzinājumā ar citiem raķešu dzinēju veidiem ir to augstais īpatnējais impulss ar augstu vilces un svara attiecību (desmitiem, simtiem un tūkstošiem tonnu vilces ar daudz mazāku pašmasu). Galvenais NRE trūkums ir spēcīga caurlaidīgā starojuma plūsma un ļoti radioaktīvu urāna savienojumu noņemšana ar izlietoto RT. Šajā sakarā NRE nav pieņemams palaišanai uz zemes. Darbs pie kodolraķešu dzinēju un atomelektrostaciju izveides PSRS sākās 50. gadu vidū. 1958. gadā PSRS Ministru padome pieņēma vairākas rezolūcijas par pētniecības darbu veikšanu raķešu ar kodolraķešu dzinējiem radīšanā. Zinātniskā vadība tika uzticēta M.V.Keldišam, I.V. Kurčatovs un S. P. Koroļovs. Darbā tika iesaistītas desmitiem pētniecības, projektēšanas, būvniecības un uzstādīšanas organizāciju. Tie ir NII-1 (tagad Keldišas pētniecības centrs), OKB-670 (galvenais dizaineris M. M. Bondarjuks), Atomenerģijas institūts (IAE, tagad Kurčatova institūts) un Leipunskis, Instrumentu inženierijas pētniecības institūts (galvenais dizaineris A. S. Abramovs). ), NII-8 (tagad Pētniecības un projektēšanas institūts — NIKIET nosaukts Doležala vārdā) un OKB-456 (tagad NPO Energomash nosaukts Gluško vārdā), NIITVEL (NPO Luch, tagad Podoļskas tehnoloģiju pētniecības institūts — PNITI), NII-9 ( tagad A. A. Bočvara vārdā nosauktais Augsto tehnoloģiju pētniecības institūts Neorganisko materiālu VNIINM) un citi. Pēc tam nosaukums tika mainīts uz Eksperimentālās mašīnbūves Centrālais projektēšanas birojs - TsKBEM, NPO Energia, RSC Energia nosaukts Koroļeva vārdā. tika izstrādāta vienpakāpes ballistiskā raķete YAR-1 un divpakāpju kodolķīmiskā raķete YAKhR-2. Abi paredzēja izmantot YARD ar 140 tonnu vilces spēku. Projekti bija gatavi līdz 1959. gada 30. decembrim. tomēr kaujas YAR-1 izveide tika uzskatīta par nepiemērotu un darbs pie tās tika pārtraukts. YAKhR-2 shēma bija līdzīga R-7, bet ar sešām pirmās pakāpes sānu raķešu podiem, kas aprīkoti ar NK-9 dzinējiem. Otrais posms (centrālais bloks) tika aprīkots ar PAGALMU. Raķetes palaišanas svars bija 850-880 t. ar kravnesības masu 35-40t. (Tika izskatīts arī variants ar palaišanas masu 2000 tonnas. Garums 42 m. Maksimālais šķērsizmērs 19 m. Kravnesība līdz 150 tonnām.). Visu YAKhR-2 vienību dzinēji tika palaisti uz Zemes. Tajā pašā laikā NRE tika pārvests uz “dīkstāves” režīmu (reaktora jauda bija 0,1% no nominālās, ja nebija darba šķidruma plūsmas ātruma). Darba režīma aktivizēšana tika veikta lidojumā dažas sekundes pirms sānu bloku atdalīšanas. 1959. gada vidū OKB-1 izsniedza tehniskos uzdevumus dzinēju būvētājiem (OKB-670 un OKB-456) kodolraķešu dzinēju projektu izstrādei ar 200 un 40 tonnu vilces spēku. Pēc H-1 smagā nesēja darba uzsākšanas, pamatojoties uz to, tika izskatīts jautājums par divpakāpju nesēja izveidi ar kodolraķešu dzinēju otrajā posmā. Tas nodrošinātu Zemes orbītā palaistās kravnesības pieaugumu vismaz 2-2,5 reizes, bet Mēness pavadoņa orbītas pieaugumu par 75-90%. Bet arī šis projekts netika pabeigts - raķete N-1 nekad nav lidojusi. PAGALMA projektēšanu veica OKB-456 un OKB-670. Viņi ir pabeiguši vairākus projektus kodolraķešu dzinējiem ar cietfāzes reaktoru. Tātad OKB-456 līdz 1959. gadam. Tika sagatavoti RD-401 dzinēju ar ūdens padevēju un RD-402 dzinēju ar berilija moderatoru, kuru vilces spēks tukšumā bija 170 tonnas, uzmetumi. ar īpatnējo vilces impulsu 428 sek. Šķidrais amonjaks kalpoja kā darba šķidrums. Līdz 1962. gadam atbilstoši OKB-1 darba uzdevumam tika pabeigts projekts RD-404 ar vilces spēku 203 tonnas. ar īpatnējo vilces impulsu 950 sek. (RT - šķidrais ūdeņradis), un 1963. g. - RD-405 ar vilces spēku 40-50t. Tomēr 1963. g visi OKB-456 centieni tika novirzīti gāzes fāzes kodolraķešu dzinēju izstrādei. Vairākus NRE projektus ar cietfāzes reaktoru un amonija-spirta maisījumu kā RT izstrādāja tajos pašos gados OKB-670. Lai pārietu no sākotnējās projektēšanas uz reālu NRE paraugu izveidi, bija jāatrisina vēl daudzi jautājumi un, pirmkārt, jāizpēta kodolreaktora degvielas elementu (FEL) darbspēja augstās temperatūrās. Kurčatovs 1958. gadā ierosināja šim nolūkam izveidot sprādzienbīstamu reaktoru (RVD, mūsdienu nosaukums ir impulsa grafīta reaktors - IGR). Tā projektēšana un izgatavošana tika uzticēta NII-8. RVD siltumenerģija urāna skaldīšana netika izņemta ārpus kodola, bet tika uzkarsēta līdz ļoti augstām temperatūrām grafīts, no kura (kopā ar urānu) tas veidojās. Skaidrs, ka šāds reaktors varētu darboties tikai īsu laiku - ar impulsiem, ar atslēgšanu dzesēšanai. Metāla daļu neesamība kodolā ļāva radīt "zibspuldzes", kuru jaudu ierobežoja tikai grafīta sublimācijas temperatūra. Aktīvās zonas centrā bija dobums, kurā atradās testa paraugi. Tajā pašā 1958. gadā Semipalatinskas poligonā, netālu no pirmās atombumbas izmēģinājumu poligona, sākās nepieciešamo ēku un būvju celtniecība. 1960. gada maijs-jūnijs tika veikta fiziska (“aukstā”) reaktora iedarbināšana, un gadu vēlāk tika veikta iedarbināšanas sērija ar grafīta skursteņa uzsildīšanu līdz 1000 grādiem. Lai nodrošinātu vides drošību, stends tika uzbūvēts pēc "slēgtas" shēmas - izlietotais dzesēšanas šķidrums pirms nokļūšanas atmosfērā tika turēts gāzes tvertnēs, pēc tam filtrēts. Kopš 1962. gada IGR (RVD) dažādu veidu degvielas stieņi un degvielas komplekti (FA) tika pārbaudīti kodolreaktoriem, kas izstrādāti NII-9 un NII-1. Piecdesmito gadu otrajā pusē NII-1 un IPPE veica gāzes degvielas elementu gāzes dinamikas un gāzes fāzes reaktoru fizikas pētījumus, kas parādīja fundamentālu iespēju izveidot gāzes fāzes NRE. Šāda dzinēja darba kamerā ar magnētiskā lauka palīdzību, ko radīja to apņemošais solenoīds, tika izveidota “stagnējoša” zona, kurā urāns tika uzkarsēts līdz aptuveni 9000 grādu temperatūrai. un sildīja caur šo zonu plūstošo ūdeņradi (tam tika pievienotas speciālas piedevas, lai uzlabotu starojuma enerģijas absorbciju). Daļu kodoldegvielas neizbēgami aiznesa gāzes plūsma, tāpēc bija pastāvīgi jākompensē urāna zudumi. Gāzes fāzes NRE īpatnējais impulss varētu būt līdz 20 000 m/s. Darbs pie šāda dzinēja sākās 1963. gadā. OKB-456 (ar NII-1 zinātnisko vadību). 1962. gadā IPPE tika izveidots eksperimentālais stends IR-20 ar cietfāzes reaktoru, kura moderators bija ūdens. To pirmo reizi izmantoja cietfāzes NRE reaktoru fizisko parametru izpētei, kas kalpoja par pamatu turpmākajiem projektiem. 1968. gadā Ņemot vērā IR-20 stendā gūto pieredzi, šeit tika uzbūvēts arī Strela fiziskais stends, uz kura tika uzstādīts reaktors, kas bija dizains diezgan tuvu NRE lidojuma modeļa reaktoram. Nākamais solis ceļā uz NRE izveidi bija īpašas eksperimentālas iekārtas izveide NRE reaktora zemes prototipa testēšanai. 