Alexandr Losev
Rychlý rozvoj raketové a kosmické techniky ve 20. století byl dán vojensko-strategickými, politickými a do jisté míry i ideologickými cíli a zájmy dvou supervelmocí - SSSR a USA a všechny státní vesmírné programy byly pokračování jejich vojenských projektů, kde hlavním úkolem byla potřeba zajistit obranyschopnost a strategickou paritu s potenciálním protivníkem. Náklady na vytvoření zařízení a náklady na provoz pak neměly zásadní význam. Na vytvoření nosných raket a kosmických lodí byly přiděleny obrovské prostředky a 108 minut letu Jurije Gagarina v roce 1961 a televizní vysílání Neila Armstronga a Buzze Aldrina z povrchu Měsíce v roce 1969 nebyly jen triumfy vědeckého a technického myšlení. byla také považována za strategická vítězství v bitvách studené války.
Ale poté, co se Sovětský svaz zhroutil a vypadl ze závodu o světové prvenství, jeho geopolitičtí odpůrci, především Spojené státy, již nepotřebovali realizovat prestižní, ale extrémně nákladné vesmírné projekty, aby celému světu dokázali převahu Západu. ekonomický systém a ideologické koncepty.
V 90. letech ztratily hlavní politické úkoly minulosti na aktuálnosti, blokovou konfrontaci vystřídala globalizace, ve světě zavládl pragmatismus, takže většina vesmírných programů byla omezena nebo odložena, z rozsáhlých projektů SSSR zůstala jen ISS. minulost. Západní demokracie navíc všechny drahé státní programy učinila závislými na volebních cyklech.
Voličská podpora potřebná k získání nebo udržení u moci nutí politiky, parlamenty a vlády přiklánět se k populismu a řešení okamžitých problémů, takže výdaje na průzkum vesmíru se rok od roku snižují.
Většina zásadních objevů byla učiněna v první polovině dvacátého století a dnes už věda a technika dosáhly určitých mezí, navíc celosvětově klesla obliba vědeckých poznatků a kvalita výuky matematiky, fyziky a ostatní přírodní vědy se zhoršily. To byl důvod stagnace, včetně vesmírného sektoru, v posledních dvou desetiletích.
Nyní je však zřejmé, že se svět blíží ke konci dalšího technologického cyklu založeného na objevech minulého století. Každá mocnost, která bude mít v době změny globálního technologického řádu zásadně nové slibné technologie, si tedy automaticky zajistí světové prvenství minimálně na dalších padesát let.
Základní zařízení jaderného raketového motoru s vodíkem jako pracovní tekutinou
To je realizováno ve Spojených státech, kde byl přijat kurz k oživení americké velikosti ve všech sférách činnosti, a v Číně, která zpochybňuje americkou hegemonii, a v Evropské unii, která se ze všech sil snaží udržet svou váhu v globální ekonomiku.
Existuje průmyslová politika a vážně se zabývají rozvojem vlastního vědeckého, technického a výrobního potenciálu a vesmírný sektor se může stát nejlepším testovacím místem pro testování nových technologií a pro dokazování nebo vyvracení vědeckých hypotéz, které mohou položit základy vytvoření zásadně odlišné, pokročilejší technologie budoucnosti.
A je zcela přirozené očekávat, že Spojené státy budou první zemí, kde budou obnoveny projekty průzkumu hlubokého vesmíru s cílem vytvořit unikátní inovativní technologie v oblasti zbraní, dopravy a konstrukčních materiálů, stejně jako v biomedicíně a telekomunikacích.
Pravda, ani Spojené státy nemají zaručený úspěch na cestě k vytváření revolučních technologií. Existuje vysoké riziko, že skončíte ve slepé uličce, vylepšíte půl století staré raketové motory na chemickou pohonnou hmotu, jak to dělá SpaceX Elona Muska, nebo vybudujete systémy podpory života na dlouhé vzdálenosti, podobné těm, které jsou již implementovány na ISS.