1964. gadā Tika izdots valdības dekrēts par kodolraķešu dzinēju izmēģinājumu stenda būvniecību Semipalatinskas poligonā, kas saņēma nosaukumu "Baikāls". Līdz 1965. gada februārim IAE tika sagatavots darba uzdevums Baikāla kompleksa reaktora izstrādei (tas saņēma indeksu IVG-1 augstas temperatūras gāzu dzesēšana). NII-8 sāk savu projektēšanu (saskaņā ar IAE zinātnisko norādījumu). Degvielas komplektu izstrāde un ražošana ir uzticēta NIITVEl. 1966. gadā pirmā padomju cietfāzes NRE izstrāde (saņēma indeksu 11B91 vai RD-0410) tika nodota Voroņežas ķīmiskās automatizācijas projektēšanas birojam (KBKhA) Ch. dizainers A.D. Konopatovs. 1968. gadā NPO Energomash (OKB-456) pabeidza dzinēja ar gāzes fāzes reaktoru sākotnējās konstrukcijas izstrādi. Dzinējam, kas apzīmēts ar RD-600, bija jābūt aptuveni 600 tonnu vilces spēkam. ar pašmasu aptuveni 60 tonnas. Berilijs un grafīts tika izmantoti kā moderators un atstarotājs. RT - ūdeņradis ar litija pievienošanu. 1968. gada 24. maijs tika izdots valdības dekrēts, kas paredzēja kodolraķešu dzinēja izveidi, pamatojoties uz ierosināto projektu, kā arī stenda bāzes būvniecību tā testēšanai ar nosaukumu Baikāls-2. Paralēli YARD 11B91 lidojuma modeļa izstrādei KBKhA, NII-1 tika izveidots tā stenda prototips (IR-100). 1970. gadā tika veikta šo darbu kombinācija (programma saņēma indeksu 11B91-IR-100) un visi kodolraķešu dzinēju stenda un lidojumu modeļu projektēšanas darbi tika koncentrēti KBKhA. Pirmā YARD 11B91-IR-100 reaktora fiziskā palaišana tika veikta IPPE Strela stendā. Tā veica plašu pētniecības programmu. Baikāla kompleksa celtniecība ilga vairākus gadus. Kompleksam vajadzēja sastāvēt no divām šahtām, kurās eksperimentālie reaktori tika nolaisti, izmantojot portālceltni. 1972. gada 18. septembris reaktora IVG-1 fiziskā iedarbināšana notika Baikāla kompleksa pirmās darba vietas ietvaros. To varētu izmantot arī kā nākotnes YRD stenda prototipu ar 20–40 tonnu vilces spēku. un kā stends jaunu kodoldegvielas veidu testēšanai. Reaktoram bija berilija atstarotājs, un ūdens bija moderators. Tās kodols sastāvēja no 31 degvielas komplekta. Ūdeņradi, dzesēšanas kodoldegvielu, varēja uzkarsēt līdz 2500 grādiem, un pat 3000 grādus varēja iegūt speciālā centrālajā kanālā.Jaudas iedarbināšana notika tikai 1975. gada marta sākumā. kas tika skaidrots ar nepieciešamību pabeigt visu soliņu kompleksa ēku un būvju izbūvi, veikt liela apjoma robotu nodošanu ekspluatācijā un apmācīt personālu. Instrumenti atradās pazemes bunkurā, kas atradās starp raktuvēm. Citā atrodas 800m attālumā. bija vadības panelis. Vadības panelim varēja piekļūt no drošās zonas pa pusotru kilometru garu pazemes tuneli. Netālu no raktuves 150m dziļumā. tika novietots sfērisks konteiners, kurā zem augsta spiediena tika sūknēta ūdeņraža gāze. Uzkarsē reaktorā līdz gandrīz 3000 grādiem. ūdeņradis tika izvadīts tieši atmosfērā. Tomēr skaldīšanas produktu noņemšana šajā gadījumā bija tuvu radioaktīvajām emisijām no atomelektrostacijām to parastās darbības laikā. Un tomēr, dienas laikā nedrīkstēja tuvoties raktuvei tuvāk par pusotru kilometru, un pašai raktuvei nevarēja tuvoties mēnesi. 13 gadu darbības laikā tika veikti 28 IVG-1 reaktora “karstie” iedarbinājumi. Aptuveni 200 ar gāzi dzesējamu degvielas komplektu tika pārbaudīti kā daļa no 4 eksperimentālajiem serdeņiem. Vairāku mezglu kalpošanas laiks, kas uzkrāts ar nominālo jaudu, bija 4000 sekundes. Daudzi šo pārbaužu rezultāti ievērojami pārsniedz ASV NRE programmas darba gaitā iegūtos, jo maksimālais siltuma izdalīšanās blīvums IVG-1 reaktora aktīvajā zonā sasniedza 25 kW/cm3. pret 5,2 amerikāņiem ūdeņraža temperatūra degvielas bloku izejā bija aptuveni 2800 grādi pret 2300 amerikāņiem. 1977. gadā ekspluatācijā tika nodots otrais-A darba vieta soliņu komplekss "Baikāls", uz kura 17.09.1977. tika palaists pirmais stenda reaktors YARD 11B91-IR-100, kas saņēma apzīmējumu IRGIT. Sešus mēnešus vēlāk, 1978. gada 27. martā. jaudas iedarbināšana ir veikta. Kuras gaitā tika sasniegta jauda 25 MW (15% no projektētās), ūdeņraža temperatūra 1500 grādi, darbības laiks 70 sekundes. Pārbaužu laikā 1978. gada 3. jūlijā. un 1978. gada 11. augusts. tika sasniegta jauda 33 MW un 42 MW, ūdeņraža temperatūra bija 2360 grādi. 70. gadu beigās un 80. gadu sākumā stenda kompleksā tika veiktas vēl divas testu sērijas - otrā un trešā 11B91-IR-100 ierīce. Turpinājās arī degvielas komplektu testēšana IGR un IVG reaktoros, norisinājās objektu būvniecība, ar mērķi nodot ekspluatācijā otro-B darba vietu ar šķidro ūdeņradi darbināma dzinēja testēšanai. Tajā pašā laikā stendā, kas atrodas Zagorskā netālu no Maskavas, tika veikti tā sauktā “aukstā” dzinēja 11B91X testi, kuram nebija kodolreaktora. Ūdeņradi karsēja īpašos siltummaiņos no parastajiem skābekļa-ūdeņraža degļiem. Līdz 1977. gadam tika atrisināti visi "aukstā" dzinēja izstrādes uzdevumi (vienības varēja strādāt stundām). Principā YARD tika izveidots un tā sagatavošana lidojuma testiem bija vēl vairāku gadu jautājums. YARD 11B91 bija neviendabīgs termiskais neitronu reaktors, cirkonija hidrīds kalpoja kā moderators, berilija atstarotājs, kodoldegvielas materiāls uz urāna un volframa karbīdu bāzes ar urāna-235 saturu aptuveni 80%. Tas bija salīdzinoši mazs metāla cilindrs ar aptuveni 50 cm diametru. un apmēram metru garš. Iekšpusē - 900 plāni stieņi, kas satur urāna karbīdu. YARD reaktoru ieskauj berilija neitronu reflektors, kurā bija iestrādātas bungas, no vienas puses pārklātas ar neitronu absorbētāju. Viņi pildīja vadības stieņu lomu - atkarībā no tā, kura bungu puse bija vērsta pret serdi, tie absorbēja vairāk vai mazāk neitronu, regulējot rektora jaudu (amerikāņiem bija tāda pati shēma). Ap 1985. gadu. YARD 11B91 varētu veikt savu pirmo lidojumu kosmosā. Bet tas nenotika dažādu iemeslu dēļ. Līdz 80. gadu sākumam bija panākts ievērojams progress ļoti efektīvu raķešu dzinēju izstrādē, kas līdz ar atteikšanos no Mēness un citu Saules sistēmas tuvumā esošo planētu izpētes plāniem apšaubīja izveidojot kodolraķešu dzinēju. Radušās ekonomiskās grūtības un tā sauktā "perestroika" noveda pie tā, ka visa kosmosa industrija bija "negodā" un 1988.g. darbs pie kodolraķešu dzinēja PSRS tika pārtraukts. Ideju par elektrības izmantošanu reaktīvās piedziņas radīšanai izteica K.E. Ciolkovskis tālajā 1903. gadā. Pirmā eksperimentālā EJE tika izveidota Gāzes dinamikas laboratorijā (Ļeņingradā) V.P.Gluško vadībā 1929.-1933.gadā. EJE izveides iespēju izpēte sākās 50. gadu beigās IAE (L.A. Artsimoviča vadībā), NII-1 (V.M.Ievļeva un A.A. Porotņikova vadībā) un vairākās citās organizācijās. . Tātad OKB-1 tika veikts pētījums, kura mērķis bija izveidot kodolenerģijas elektrisko dzinēju. 1962. gadā Nesējraķetes H1 sākotnējā projektā bija iekļauti “Materiāli kodolpiedziņai smagajiem starpplanētu kosmosa kuģiem”. 