Může Rusko, jehož stagnace ve vesmírném sektoru je rok od roku znatelnější, prorazit v závodě o budoucí technologické prvenství, aby zůstalo v klubu supervelmocí a ne v seznamu rozvojových zemí?
Ano, samozřejmě, Rusko může a navíc již byl učiněn významný krok vpřed v oblasti jaderné energetiky a jaderných raketových motorů, a to navzdory chronickému podfinancování vesmírného průmyslu.
Budoucností kosmonautiky je využití jaderné energie. Abychom pochopili, jak souvisí jaderná technologie a vesmír, je nutné zvážit základní principy proudového pohonu.
Hlavní typy moderních vesmírných motorů jsou tedy vytvořeny na principech chemické energie. Jedná se o pomocné motory na tuhá paliva a raketové motory na kapalné palivo, ve svých spalovacích komorách složky paliva (palivo a okysličovadlo), které vstupují do exotermické fyzikálně-chemické spalovací reakce, vytvářejí tryskový proud, který každou chvíli vyvrhne tuny hmoty z trysky motoru. druhý. Kinetická energie pracovní tekutiny výtrysku se přemění na reaktivní sílu dostatečnou k pohonu rakety. Specifický impuls (poměr vytvořeného tahu k hmotnosti použitého paliva) těchto chemických motorů závisí na složkách paliva, tlaku a teplotě ve spalovací komoře a také na molekulové hmotnosti plynné směsi vstřikované skrz tryska motoru.
A čím vyšší je teplota látky a tlak uvnitř spalovací komory a čím nižší je molekulová hmotnost plynu, tím vyšší je specifický impuls, a tím i účinnost motoru. Specifický impuls je množství pohybu a je zvykem jej měřit v metrech za sekundu, stejně jako rychlost.
V chemických motorech dávají nejvyšší specifický impuls palivové směsi kyslík-vodík a fluor-vodík (4500–4700 m/s), ale raketové motory poháněné petrolejem a kyslíkem, jako jsou Sojuz a rakety „Falcon“ Mask, stejně jako motory na asymetrickém dimethylhydrazinu (UDMH) s oxidačním činidlem ve formě směsi oxidu dusnatého a kyseliny dusičné (sovětský a ruský "Proton", francouzský "Arian", americký "Titan"). Jejich účinnost je 1,5krát nižší než u motorů poháněných vodíkem, ale impuls 3000 m/s a výkon jsou dostačující k tomu, aby bylo ekonomicky výhodné vypouštět tuny užitečného zatížení na oběžnou dráhu blízko Země.
Lety na jiné planety však vyžadují mnohem větší kosmickou loď než cokoli, co lidstvo dosud vytvořilo, včetně modulární ISS. U těchto lodí je nutné zajistit jak dlouhodobou autonomní existenci posádek, tak i určitou zásobu paliva a životnost hlavních motorů a motorů pro manévry a korekci dráhy, zajistit dodávku astronautů v speciálním přistávacím modulem na povrch jiné planety a jejich návrat na hlavní transportní loď a poté a návrat expedice na Zemi.
Nashromážděné inženýrské a technické znalosti a chemická energie motorů umožňují návrat na Měsíc a dosažení Marsu, takže je vysoce pravděpodobné, že v příštím desetiletí lidstvo navštíví Rudou planetu.
Pokud budeme spoléhat pouze na dostupné vesmírné technologie, pak minimální hmotnost obyvatelného modulu pro let s lidskou posádkou na Mars nebo k satelitům Jupiteru a Saturnu bude přibližně 90 tun, což je 3x více než u lunárních lodí z počátku 70. , což znamená, že nosné rakety pro jejich umístění na referenční dráhy pro další let k Marsu budou mnohem lepší než Saturn-5 (startovní hmotnost 2965 tun) lunárního projektu Apollo nebo sovětský nosič Energia (startovní hmotnost 2400 tun). Na oběžné dráze bude nutné vytvořit meziplanetární komplex o hmotnosti až 500 tun. Let na meziplanetární lodi s chemickými raketovými motory bude vyžadovat od 8 měsíců do 1 roku času pouze jedním směrem, protože budete muset provádět gravitační manévry s využitím gravitační síly planet pro dodatečné zrychlení lodi a obrovskou zásobu paliva.
Ale s využitím chemické energie raketových motorů lidstvo nepoletí za oběžnou dráhu Marsu nebo Venuše. Jsou potřeba jiné rychlosti letu vesmírných lodí a další výkonnější energie pohybu.
Projekt moderního jaderného raketového motoru Princeton Satellite Systems
Pro průzkum hlubokého vesmíru je nutné výrazně zvýšit poměr tahu k hmotnosti a účinnost raketového motoru, což znamená zvýšení jeho specifického impulsu a životnosti. A k tomu je nutné zahřát plyn nebo látku pracovní tekutiny s nízkou atomovou hmotností uvnitř komory motoru na teploty několikanásobně vyšší, než je teplota chemického spalování tradičních palivových směsí, a to lze provést pomocí jaderné reakce. .
Pokud je místo klasické spalovací komory umístěn do raketového motoru jaderný reaktor, do jehož aktivní zóny je přiváděna látka v kapalné nebo plynné formě, pak se zahřátím pod vysokým tlakem až na několik tisíc stupňů začnou být vyhazovány kanálem trysky a vytvářejí tah paprsku. Specifický impuls takového jaderného proudového motoru bude několikanásobně větší než u konvenčního na bázi chemických složek, což znamená, že se mnohonásobně zvýší účinnost jak motoru samotného, tak i nosné rakety jako celku. V tomto případě není potřeba okysličovadlo pro spalování paliva a jako látka vytvářející proudový tah lze použít lehký vodíkový plyn, ale víme, že čím nižší molekulová hmotnost plynu, tím vyšší hybnost, a to výrazně snížit hmotnost rakety s lepším výkonem motoru.
Jaderný motor by byl lepší než konvenční, protože v zóně reaktoru se může lehký plyn zahřát na teploty přesahující 9 tisíc stupňů Kelvina a proud takto přehřátého plynu poskytne mnohem vyšší specifický impuls než běžné chemické motory. dát. Ale to je teoreticky.
Nebezpečí není ani v tom, že při startu nosné rakety s takovým jaderným zařízením může dojít k radioaktivní kontaminaci atmosféry a prostoru kolem odpalovací rampy, hlavním problémem je, že při vysokých teplotách může dojít k roztavení samotného motoru spolu s kosmickou lodí . Designéři a inženýři to chápou a již několik desetiletí se snaží najít vhodná řešení.
Jaderné raketové motory (NRE) již mají svou vlastní historii vzniku a provozu ve vesmíru. První vývoj jaderných motorů začal v polovině 50. let 20. století, tedy ještě před pilotovaným letem do vesmíru a téměř současně v SSSR a USA, a samotná myšlenka využití jaderných reaktorů k ohřevu pracovní látky v raketě motor se zrodil společně s prvními reaktory v polovině 40. let, tedy před více než 70 lety.
U nás se iniciátorem vzniku NRE stal tepelný fyzik Vitalij Michajlovič Ievlev. V roce 1947 představil projekt, který podpořili S. P. Korolev, I. V. Kurčatov a M. V. Keldysh. Zpočátku bylo plánováno použití takových motorů pro řízené střely a poté je nasadit na balistické střely. Vývojem se chopily přední obranné konstrukční kanceláře Sovětského svazu, stejně jako výzkumné ústavy NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Sovětský jaderný motor RD-0410 byl sestaven v polovině 60. let voroněžským „Design Bureau of Chemical Automation“, kde vznikla většina kapalných raketových motorů pro kosmické technologie.
V RD-0410 byl jako pracovní tekutina použit vodík, který v kapalné formě prošel "chladícím pláštěm", odváděl přebytečné teplo ze stěn trysky a zabraňoval jeho tavení a poté vstupoval do aktivní zóny reaktoru, kde byl zahřát do 3000K a vyvrženy skrz kanálové trysky, čímž se tepelná energie přemění na kinetickou energii a vytvoří se specifický impuls 9100 m/s.