1960. gadā Tika izdots valdības dekrēts par elektropiedziņas sistēmas darba organizēšanu. Papildus IAE un NII-1 darbā tika iesaistīti desmitiem citu pētniecības institūtu, projektēšanas biroju un organizāciju. Līdz 1962. gadam gadā NII-1 tika izveidots erozijas tipa impulsa plazmas dzinējs (SPT). SPD plazma veidojas cieta dielektriķa (fluoroplasta-4, pazīstams arī kā teflons) iztvaikošanas (ablācijas) rezultātā impulsa (dzirksteļu) elektriskā izlāde, kuras ilgums ir vairākas mikrosekundes (impulsa jauda 10–200 MW) kam seko plazmas elektromagnētiskais paātrinājums. Pirmie šāda dzinēja dzīves testi sākās 27. martā un turpinājās līdz 1962. gada 16. aprīlim. Ar vidējo enerģijas patēriņu 1 kW (impulss - 200 MW) vilces spēks bija 1 g. - vilces spēka "cena" 1 kW/g. Lai veiktu testus kosmosā, bija nepieciešama aptuveni 4 reizes mazāka vilces spēka “cena”. Šie parametri tika sasniegti līdz 1962. gada beigām. Jaunais dzinējs patērēja 50 W (impulsa jauda 10 MW), lai radītu 0,2 g vilces spēku. (vēlāk vilces “cena” tika palielināta līdz 85W uz 1 gadu). 1963. gada martā tika izveidota un pārbaudīta uz SPD balstīta kosmosa kuģa stabilizācijas sistēmas vadības sistēma, kas ietvēra sešus dzinējus, sprieguma pārveidotāju ( dzirksteles izlāde tika izveidoti kondensatori ar jaudu 100 mikrofarādes ar spriegumu 1 kV), programmatūras komutācijas ierīce, augstsprieguma hermētiskie savienotāji un citas iekārtas. Plazmas temperatūra sasniedza 30 tūkstošus grādu. un izelpas ātrums ir 16 km/sek. Pirmā kosmosa kuģa (Zonda tipa starpplanētu stacijas) palaišana ar elektrisko dzinēju bija paredzēta 1963. gada novembrī. Palaišana 1963. gada 11. novembrī beidzās ar avāriju RN. Tikai 1964. gada 30. novembris. AMS "Zond-2" ar EJE uz klāja veiksmīgi palaists Marsa virzienā. 1964. gada 14. decembris vairāk nekā 5 miljonu km attālumā no Zemes tika ieslēgti plazmas dzinēji (tolaik tika izslēgti gāzes dinamiskie dzinēji), kas darbojās no saules baterijām. 70 min laikā. seši plazmas dzinēji uzturēja nepieciešamo stacijas orientāciju kosmosā. ASV 1968. gadā. Sakaru satelīts "LES-6" tika palaists ar četriem erozijas SPD, kas darbojās vairāk nekā 2 gadus. Turpmākam darbam pie EJE tika organizēts Dizaina birojs "Fakel" (uz Kaļiņingradas B. S. Stechkina vārdā nosauktā Dizaina biroja bāzes). Pirmā OKB Fakel izstrāde bija Globus tipa militārā kosmosa kuģa (AES Horizon) stabilizācijas un orientācijas sistēmas EPS, kas atrodas tuvu Zond-2 IPD. Kopš 1971. gada Laikapstākļu satelīta Meteor orbītas korekcijas sistēmā tika izmantoti divi Fakel Design Bureau plazmas dzinēji, no kuriem katrs ar svaru 32,5 kg patērēja aptuveni 0,4 kW, vienlaikus attīstot aptuveni 2 g vilces spēku. izplūdes ātrums virs 8 km/s, RT (saspiests ksenons) krājums bija 2,4 kg. Kopš 1982. gada uz ģeostacionāro sakaru satelītiem "Luch" tiek izmantoti OKB "Fakel" izstrādātie EJE. Līdz 1991. gadam ERE veiksmīgi darbojās 16 kosmosa kuģos. Sīkāka informācija par EJD tiks aprakstīta atsevišķā saidia lapā. Izveidotā EJE vilces spēku ierobežoja borta barošanas avotu elektriskā jauda. Lai palielinātu EPS vilces spēku līdz vairākiem kilogramiem, bija nepieciešams palielināt jaudu līdz vairākiem simtiem kilovatu, kas ar tradicionālajām metodēm (akumulatoriem un saules paneļiem) praktiski nebija iespējams. Tāpēc paralēli darbam pie EJE IPPE, IAE un citas organizācijas uzsāka darbu pie kodolreaktora siltumenerģijas tiešas pārvēršanas elektroenerģijā. Enerģijas pārveidošanas starpposmu izslēgšana un kustīgu daļu neesamība ļāva izveidot kompaktas, vieglas un uzticamas spēkstacijas ar pietiekami lielu jaudu un resursiem, kas piemērotas izmantošanai kosmosa kuģos. 1965. gadā OKB-1 kopā ar IPPE tika izstrādāts kodoldzinēja YaERD-2200 projekts starpplanētu kosmosa kuģim ar apkalpi. Vilces sistēma sastāvēja no diviem blokiem (katram bija sava atomelektrostacija), katra bloka elektriskā jauda bija 2200 kW, vilce 8,3 kg. Magnetoplazmas dzinēja īpatnējais impulss bija aptuveni 54 000 m/s. 1966.-70.gados. Tika izstrādāts ar nesējraķeti N1M palaist Marsa kompleksa termoelektrostacijas (11B97) un elektriskās piedziņas sistēmas projekts. Kodolelektriskā vilces sistēma tika montēta no atsevišķiem blokiem, viena bloka elektriskā jauda bija līdz 5 MW. EJE vilces spēks - 9,5 kg. pie īpatnējā vilces impulsa 78000 m/sek. Tomēr jaudīgu kodolenerģijas avotu izveide prasīja daudz vairāk laika, nekā gaidīts. Radioizotopu termoelektriskie ģeneratori (RTG), kas izmantoja radioaktīvo izotopu (piemēram, polonija-210) spontānas skaldīšanas siltumu, bija pirmie, kas atrada praktisku pielietojumu to konstrukcijas vienkāršības un mazā svara dēļ. Termoelektriskais pārveidotājs būtībā bija parasts termopāris. Tomēr to salīdzinoši zemais RITEG enerģijas patēriņš un izmantoto izotopu augstās izmaksas ievērojami ierobežoja to izmantošanu. Labākas perspektīvas bija termoelektrisko un termisko enerģijas pārveidotāju izmantošanai kombinācijā ar kodolreaktoriem, kas apvienoti vienā blokā (reaktors-pārveidotājs). Maza izmēra reaktora-pārveidotāja izveides iespējas eksperimentālai pārbaudei IEA (kopā ar NPO Luch) 1964. gadā. Tika izveidota eksperimentāla iekārta "Romashka". Kodolā izdalītais siltums sildīja uz reaktora ārējās virsmas izvietoto termoelektrisko pārveidotāju, kas sastāvēja no liela skaita silīcija-germānija pusvadītāju plāksnīšu, savukārt to otru virsmu atdzesēja radiators. Elektrības jauda bija 500 vati. pie reaktora siltuma jaudas 40 kW. Drīzumā "Kumelīšu" izmēģinājumi tika pārtraukti, jo tai jau tika veikti daudz lielākas jaudas atomelektrostacijas BES-5 ("Buk") testi. Atomelektrostacijas BES-5 ar 2800 W elektrisko jaudu, kas paredzēta US-A radara izlūkošanas kosmosa kuģa aprīkojuma darbināšanai, izstrāde sākās 1961. gadā. NPO Krasnaya Zvezda IPPE zinātniskajā vadībā. Kosmosa kuģa US-A (1970. gada 3. oktobris "Cosmos-367") pirmais lidojums bija neveiksmīgs - atomelektrostacija BES-5 strādāja 110 minūtes. pēc tam reaktora serde izkusa. Nākamās 9 modificētās atomelektrostacijas palaišanas reizes bija veiksmīgas 1975. gadā. KA US-A pieņēma Jūras spēki. 1978. gada janvārī sakarā ar kosmosa kuģa US-A (Kosmos-954) atteici Kanādas teritorijā nokrita Bukas atomelektrostacijas fragmenti.Kopumā (pirms ekspluatācijas pārtraukšanas 1989.gadā) šie kosmosa kuģi tika palaisti 32. - tika veikti darbi. uz kodolspēkstacijām ar termopārveidotājiem, kurām bija augstāka efektivitāte, kalpošanas laiks un svara un izmēra raksturlielumi. Termioniskajā atomelektrostacijā tiek izmantota termoemisijas ietekme no pietiekami uzkarsēta vadītāja virsmas. Lieljaudas termopārveidotāju testēšanai 1964. gadā. tika izveidota reaktora bāze Kijevā (1970. gadā tāda pati bāze parādījās Alma-Atā). Darbu veica divi izstrādātāji - NPO Krasnaya Zvezda (IPPE zinātniskā vadība) tika izstrādāta Topaz atomelektrostacija ar elektrisko jaudu 5-6,6 kW. radaru izlūkošanas pavadoņiem Energovak-TsKBM (RRC Kurčatova institūta zinātniskā vadība) izstrādāja Jeņisejas atomelektrostaciju televīzijas apraides kosmosa kuģim Ekran-AM. Atomelektrostacija "Topaz" divas reizes tika izmēģināta kosmosā uz kosmosa kuģa "Plasma-A" (1987. gada 2. februārī "Cosmos-1818" un 1987. gada 10. jūlijā "Cosmos-1867"). Ar aptuveno viena gada resursiem jau otrajā lidojumā Topaz strādāja vairāk nekā 11 mēnešus, taču palaišana tur apstājās. Darbs pie atomelektrostacijas "Jeņisejs" tika pārtraukts zemes izmēģinājumu stadijā, jo tika pārtraukts darbs pie kosmosa kuģa, kuram tas bija paredzēts. Sīkāka informācija par kodolenerģijas avotiem kosmosa kuģiem tiks aprakstīta atsevišķā vietnes lapā. 1970. gadā NPO Energomash izstrādāja kosmosa atomelektrostacijas projektu ar gāzes fāzes reaktoru (ar skaldmateriāla bezplūsmas zonu) EU-610 ar elektrisko jaudu 3,3 GW. Taču problēmas, kas radās darba gaitā, neļāva realizēt šo projektu. 1978. gadā NPO Krasnaya Zvezda izstrādāja tehniskos priekšlikumus 2 Zarya-3 kodoldzinēju sistēmas versijām ar 24 kW elektrisko jaudu un vairāk nekā gadu. Pirmais variants ir atomelektrostacijas Topaz-1 modifikācija, otrai bija oriģināla shēma (tālvadības TPP ar siltuma caurulēm). Darbs pie instalācijām tika pārtraukts, jo nebija savienojuma ar konkrētu kosmosa kuģi. Laika posmā no 1981.-86. Tika veikts liels projektēšanas un eksperimentālais darbs, kas liecina par fundamentālu iespēju palielināt atomelektrostaciju kalpošanas laiku līdz 3-5 gadiem un elektrisko jaudu līdz 600 kW. 1982. gadā Saskaņā ar Maskavas apgabala darba uzdevumu NPO Energia (TsKBEM) izstrādāja tehnisko piedāvājumu kodola starporbitālajam velkonim Hercules ar elektrisko jaudu 550 kW, kas tiek palaists atsauces orbītā 200 km augstumā. komplekss "Energy-Buran" vai nesējraķete "Proton". 1986. gadā tika izstrādāts tehniskais piedāvājums par interorbitālā velkoņa ar kodoldzinēju izmantošanu līdz 100 tonnām smagu lietderīgo kravu transportēšanai ģeostacionārajā orbītā, kuras tiek palaistas nesējraķetes Energia atskaites orbītā. Taču šie darbi netika turpināti. Tādējādi PSRS nekad netika izveidota reāli strādājoša kodolelektrostacijas vilces sistēma, lai gan atomelektrostacijas tika veiksmīgi darbinātas ar sērijveida kosmosa kuģiem. Pirmais un vienīgais kosmosa kuģis, kuram bija atomelektrostacija ar elektrisko dzinēju, bija American Snapshot, kas tika palaists 1965. gada 3. aprīlī. Reaktora pārveidotāja elektriskā jauda bija 650 W. Aparātam tika uzstādīts eksperimentāls jonu dzinējs. Tomēr pati pirmā EJE ieslēgšana (43. lidojuma dienā) izraisīja reaktora avārijas izslēgšanu. Iespējams, iemesls tam bija augstsprieguma bojājumi, kas pavadīja elektriskās piedziņas dzinēja darbību, kā rezultātā tika nosūtīta nepatiesa komanda atiestatīt reaktora reflektoru, kas noveda pie tā iestrēgšanas. 1992. gadā ASV no Krievijas iegādājās divas Jeņisejas atomelektrostacijas. Vienu no reaktoriem bija paredzēts izmantot 1995. gadā. gadā "Kosmosa eksperiments ar kodolenerģijas elektrisko vilces sistēmu". Tomēr 1996. g projekts tika slēgts. ASV Los Alamos laboratorijā kopš 1952. gada tiek veikti pētījumi par NRE radīšanas problēmu. 1957. gadā sākās darbs pie Rover programmas. Atšķirībā no PSRS, kur tika veikta degvielas komplektu un citu dzinēja elementu testēšana pa elementiem, ASV viņi izvēlējās visu reaktoru uzreiz izveidot un pārbaudīt. Pirmais reaktors ar nosaukumu "Kiwi-A" ("KIWI-A") tika pārbaudīts 1959. gada 1. jūlijā. īpašā treniņu laukumā Nevadā. Tas bija viendabīgs reaktors, kura serde bija salikta no neaizsargātām plāksnēm, kas sastāvēja no grafīta un līdz 90% bagātināta urāna-235 oksīda maisījuma. Smagais ūdens kalpoja kā neitronu moderators. Urāna oksīds nevarēja izturēt augstu temperatūru, un ūdeņradis, kas iet cauri kanāliem starp plāksnēm, varēja uzkarsēt tikai līdz 1600 grādiem. Šo reaktoru jauda bija tikai 100 MW. Kiwi-A testi, tāpat kā visi nākamie, tika veikti ar atvērtu izlaišanu. Izplūdes produktu aktivitāte bija zema, un praktiski nebija nekādu ierobežojumu darbam testa zonā. Reaktora pārbaudes tika pabeigtas 1961. gada 7. decembrī. (pēdējās palaišanas laikā kodols tika iznīcināts, tika atzīmēta plākšņu fragmentu izdalīšanās izplūdes strūklā). Sešu kodolraķešu dzinēja "karsto testu" rezultāti izrādījās ļoti iepriecinoši, un 1961. gada sākumā. tika sagatavots ziņojums par nepieciešamību pārbaudīt reaktoru lidojuma laikā. Taču drīz vien “reibonis” no pirmajiem panākumiem sāka pāriet, tika saprasts, ka ceļā uz PAGALMA izveidi ir daudz problēmu, kuru risināšana prasīs daudz laika un naudas. Turklāt progress ķīmisko dzinēju izveidē kaujas raķetēm ir atstājis tikai kosmosa sfēru kodolraķešu dzinēju izmantošanai. Neskatoties uz to, ka līdz ar parādīšanos Baltais nams Kenedija administrācijas laikā (1961. gadā) darbs ar kodolieroču lidmašīnu tika pārtraukts, Rover programma tika saukta par "vienu no četrām prioritārās jomas kosmosa iekarošanā” un tika tālāk attīstīts. Lai izveidotu NRE lidojuma versiju, tika pieņemtas jaunas programmas "Rift" (RIFT - Reactor In Flight Test - reaktors testa lidojumā) un "Nerva" (NERVA - Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Turpinājās Kiwi sērijas reaktoru testēšana. 1962. gada 1. septembris tika pārbaudīts "Kiwi-V" ar jaudu 1100 MW, kas darbojas uz šķidrā ūdeņraža. Urāna oksīds tika aizstāts ar karstumizturīgāku karbīdu, turklāt stieņi tika pārklāti ar niobija karbīdu, bet testa laikā, mēģinot sasniegt paredzēto temperatūru, reaktors sāka sabrukt (plākšņu fragmenti sāka izlidot caur sprauslu). Nākamā palaišana notika 1962. gada 30. novembrī. bet pēc 260 sek. Pārbaude tika pārtraukta spēcīgas vibrācijas dēļ reaktora iekšpusē un liesmas uzplaiksnījumiem izplūdes strūklā. Šo neveiksmju rezultātā plānotais 1963.g. Kiwi-V reaktoru testi tika pārcelti uz nākamo gadu. 1964. gada augustā tika veikts vēl viens tests, kura laikā dzinējs darbojās ar 900 MW jaudu vairāk nekā astoņas minūtes, attīstot 22,7 tonnu vilces spēku. pie izplūdes ātruma 7500 m/s. Pašā 1965. gada sākumā. tika veikts pēdējais tests, kura laikā reaktors tika iznīcināts. Viņš tika apzināti nogādāts līdz sprādzienam ātra "paātrinājuma" rezultātā. Ja parasti reaktora pāreja no nulles jaudas uz pilnu jaudu prasa desmitiem sekunžu, tad šī testa laikā šādas pārejas ilgumu noteica tikai vadības stieņu inerce un aptuveni 44 milisekundes pēc to pārsūtīšanas uz pilnu jaudu. jaudas stāvoklī, notika sprādziens, kas līdzvērtīgs 50–60 kg. trinitrotoluols. Rift programma ietvēra raķetes Saturn-V palaišanu ar eksperimentālu reaktoru ballistisko trajektoriju līdz 1000 km. un to sekojošā iekrišana Atlantijas okeāna dienvidu daļā. Pirms ieiešanas ūdenī bija paredzēts uzspridzināt YARD reaktoru (tolaik par radiācijas drošību maz domāja). Taču gadu no gada programmas