V USA byl projekt NRE spuštěn v roce 1952 a první provozní motor vznikl v roce 1966 a dostal název NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). V 60. - 70. letech se Sovětský svaz a Spojené státy snažily navzájem neustupovat.
Pravda, jak naše RD-0410, tak americká NERVA byly NRE v pevné fázi (jaderné palivo na bázi karbidů uranu bylo v reaktoru v pevném stavu) a jejich provozní teplota se pohybovala v rozmezí 2300–3100K.
Pro zvýšení teploty aktivní zóny bez rizika výbuchu nebo roztavení stěn reaktoru je nutné vytvořit podmínky pro jadernou reakci, při které palivo (uran) přejde do plynného skupenství nebo se změní na plazma a je udržován uvnitř reaktoru díky silnému magnetickému poli, aniž by se dotýkal stěn. A pak vodík vstupující do aktivní zóny reaktoru „obtéká“ uran v plynné fázi a mění se v plazmu a je velmi vysokou rychlostí vypuzován kanálem trysky.
Tento typ motoru se nazývá YRD v plynné fázi. Teploty plynného uranového paliva v takových jaderných motorech se mohou pohybovat od 10 000 do 20 000 stupňů Kelvina a specifický impuls může dosáhnout 50 000 m/s, což je 11krát více než u nejúčinnějších chemických raketových motorů.
Vytváření a využití plynových NRE otevřených a uzavřených typů ve vesmírné technologii je nejslibnějším směrem ve vývoji vesmírných raketových motorů a přesně tím, co lidstvo potřebuje k průzkumu planet sluneční soustavy a jejich satelitů.
První studie projektu NRE v plynné fázi začaly v SSSR v roce 1957 ve Výzkumném ústavu tepelných procesů (Výzkumné centrum M. V. Keldyshe) a samotné rozhodnutí o vývoji jaderných kosmických elektráren na bázi jaderných reaktorů v plynné fázi padlo v roce 1957. 1963 akademikem V. P. Glushko (NPO Energomash), a poté schváleno výnosem ÚV KSSS a Rady ministrů SSSR.
Vývoj NRE v plynné fázi probíhal v Sovětském svazu po dvě desetiletí, ale bohužel nebyl nikdy dokončen z důvodu nedostatečného financování a potřeby dalšího základního výzkumu v oblasti termodynamiky jaderného paliva a vodíkového plazmatu, neutronu fyzika a magnetohydrodynamika.
Sovětští jaderní vědci a konstruktéři čelili řadě problémů, jako je dosažení kritičnosti a zajištění stability provozu jaderného reaktoru v plynné fázi, snížení ztrát roztaveného uranu při uvolňování vodíku zahřátého na několik tisíc stupňů, tepelná ochrana trysky a generátoru magnetického pole, akumulace produktů štěpení uranu, výběr chemicky odolných konstrukčních materiálů atd.
A když se začala vytvářet nosná raketa Energia pro sovětský program Mars-94, první pilotovaný let na Mars, byl projekt jaderného motoru odložen na neurčito. Sovětský svaz neměl dostatek času a hlavně politické vůle a ekonomické efektivity, aby v roce 1994 vysadil naše kosmonauty na planetě Mars. To by byl nepopiratelný úspěch a důkaz našeho vedoucího postavení v oblasti špičkových technologií v příštích několika desetiletích. Ale vesmír, stejně jako mnoho jiných věcí, byl zrazen posledním vedením SSSR. Historii nelze změnit, zesnulé vědce a inženýry nelze vrátit a ztracené znalosti nelze obnovit. Spousta věcí se bude muset znovu vytvořit.
Vesmírná jaderná energie se však neomezuje pouze na oblast NRE v pevné a plynné fázi. K vytvoření zahřátého toku hmoty v proudovém motoru můžete použít elektrickou energii. Tuto myšlenku poprvé vyjádřil Konstantin Eduardovič Ciolkovskij již v roce 1903 ve svém díle „Studium světových prostorů pomocí reaktivních přístrojů“.
A první elektrotermický raketový motor v SSSR vytvořil ve 30. letech 20. století Valentin Petrovič Gluško, budoucí akademik Akademie věd SSSR a šéf NPO Energia.
Principy činnosti elektrických raketových motorů mohou být různé. Obvykle jsou rozděleny do čtyř typů:
- elektrotermální (topení nebo elektrický oblouk). V nich se plyn ohřívá na teploty 1000–5000K a je vystřikován z trysky stejným způsobem jako u NRE.
- elektrostatické motory (koloidní a iontové), ve kterých je nejprve ionizována pracovní látka a poté jsou v elektrostatickém poli urychlovány kladné ionty (atomy bez elektronů) a jsou rovněž vymrštěny kanálem trysky, čímž vzniká proudový tah. Mezi elektrostatické motory patří i stacionární plazmové motory.
- magnetoplazmové a magnetodynamické raketové motory. Tam je plynné plazma urychlováno ampérovou silou v kolmo se protínajících magnetických a elektrických polích.
- pulzní raketové motory, které využívají energii plynů vznikajících při odpařování pracovní tekutiny v elektrickém výboji.
Výhodou těchto elektrických raketových motorů je nízká spotřeba pracovní kapaliny, účinnost až 60% a vysoký průtok částic, což může výrazně snížit hmotnost kosmické lodi, ale je zde i mínus - nízká hustota tahu a v důsledku toho nízký výkon, stejně jako vysoké náklady na pracovní tekutinu (inertní plyny nebo páry alkalických kovů) k vytvoření plazmy.
Všechny uvedené typy elektromotorů byly v praxi realizovány a od poloviny 60. let byly opakovaně používány ve vesmíru na sovětských i amerických vozidlech, ale pro svůj malý výkon byly využívány především jako motory pro korekci dráhy.
V letech 1968 až 1988 vypustil SSSR celou sérii satelitů Kosmos s jadernými zařízeními na palubě. Typy reaktorů byly pojmenovány: „Buk“, „Topaz“ a „Yenisei“.
Reaktor projektu Yenisei měl tepelný výkon až 135 kW a elektrický výkon asi 5 kW. Nosičem tepla byla tavenina sodíku a draslíku. Tento projekt byl uzavřen v roce 1996.
Skutečný raketový motor sustainer vyžaduje velmi výkonný zdroj energie. A nejlepším zdrojem energie pro takové vesmírné motory je jaderný reaktor.
Jaderná energetika patří mezi high-tech odvětví, kde si naše země udržuje vedoucí postavení. A v Rusku již vzniká zásadně nový raketový motor a tento projekt je v roce 2018 blízko úspěšnému dokončení. Letové zkoušky jsou naplánovány na rok 2020.
A pokud je NRE v plynné fázi tématem budoucích desetiletí, ke kterému se budeme muset po fundamentálním výzkumu vrátit, pak jeho současnou alternativou je megawattová jaderná elektrárna (JE), kterou již vytvořil Rosatom a Podniky Roskosmos od roku 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, která je v současnosti jediným vývojářem a výrobcem vesmírných jaderných elektráren na světě, stejně jako Výzkumné centrum pojmenované po N.I. M. V. Keldysh, NIKIET je. N. A. Dollezhala, Výzkumný ústav NPO Luch, Kurchatovův institut, IRM, IPPE, NIIAR a NPO Mashinostroeniya.
Jaderná elektrárna zahrnuje vysokoteplotní plynem chlazený rychlý neutronový jaderný reaktor s turbostrojovou přeměnou tepelné energie na elektrickou energii, systém ledniček-zářičů pro odvod přebytečného tepla do vesmíru, přístrojově-montážní oddíl, blok pochodové plazmové nebo iontové elektromotory a kontejner pro umístění užitečné zátěže .