īstenošana aizkavējās un galu galā tā arī netika realizēta. Pirmajā NERVA dzinēja darba posmā to pamatā bija nedaudz modificēts Kiwi-V reaktors, ko sauca par NERVA-NRX (eksperimentālā kodolraķete - kodolraķete eksperimentāls). Tā kā līdz tam laikam vēl nebija atrasts materiāls, kas varētu darboties 2700–3000 grādu temperatūrā. un, lai pretotos karstā ūdeņraža iznīcināšanai, tika nolemts pazemināt darba temperatūru un īpatnējais impulss tika ierobežots līdz 8400 m/s. Reaktora izmēģinājumi sākās 1964. gadā, tie sasniedza 1000 MW jaudu, vilces spēku aptuveni 22,5 tonnas. plūsmas ātrums virs 7000 m/s. 1966. gadā pirmo reizi dzinējs tika pārbaudīts ar pilnu jaudu 1100 MW. Kur viņš strādāja 28 minūtes. (no 110 darba minūtēm). Ūdeņraža temperatūra pie reaktora izejas sasniedza 2000 grādus, vilces spēks bija 20 tonnas. Nākamajā programmas posmā bija paredzēts izmantot jaudīgākus Phoebus reaktorus (Phoebus un Pewee). Uzlabotu cietfāzes grafīta reaktoru izstrāde NERVA dzinējam saskaņā ar programmu Phoebus Los Alamos laboratorijā tiek veikta kopš 1963. gada. Pirmajam no šiem reaktoriem ir aptuveni tādi paši izmēri kā Kiwi-V (diametrs 0,813 m, garums 1,395 m), taču tas ir paredzēts aptuveni divreiz lielākai jaudai. Uz šī reaktora bāzes tika plānots izveidot dzinēju NERVA-1. Nākamā modifikācija ar jaudu aptuveni 4000–5000 MW bija paredzēta NERVA-2 dzinējam. Šim dzinējam ir 90-110 t vilces jauda. Bija paredzēts, ka izplūdes ātrums ir līdz 9000 m/s. Dzinēja augstums ir aptuveni 12 m. ārējais diametrs - 1,8m. Darba šķidruma patēriņš 136kg/s. NERVA-2 dzinēja svars bija aptuveni 13,6 tonnas. finansiālu grūtību dēļ NERVA-2 dzinējs drīz tika pamests un viņi pārgāja uz NERVA-1 palielinātas jaudas dzinēja ar 34 tonnu vilci. plūsmas ātrums 8250m/s. Pirmā NRX-A6 reaktora pārbaude šim dzinējam tika veikta 1967. gada 15. decembrī. 1969. gada jūnijā notika eksperimentālā NERVA XE dzinēja pirmie karstie testi ar vilces spēku 22,7 tonnas. Kopējais dzinēja darbības laiks bija 115 minūtes, veikti 28 starti. YARD "NERVA-1" bija homogēns reaktors ar aktīvo zonu ar diametru 1 m. un augstums 1,8 m. kas sastāv no 1800 sešstūrainiem degvielas stieņiem (kodoldegvielas koncentrācija ir 200 - 700 mg / cc). Reaktoram bija aptuveni 150 mm biezs gredzenveida reflektors, kas izgatavots no berilija oksīda. Reaktora jaudas tvertne ir izgatavota no alumīnija sakausējuma, iekšējais starojuma vairogs no kompozītmateriāla (bora karbīds–alumīnijs–titāna hidrīds). Starp reaktoru un turbosūkņa blokiem var uzstādīt arī papildu ārējo aizsardzību. NASA uzskatīja, ka dzinējs ir piemērots plānotajai misijai uz Marsu. To bija paredzēts uzstādīt uz nesējraķetes Saturn-5 augšējās pakāpes. Šāds nesējs kosmosā varētu pārvadāt divas vai trīs reizes vairāk kravas nekā tā tīri ķīmiskā versija. Bet Lielākā daļa Niksona administrācija atcēla amerikāņu kosmosa programmu. Un izbeigšana 1970. gadā. raķešu Saturn-5 ražošana pielika punktu kodolraķešu dzinēju izmantošanas programmai. Los Alamosā darbs pie Pewee dzinējiem saskaņā ar Rover programmu turpinājās līdz 1972. gadam. pēc tam programma beidzot tika slēgta. Galvenā atšķirība starp mūsu YARD un Amerikas ir tā, ka tie bija neviendabīgi. Viendabīgos (viendabīgos) reaktoros kodoldegvielu un moderatoru sajauc. Sadzīves NRE kodoldegviela tika koncentrēta degvielas stieņos (atsevišķi no moderatora) un tika slēgta aizsargapvalkā, tā ka moderators darbojās daudz zemākā temperatūrā nekā Amerikas reaktoros. Tas ļāva atteikties no grafīta un izmantot cirkonija hidrīdu kā moderatoru. Rezultātā reaktors izrādījās daudz kompaktāks un vieglāks nekā grafīta. Tas kopā ar padomju konstruktoru atrasto stieņu formu (četru daivu šķērsgriezumā un garumā savīti) ļāva ievērojami samazināt urāna zudumus stieņu iznīcināšanas rezultātā (tas nebija iespējams lai pilnībā novērstu iznīcināšanu). Šobrīd ievērojama pieredze cietfāzes kodolraķešu dzinēju izstrādē un būvniecībā ir tikai ASV un Krievijai, kuras nepieciešamības gadījumā spēs izveidot šādus dzinējus īsā laikā un par pieņemamu cenu. IGR un IVG-1 reaktoru kompleksi tagad pieder Kazahstānas Republikas Nacionālajam kodolcentram. Iekārta tiek uzturēta samērā darbīgā stāvoklī. Iespējams, ka darba atsākšana pie lidojumu programmām uz Mēnesi un Marsu atdzīvinās interesi par cietfāzes kodolraķešu dzinējiem. Turklāt NRE izmantošana var ievērojami paplašināt Saules sistēmas izpētes robežas, samazinot laiku, kas nepieciešams, lai sasniegtu attālās planētas. 2010. gadā Krievijas prezidents Medvedevs pavēlēja izveidot kosmosa transporta un enerģijas moduli uz atomelektrostacijas bāzes, izmantojot jonu elektrisko piedziņu. Reaktoru būvēs uzņēmums NIKIET. Keldišas centrs izveidos atomelektrostaciju, bet RSC Energia - transporta un enerģijas moduli. Gāzes turbīnas pārveidotāja izejas elektriskā jauda nominālajā režīmā būs 100-150 kW. Ksenons ir paredzēts izmantot kā RT. ERD īpatnējais impulss 9000-50000m/sek. resurss 1,5-3 gadi. Instalācijas masai un izmēriem ir jāļauj tās palaišanai izmantot nesējraķetes Proton un Angara. 2014. gadā sāksies strādājoša prototipa izmēģinājumi uz zemes, un līdz 2017. gadam kodoldzinējs būs gatavs palaišanai kosmosā (2003. gadā līdzīgu programmu sāka arī NASA). bet pēc tam finansējums tika pārtraukts). Visa projekta izstrādei būs nepieciešami 17 miljardi rubļu. Gaidi un redzēsi.
Skeptiķi apgalvo, ka kodoldzinēja izveide nav būtisks progress zinātnes un tehnikas jomā, bet gan tikai “tvaika katla modernizācija”, kur ogļu un malkas vietā kā kurināmais darbojas urāns, bet ūdeņradis – kā degviela. darba šķidrums. Vai NRE (nukleārais reaktīvais dzinējs) ir tik neperspektīvs? Mēģināsim to izdomāt.
Pirmās raķetes
Visus cilvēces nopelnus Zemes tuvumā esošās telpas attīstībā var droši attiecināt uz ķīmiskajiem reaktīvajiem dzinējiem. Šādu spēka agregātu darbības pamatā ir enerģijas pārveidošana ķīmiskā reakcija sadedzinot degvielu oksidētājā strūklas straumes un līdz ar to arī raķetes kinētiskajā enerģijā. Izmantotā degviela ir petroleja, šķidrais ūdeņradis, heptāns (šķidrās degvielas raķešu dzinējiem (LTE)) un polimerizēts amonija perhlorāta, alumīnija un dzelzs oksīda maisījums (cietajam propelentam (RDTT)).
Ir labi zināms, ka pirmās uguņošanas raķetes parādījās Ķīnā jau otrajā gadsimtā pirms mūsu ēras. Viņi pacēlās debesīs, pateicoties pulvera gāzu enerģijai. Būtisku ieguldījumu raķešu tehnikas attīstībā sniedza vācu ieroču kalēja Konrāda Hāsa (1556), poļu ģenerāļa Kazimira Semenoviča (1650), krievu ģenerālleitnanta Aleksandra Zasjadko teorētiskie pētījumi.
Patentu par pirmā šķidrās degvielas raķešu dzinēja izgudrošanu saņēma amerikāņu zinātnieks Roberts Goddards. Viņa aparāts, kura svars bija 5 kg un garums aptuveni 3 m, darbojās ar benzīnu un šķidru skābekli, 1926. gadā 2,5 s. nolidoja 56 metrus.
Dzenoties pēc ātruma
Nopietns eksperimentāls darbs pie sērijveida ķīmisko reaktīvo dzinēju radīšanas sākās pagājušā gadsimta 30. gados. Padomju Savienībā V. P. Gluško un F. A. Zanders tiek uzskatīti par raķešu dzinēju būves pionieriem. Ar viņu līdzdalību tika izstrādāti spēka agregāti RD-107 un RD-108, kas nodrošināja PSRS čempionātu kosmosa izpētē un lika pamatus turpmākajai Krievijas vadībai pilotējamās kosmosa izpētes jomā.
Līdz ar šķidrās degvielas dzinēja modernizāciju kļuva skaidrs, ka teorētiskais maksimālais strūklas plūsmas ātrums nedrīkst pārsniegt 5 km/s. Ar to var pietikt, lai pētītu Zemei tuvo telpu, taču lidojumi uz citām planētām un vēl vairāk zvaigznēm cilvēcei paliks nerealizējams sapnis. Rezultātā jau pagājušā gadsimta vidū sāka parādīties alternatīvo (neķīmisko) raķešu dzinēju projekti. Populārākās un daudzsološākās bija iekārtas, kas izmanto kodolreakciju enerģiju. Pirmie eksperimentālie kodolieroču kosmosa dzinēju (NRE) paraugi Padomju Savienībā un ASV tika pārbaudīti 1970. gadā. Taču pēc Černobiļas katastrofas pēc sabiedrības spiediena darbs šajā jomā tika apturēts (PSRS 1988. gadā, ASV - kopš 1994. gada).
Atomelektrostaciju darbība balstās uz tiem pašiem principiem kā termoķīmisko spēkstaciju darbība. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka darba šķidruma sildīšanu veic kodoldegvielas sabrukšanas vai saplūšanas enerģija. Šādu dzinēju energoefektivitāte ir daudz augstāka nekā ķīmiskajiem. Piemēram, enerģija, ko var atbrīvot 1 kg labākās degvielas (berilija maisījums ar skābekli), ir 3 × 107 J, savukārt Po210 polonija izotopiem šī vērtība ir 5 × 1011 J.
Kodoldzinējā atbrīvoto enerģiju var izmantot dažādos veidos:
uzsildot caur sprauslām izdalīto darba šķidrumu, kā tas ir tradicionālajā raķešu dzinējā, pēc pārvēršanas elektriskajā, jonizējot un paātrinot darba šķidruma daļiņas, radot impulsu tieši ar skaldīšanas vai saplūšanas produktiem. Pat parasts ūdens var darboties kā darba šķidrums, bet daudz efektīvāka būs alkohola lietošana, amonjaks vai šķidrais ūdeņradis. Atkarībā no reaktora degvielas agregācijas stāvokļa kodolraķešu dzinējus iedala cietā, šķidrā un gāzes fāzē. Visattīstītākais NRE ar cietās fāzes skaldīšanas reaktoru, kurā kā degvielu izmanto kodolspēkstacijās izmantotos degvielas stieņus (degvielas elementus). Pirmais šāds dzinējs amerikāņu projekta Nerva ietvaros izturēja zemes testus 1966. gadā, strādājot aptuveni divas stundas.
Dizaina iezīmes
Jebkura kodolenerģijas kosmosa dzinēja centrā ir reaktors, kas sastāv no aktīvās zonas un berilija atstarotāja, kas novietots enerģētikas ēkā. Tieši aktīvajā zonā parasti notiek urāna U238 atomu skaldīšanās, kas bagātināts ar U235 izotopiem. Lai piešķirtu kodola sabrukšanas procesam noteiktas īpašības, šeit atrodas arī moderatori - ugunsizturīgais volframs vai molibdēns. Ja moderators ir iekļauts degvielas elementu sastāvā, reaktoru sauc par viendabīgu, un, ja to novieto atsevišķi, - par neviendabīgu. Kodoldzinējā ietilpst arī darba šķidruma padeves bloks, vadības ierīces, aizsardzība pret ēnu starojumu un sprausla. Reaktora konstrukcijas elementus un komponentus, kuriem ir liela termiskā slodze, dzesē darba šķidrums, kas pēc tam ar turbosūkņa agregātu tiek ievadīts degvielas komplektos. Šeit tas tiek uzkarsēts līdz gandrīz 3000˚С. Izejot caur sprauslu, darba šķidrums rada strūklas vilci.
Tipiskas reaktora vadības ierīces ir vadības stieņi un rotējošie cilindri, kas izgatavoti no vielas, kas absorbē neitronus (boru vai kadmiju). Stieņi tiek novietoti tieši kodolā vai speciālās reflektora nišās, un rotācijas cilindri ir novietoti reaktora perifērijā. Kustinot stieņus vai griežot bungas, tiek mainīts skaldāmo kodolu skaits laika vienībā, regulējot reaktora enerģijas izdalīšanas līmeni un līdz ar to arī tā siltumjaudu.
Lai samazinātu neitronu un gamma starojuma intensitāti, kas ir bīstams visam dzīvajam, enerģētikā tiek izvietoti primārā reaktora aizsardzības elementi.
Efektivitātes uzlabošana
Šķidrās fāzes kodoldzinējs pēc principa un ierīces ir līdzīgs cietās fāzes dzinējam, taču degvielas šķidrais stāvoklis ļauj paaugstināt reakcijas temperatūru un līdz ar to arī spēka agregāta vilci. Tātad, ja ķīmiskajām vienībām (LTE un cietās degvielas raķešu dzinējiem) maksimālais īpatnējais impulss (strūklas sprādziena ātrums) ir 5420 m/s, cietfāzes kodolenerģijai un 10 000 m/s tas ir tālu no robežas, tad vidējā vērtība šis gāzes fāzes NRE indikators ir diapazonā no 30 000 līdz 50 000 m/s.
Ir divu veidu gāzes fāzes kodoldzinēju projekti:
Atvērts cikls, kurā plazmas mākonī notiek kodolreakcija no darba šķidruma, ko tur elektromagnētiskais lauks un absorbē visu radīto siltumu. Temperatūra var sasniegt vairākus desmitus tūkstošu grādu. Šajā gadījumā aktīvo reģionu ieskauj karstumizturīga viela (piemēram, kvarcs) - kodollampa, kas brīvi pārraida izstaroto enerģiju. Otrā tipa iekārtās reakcijas temperatūru ierobežos kušanas temperatūra. spuldzes materiāls. Tajā pašā laikā kodola kosmosa dzinēja energoefektivitāte nedaudz samazinās (īpatnējais impulss līdz 15 000 m/s), bet palielinās efektivitāte un radiācijas drošība.
Praktiskie sasniegumi
Formāli par atomelektrostacijas izgudrotāju tiek uzskatīts amerikāņu zinātnieks un fiziķis Ričards Feinmens. Liela mēroga darbs pie kosmosa kuģu kodoldzinēju izstrādes un izveides Rover programmas ietvaros tika dots Los Alamos pētniecības centrā (ASV) 1955. gadā. Amerikāņu izgudrotāji deva priekšroku rūpnīcām ar viendabīgu kodolreaktoru. Pirmais eksperimentālais "Kiwi-A" paraugs tika samontēts rūpnīcā atomu centrā Albukerkā (Ņūmeksika, ASV) un pārbaudīts 1959. gadā. Reaktors tika novietots vertikāli uz statīva ar sprauslu uz augšu. Pārbaužu laikā uzkarsēta izlietotā ūdeņraža strūkla tika izmesta tieši atmosfērā. Un, lai gan rektors ar mazu jaudu strādāja tikai aptuveni 5 minūtes, panākumi iedvesmoja izstrādātājus.
Padomju Savienībā spēcīgu impulsu šādiem pētījumiem deva 1959. gadā Atomenerģijas institūtā notikušā "trīs lielo K" tikšanās - tās radītājs. atombumba I. V. Kurčatovs, Krievijas kosmonautikas galvenais teorētiķis M. V. Keldišs un padomju raķešu ģenerālkonstruktors S. P. Koroļovs. Atšķirībā no amerikāņu modeļa padomju RD-0410 dzinējam, kas izstrādāts asociācijas Khimavtomatika (Voroņeža) projektēšanas birojā, bija neviendabīgs reaktors. uguns testi notika poligonā pie Semipalatinskas pilsētas 1978. gadā.
Ir vērts atzīmēt, ka tika izveidots diezgan daudz teorētisko projektu, taču līdz praktiskai īstenošanai lieta nekad nenonāca. Iemesli tam bija daudzu problēmu klātbūtne materiālu zinātnē, cilvēku un finanšu resursu trūkums.
Piezīmei: svarīgs praktisks sasniegums bija lidmašīnas ar kodoldzinēju lidojumu izmēģinājumu veikšana. PSRS visdaudzsološākais bija eksperimentālais stratēģiskais bumbvedējs Tu-95LAL, ASV - B-36.