V energetickém pohonném systému slouží jaderný reaktor jako zdroj elektrické energie pro provoz elektrických plazmových motorů, přičemž plynné chladivo reaktoru procházející aktivní zónou vstupuje do turbíny elektrického generátoru a kompresoru a vrací se zpět do reaktoru v uzavřená smyčka a není vymrštěn do vesmíru jako v NRE, což činí konstrukci spolehlivější a bezpečnější, a proto je vhodný pro pilotovanou kosmonautiku.
Počítá se s využitím jaderné elektrárny pro znovupoužitelný vesmírný remorkér pro zajištění doručování nákladu při průzkumu Měsíce nebo vytváření víceúčelových orbitálních komplexů. Výhodou bude nejen znovupoužitelné využití prvků dopravního systému (o což se snaží Elon Musk ve svých vesmírných projektech SpaceX), ale také možnost dopravit třikrát větší hmotnost nákladu než na raketách s chemickými proudovými motory zn. srovnatelný výkon snížením startovací hmotnosti dopravního systému. Díky speciálnímu designu je instalace bezpečná pro lidi a životní prostředí na Zemi.
V roce 2014 byl v OJSC Mashinostroitelny Zavod v Elektrostalu smontován první palivový článek standardní konstrukce (palivový článek) pro toto jaderné elektrické pohonné zařízení a v roce 2016 byl testován simulátor koše aktivní zóny reaktoru.
Nyní (v roce 2017) probíhají práce na výrobě konstrukčních prvků instalace a testování komponentů a sestav na maketách, stejně jako autonomní testování systémů přeměny energie lopatkových strojů a prototypů pohonných jednotek. Dokončení prací je naplánováno na konec příštího roku 2018, nicméně od roku 2015 se začaly hromadit nedodělky z harmonogramu.
Jakmile tedy toto zařízení vznikne, stane se Rusko první zemí na světě disponující jadernými kosmickými technologiemi, které budou tvořit základ nejen budoucích projektů rozvoje sluneční soustavy, ale také pozemské a mimozemské energetiky. Vesmírné jaderné elektrárny lze využít k vytvoření systémů pro dálkový přenos elektřiny na Zemi nebo do vesmírných modulů pomocí elektromagnetického záření. A to se také stane vyspělou technologií budoucnosti, kde bude mít naše země vedoucí postavení.
Na základě vyvinutých plazmových motorů budou vytvořeny výkonné pohonné systémy pro dálkové lety člověka do vesmíru a především pro průzkum Marsu, na jehož oběžnou dráhu lze dosáhnout za pouhých 1,5 měsíce, maximálně však rok, jako při použití konvenčních chemických proudových motorů .
A budoucnost vždy začíná revolucí v energetice. A nic jiného. Energie je primární a právě velikost spotřeby energie ovlivňuje technický pokrok, obranyschopnost a kvalitu života lidí.
Experimentální plazmový raketový motor NASA
Sovětský astrofyzik Nikolaj Kardashev navrhl měřítko pro rozvoj civilizací již v roce 1964. Podle tohoto měřítka závisí úroveň technologického rozvoje civilizací na množství energie, kterou obyvatelstvo planety využívá pro své potřeby. Civilizace, kterou typuji, tedy využívá všechny dostupné zdroje na planetě; civilizace typu II - přijímá energii své hvězdy, v jejímž systému se nachází; a civilizace typu III využívá dostupnou energii své galaxie. Lidstvo ještě nedorostlo do civilizace typu I v tomto měřítku. Využíváme pouze 0,16 % z celkové potenciální energetické zásoby planety Země. To znamená, že Rusko a celý svět mají prostor k růstu a tyto jaderné technologie otevřou naší zemi cestu nejen do vesmíru, ale i budoucí ekonomický blahobyt.
A možná jedinou možností pro Rusko ve vědeckotechnické sféře je nyní provést revoluční průlom v jaderných vesmírných technologiích, aby překonalo mnohaleté zpoždění vůdců jedním „skokem“ a bylo okamžitě u zrodu nového technologická revoluce v dalším cyklu vývoje lidské civilizace. Taková jedinečná šance se té či oné zemi naskytne jen jednou za několik století.