Orion Project vai Pulse NRE
Lidojumiem kosmosā impulsa kodoldzinēju 1945. gadā pirmo reizi ierosināja izmantot poļu izcelsmes amerikāņu matemātiķis Staņislavs Ulams. Nākamajā desmitgadē ideju izstrādāja un pilnveidoja T. Teilors un F. Daisons. Būtība ir tāda, ka mazu kodollādiņu enerģija, kas uzspridzināta kādā attālumā no stumšanas platformas raķetes apakšā, dod tai lielu paātrinājumu.
1958. gadā aizsāktā Orion projekta gaitā tieši ar šādu dzinēju bija paredzēts aprīkot raķeti, kas spēj nogādāt cilvēkus uz Marsa virsmu vai Jupitera orbītu. Priekšējā nodalījumā izvietoto apkalpi no gigantisku paātrinājumu kaitīgās ietekmes pasargās amortizācijas ierīce. Detalizēta inženiertehniskā darba rezultāts bija liela mēroga kuģa modeļa gājiena testi, lai pētītu lidojuma stabilitāti (kodollādiņu vietā tika izmantotas parastās sprāgstvielas). Augsto izmaksu dēļ projekts tika slēgts 1965. gadā.
Līdzīgas idejas "sprāgstvielas" radīšanai izteica padomju akadēmiķis A. Saharovs 1961. gada jūlijā. Lai kuģi nogādātu orbītā, zinātnieks ierosināja izmantot parastos šķidrās degvielas dzinējus.
Alternatīvie projekti
Lieliska summa projekti nav tikuši tālāk par teorētisko izpēti. Starp tiem bija daudz oriģinālu un ļoti daudzsološu. Apstiprinājums ir ideja par atomelektrostaciju, kuras pamatā ir skaldāmie fragmenti. Šī dzinēja konstrukcijas īpatnības un izvietojums ļauj iztikt bez darba šķidruma vispār. Strūklas plūsma, kas nodrošina nepieciešamos piedziņas raksturlielumus, veidojas no izlietotā kodolmateriāla. Reaktora pamatā ir rotējoši diski ar subkritisku kodolmasu (atomu skaldīšanas koeficients ir mazāks par vienu). Rotējot diska sektorā, kas atrodas aktīvajā zonā, tiek uzsākta ķēdes reakcija un uz dzinēja sprauslu tiek nosūtīti trūdoši augstas enerģijas atomi, veidojot strūklas plūsmu. Izdzīvojušie veseli atomi piedalīsies reakcijā pie nākamajiem degvielas diska apgriezieniem.
Kodoldzinēja projekti kuģiem, kas veic noteiktus uzdevumus tuvējā kosmosā, pamatojoties uz RTG (radioizotopu termoelektriskie ģeneratori), ir diezgan praktiski, taču šādas iekārtas nav īpaši perspektīvas starpplanētu un vēl jo vairāk starpzvaigžņu lidojumiem.
Kodolsintēzes dzinējiem ir milzīgs potenciāls. Jau pašreizējā zinātnes un tehnikas attīstības stadijā diezgan iespējama ir impulsu instalācija, kurā, tāpat kā Orion projektā, zem raķetes dibena tiks detonēti kodoltermiskie lādiņi. Tomēr daudzi eksperti uzskata, ka kontrolētas kodolsintēzes ieviešana ir tuvākās nākotnes jautājums.
YARD priekšrocības un trūkumi
Kodoldzinēju kā kosmosa kuģu spēka agregātu izmantošanas neapstrīdamās priekšrocības ietver to augsto energoefektivitāti, kas nodrošina augstu īpatnējo impulsu un labu vilces veiktspēju (līdz tūkstoš tonnām vakuumā), iespaidīgu enerģijas rezervi autonomas darbības laikā. Pašreizējais zinātnes un tehnoloģiju attīstības līmenis ļauj nodrošināt šādas iekārtas salīdzinošu kompaktumu.
Galvenais NRE trūkums, kas izraisīja projektēšanas un izpētes darbu ierobežošanu, ir augsts radiācijas risks. Tas jo īpaši attiecas uz zemes ugunsdrošības testiem, kuru rezultātā atmosfērā kopā ar darba šķidrumu var nonākt radioaktīvās gāzes, urāna un tā izotopu savienojumi, kā arī iekļūstošā starojuma postošā iedarbība. Šo pašu iemeslu dēļ ir nepieņemami palaist ar kodoldzinēju aprīkotu kosmosa kuģi tieši no Zemes virsmas.
Tagadne un nākotne
Saskaņā ar Krievijas Zinātņu akadēmijas akadēmiķa, Keldišas centra ģenerāldirektora Anatolija Korotejeva solījumu, tuvākajā nākotnē Krievijā tiks izveidots principiāli jauna veida kodoldzinējs. Pieejas būtība ir tāda, ka kosmiskā reaktora enerģija tiks novirzīta nevis tiešai darba šķidruma sildīšanai un strūklas plūsmas veidošanai, bet gan elektroenerģijas ražošanai. Propulsora loma instalācijā ir piešķirta plazmas dzinējam, kura īpatnējā vilce ir 20 reizes lielāka nekā šobrīd esošo ķīmisko raķešu transportlīdzekļu vilce. Projekta galvenais uzņēmums ir valsts korporācijas "Rosatom" AS "NIKIET" (Maskava) apakšvienība.
Pilna mēroga maketu testi tika veiksmīgi izturēti 2015. gadā, pamatojoties uz NPO Mashinostroeniya (Reutov). Šī gada novembris ir nosaukts par atomelektrostacijas lidojumu projekta testu sākuma datumu. Svarīgākie elementi un sistēmas būs jāpārbauda, tostarp uz SKS.
Jaunā Krievijas kodoldzinēja darbība notiek slēgtā ciklā, kas pilnībā izslēdz radioaktīvās vielas apkārtējā telpā. Spēkstacijas galveno elementu masa un kopējie raksturlielumi nodrošina tās izmantošanu ar esošajām vietējām Proton un Angara nesējraķetēm.
Sargieties no daudziem burtiem.
Kosmosa kuģa ar atomelektrostaciju (AES) Krievijā lidojuma modeli plānots izveidot līdz 2025. gadam. Attiecīgais darbs ir iekļauts Federālās kosmosa programmas 2016.–2025.gadam projektā (FKP-25), kuru Roscosmos nosūtīja saskaņošanai ministrijām.
Plānojot liela mēroga starpplanētu ekspedīcijas, kodolenerģijas sistēmas tiek uzskatītas par galvenajiem daudzsološajiem enerģijas avotiem kosmosā. Nākotnē atomelektrostacijas, kuras pašlaik attīsta Rosatom uzņēmumi, nākotnē spēs nodrošināt megavatu jaudu kosmosā.
Visi darbi pie atomelektrostaciju izveides norit atbilstoši plānotajiem termiņiem. Ar lielu pārliecību varam teikt, ka darbi tiks pabeigti mērķprogrammā paredzētajā termiņā,” saka valsts korporācijas Rosatom komunikāciju daļas projektu vadītājs Andrejs Ivanovs.
Nesen projekta ietvaros ir izieti divi nozīmīgi posmi: izveidots unikāls degvielas elementa dizains, kas nodrošina darbību augstā temperatūrā, lieliem temperatūras gradientiem un lielu devu apstarošanu. Sekmīgi noslēgušās arī topošā kosmosa energobloka reaktora tvertnes tehnoloģiskās pārbaudes. Šo testu ietvaros korpuss tika pakļauts spiedienam un tika veikti 3D mērījumi parastā metāla, apkārtmēru metinājuma un konusa pārejas zonās.
Darbības princips. Radīšanas vēsture.
Ar kodolreaktoru kosmosa vajadzībām nav būtisku grūtību. Laika posmā no 1962. līdz 1993. gadam mūsu valstī tika uzkrāta bagātīga pieredze līdzīgu instalāciju ražošanā. Līdzīgs darbs tika veikts ASV. Kopš 60. gadu sākuma pasaulē ir izstrādāti vairāku veidu elektropiedziņas dzinēji: jonu, stacionārā plazma, anoda slāņa dzinējs, impulsa plazmas dzinējs, magnetoplazma, magnetoplazmodinamiskais.
Darbs pie kosmosa kuģu kodoldzinēju izveides tika aktīvi veikts PSRS un ASV pagājušajā gadsimtā: amerikāņi projektu slēdza 1994. gadā, PSRS - 1988. gadā. Darbu slēgšanu lielā mērā veicināja Černobiļas katastrofa, kas negatīvi noteica sabiedriskā doma attiecībā uz kodolenerģijas izmantošanu. Turklāt kodoliekārtu izmēģinājumi kosmosā ne vienmēr notika regulāri: 1978. gadā padomju satelīts Kosmos-954 iekļuva atmosfērā un sadalījās, izkaisot tūkstošiem radioaktīvo fragmentu 100 tūkstošu kvadrātmetru platībā. km Kanādas ziemeļrietumos. Padomju Savienība Kanādai izmaksāja naudas kompensāciju vairāk nekā 10 miljonu dolāru apmērā.
1988. gada maijā divas organizācijas - Amerikas zinātnieku federācija un Padomju zinātnieku komiteja mieram pret kodoldraudiem - izteica kopīgu priekšlikumu aizliegt kodolenerģijas izmantošanu kosmosā. Šis priekšlikums nesaņēma formālas sekas, taču kopš tā laika neviena valsts nav palaidusi kosmosa kuģi ar atomelektrostacijām.
Projekta lielās priekšrocības ir praktiski svarīgas ekspluatācijas īpašības - ilgs kalpošanas laiks (10 gadi ekspluatācijā), ievērojams kapitālā remonta intervāls un ilgs darbības laiks uz viena slēdža.
2010. gadā tika formulēti projekta tehniskie priekšlikumi. Dizains sākās šogad.
Atomelektrostacijā ir trīs galvenās iekārtas: 1) reaktora stacija ar darba šķidrumu un palīgierīcēm (siltummainis-rekuperators un turboģenerators-kompresors); 2) elektrisko raķešu piedziņas sistēma; 3) ledusskapis-emiters.
Reaktors.
No fiziskā viedokļa šis ir kompakts ar gāzi dzesēts ātro neitronu reaktors.
Izmantotā degviela ir urāna savienojums (dioksīds vai karbonitrīds), taču, tā kā konstrukcijai jābūt ļoti kompaktai, urānam ir lielāka bagātināšana ar 235 izotopu nekā degvielas stieņos tradicionālajās (civilajās) atomelektrostacijās, iespējams, vairāk nekā 20%. Un to apvalks ir monokristālisks ugunsizturīgu metālu sakausējums, kura pamatā ir molibdēns.
Šai degvielai būs jādarbojas ļoti augstā temperatūrā. Tāpēc bija jāizvēlas materiāli, kas spētu ierobežot ar temperatūru saistītos negatīvos faktorus un vienlaikus ļautu degvielai pildīt savu galveno funkciju – sildīt gāzes dzesēšanas šķidrumu, kas tiks izmantots elektrības ražošanai.
Ledusskapis.
Gāzes dzesēšana kodoliekārtas darbības laikā ir absolūti nepieciešama. Kā izkliedēt siltumu atklāta telpa? Vienīgā iespēja ir radiācijas dzesēšana. Apsildāmā virsma tukšumā tiek atdzesēta, izstaro elektromagnētiskie viļņi plašā diapazonā, ieskaitot redzamā gaisma. Projekta unikalitāte ir īpaša dzesēšanas šķidruma - hēlija-ksenona maisījuma - izmantošanā. Instalācija nodrošina augstu efektivitāti.
Dzinējs.
Jonu dzinēja darbības princips ir šāds. Gāzizlādes kamerā ar anodu un katoda bloka palīdzību, kas atrodas magnētiskajā laukā, tiek izveidota retināta plazma. Darba šķidruma jonus (ksenonu vai citu vielu) no tā "izvelk" emisijas elektrods un paātrina spraugā starp to un paātrinājuma elektrodu.
Plāna īstenošanai laika posmā no 2010. līdz 2018. gadam tika solīti 17 miljardi rubļu. No šiem līdzekļiem 7,245 miljardi rubļu bija paredzēti valsts korporācijai Rosatom pašai reaktora būvniecībai. Citi 3,955 miljardi - FSUE "Center of Keldish" kodolenerģijas vilces stacijas izveidei. Vēl 5,8 miljardi rubļu nonāks RSC Energia, kur tajā pašā laika posmā būs jāveido visa transporta un enerģētikas moduļa darba tēls.
Saskaņā ar plāniem līdz 2017. gada beigām tiks sagatavota atomelektrostacija, lai pabeigtu transporta un enerģijas moduli (starpplanētu lidojumu moduli). Līdz 2018. gada beigām atomelektrostacija būs gatava lidojumu konstrukcijas testiem. Projekts tiek finansēts no federālā budžeta.
Nav noslēpums, ka darbs pie kodolraķešu dzinēju izveides tika sākts ASV un PSRS vēl pagājušā gadsimta 60. gados. Cik tālu viņi ir tikuši? Un ar kādiem izaicinājumiem jūs saskārāties savā ceļā?
Anatolijs Korotejevs: Patiešām, mūsu valstī un ASV 60. un 70. gados sākās un aktīvi tika veikts darbs pie kodolenerģijas izmantošanas kosmosā.
Sākotnēji uzdevums bija izveidot raķešu dzinējus, kas, nevis ķīmiskā enerģija kurināmā un oksidētāja sadedzināšanai izmantotu ūdeņraža sildīšanu līdz aptuveni 3000 grādu temperatūrai. Bet izrādījās, ka tik tiešs ceļš joprojām ir neefektīvs. Mēs uz īsu brīdi saņemam lielu vilci, bet tajā pašā laikā izmetam strūklu, kas reaktora nenormālas darbības gadījumā var izrādīties radioaktīvi piesārņota.
Zināma pieredze tika iegūta, taču ne mēs, ne amerikāņi toreiz nevarējām izveidot uzticamus dzinējus. Viņi strādāja, bet nepietiekami, jo ūdeņraža uzsildīšana līdz 3000 grādiem kodolreaktorā ir nopietns uzdevums. Un turklāt šādu dzinēju zemes testu laikā radās vides problēmas, jo atmosfērā tika izmesti radioaktīvās strūklas. Tas vairs nav noslēpums līdzīgi darbi tika veiktas uz īpaši sagatavotas kodolizmēģinājumi Semipalatinskas izmēģinājumu poligons, kas palika Kazahstānā.
Tas ir, divi parametri izrādījās kritiski - pārmērīga temperatūra un radiācijas emisijas?
Anatolijs Korotejevs: Kopumā jā. Šo un dažu citu iemeslu dēļ darbs mūsu valstī un ASV tika pārtraukts vai apturēts - to var vērtēt dažādi. Un mums šķita nesaprātīgi tos atsākt tādā veidā, es teiktu, frontāli, lai uztaisītu kodoldzinēju ar visiem jau pieminētajiem trūkumiem. Mēs esam piedāvājuši pavisam citu pieeju. Tas atšķiras no vecā tāpat kā hibrīdauto no parastā. Parastajā automašīnā dzinējs griež riteņus, savukārt hibrīdautomobiļos no dzinēja rodas elektrība, un šī elektrība griež riteņus. Tas ir, tiek veidota noteikta starpelektrostacija.
Tāpēc mēs piedāvājām shēmu, kurā kosmiskais reaktors nesilda no tā izmesto strūklu, bet gan ģenerē elektrību. Karstā gāze no reaktora griež turbīnu, turbīna griež elektrisko ģeneratoru un kompresoru, kas cirkulē darba šķidrumu slēgtā ķēdē. No otras puses, ģenerators ģenerē elektroenerģiju plazmas dzinējam ar īpatnējo vilci, kas ir 20 reizes lielāka nekā ķīmiskajiem līdziniekiem.
Gudra shēma. Būtībā šī ir mini atomelektrostacija kosmosā. Un kādas ir tā priekšrocības salīdzinājumā ar reaktīvo kodoldzinēju?
Anatolijs Korotejevs: Galvenais, lai strūkla, kas izplūst no jaunā dzinēja, nebūtu radioaktīva, jo caur reaktoru iet pavisam cits darba šķidrums, kas atrodas slēgtā ķēdē.
Turklāt ar šo shēmu mums nav nepieciešams uzsildīt ūdeņradi līdz galējām vērtībām: reaktorā cirkulē inerts darba šķidrums, kas uzsilst līdz 1500 grādiem. Mēs nopietni vienkāršojam savu uzdevumu. Un rezultātā mēs paaugstināsim īpatnējo vilci nevis divas, bet 20 reizes, salīdzinot ar ķīmiskajiem dzinējiem.
Svarīga ir arī cita lieta: nav nepieciešami kompleksi pilna mēroga testi, kuriem nepieciešama bijušās Semipalatinskas poligona infrastruktūra, jo īpaši stenda bāze, kas palika Kurčatovas pilsētā.
Mūsu gadījumā visus nepieciešamos testus var veikt Krievijas teritorijā, neiesaistoties ilgās starptautiskās sarunās par kodolenerģijas izmantošanu ārpus mūsu valsts.
Vai līdzīgi darbi tiek veikti arī citās valstīs?
Anatolijs Korotejevs: Man bija tikšanās ar NASA vadītāja vietnieku, mēs apspriedām jautājumus, kas saistīti ar atgriešanos darbā pie kodolenerģijas kosmosā, un viņš teica, ka amerikāņi par to izrāda lielu interesi.
Pilnīgi iespējams, ka arī Ķīna var atbildēt ar aktīvu rīcību no savas puses, tāpēc jāstrādā ātri. Un ne jau tāpēc, lai kādu apsteigtu par pussolīti.
Mums jāstrādā ātri, pirmkārt, lai topošajā starptautiskajā sadarbībā, kas de facto veidojas, mēs izskatītos cienīgi.
Neizslēdzu, ka tuvākajā nākotnē varētu tikt uzsākta starptautiska programma kosmosa atomelektrostacijai, līdzīga šobrīd īstenotajai kontrolētās kodoltermiskās kodolsintēzes programmai.
Notiek ielāde...