Bohužel Rusku, které za posledních 25 let nevěnovalo náležitou pozornost základním vědám a kvalitě vysokoškolského a středoškolského vzdělávání, hrozí, že tuto šanci navždy ztratí, pokud bude program omezen a stávající vědci a inženýři nebudou nahrazeni novou generací výzkumníků. Geopolitické a technologické výzvy, kterým bude Rusko čelit za 10–12 let, budou velmi vážné, srovnatelné s hrozbami poloviny dvacátého století. Pro zachování suverenity a celistvosti Ruska do budoucna je naléhavě nutné začít školit specialisty schopné reagovat na tyto výzvy a vytvořit něco zásadně nového již nyní.
Na přeměnu Ruska ve světové intelektuální a technologické centrum zbývá jen asi 10 let, a to se neobejde bez vážné změny kvality vzdělávání. Pro vědecký a technologický průlom je nutné vrátit do vzdělávacího systému (školního i univerzitního) systematický pohled na obraz světa, vědeckou fundamentálnost a ideologickou integritu.
Pokud jde o současnou stagnaci ve vesmírném průmyslu, není to nic hrozného. Fyzikální principy, na kterých jsou založeny moderní vesmírné technologie, budou sektorem konvenčních družicových služeb ještě dlouho poptávat. Připomeňme, že lidstvo používá plachtu již 5,5 tisíce let a éra páry trvala téměř 200 let a teprve ve dvacátém století se svět začal rychle měnit, protože došlo k další vědeckotechnické revoluci, která spustila vlnu inovace a změna technologických struktur, které nakonec změnily světovou ekonomiku a politiku. Hlavní věc je být u zrodu těchto změn. [e-mail chráněný] ,
webové stránky: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html
Elektronickou verzi časopisu "Arsenal of the Fatherland" si můžete předplatit na odkazu.
Cena ročního předplatného –
12 000 rublů.
Skeptici tvrdí, že vytvoření jaderného motoru není významným pokrokem na poli vědy a techniky, ale pouze „modernizací parního kotle“, kde jako palivo místo uhlí a palivového dřeva funguje uran a vodík jako palivo. pracovní kapalina. Je NRE (nuclear jet engine) tak neperspektivní? Zkusme na to přijít.
První rakety
Všechny zásluhy lidstva na rozvoji blízkozemského prostoru lze bezpečně připsat chemickým proudovým motorům. Provoz takových pohonných jednotek je založen na přeměně energie chemické reakce spalování paliva v okysličovadle na kinetickou energii tryskového proudu a následně rakety. Používaným palivem je petrolej, kapalný vodík, heptan (pro raketové motory na kapalné pohonné hmoty (LTE)) a polymerizovaná směs chloristanu amonného, hliníku a oxidu železa (pro tuhé pohonné hmoty (RDTT)).
Je dobře známo, že první rakety používané pro ohňostroje se objevily v Číně již ve druhém století před naším letopočtem. Vznesly se k nebi díky energii práškových plynů. K rozvoji raketové techniky významně přispěl teoretický výzkum německého puškaře Konrada Haase (1556), polského generála Kazimira Semenoviče (1650), ruského generálporučíka Alexandra Zasyadka.
Patent na vynález prvního raketového motoru na kapalné pohonné hmoty získal americký vědec Robert Goddard. Jeho přístroj o hmotnosti 5 kg a délce asi 3 m na benzín a kapalný kyslík v roce 1926 po dobu 2,5 s. letěl 56 metrů.
V honbě za rychlostí
Vážné experimentální práce na vytvoření sériových chemických proudových motorů začaly ve 30. letech minulého století. V Sovětském svazu jsou V. P. Glushko a F. A. Zander považováni za průkopníky stavby raketových motorů. Za jejich účasti byly vyvinuty energetické jednotky RD-107 a RD-108, které zajistily SSSR primát v průzkumu vesmíru a položily základ budoucímu vedení Ruska na poli pilotované kosmonautiky.
S modernizací motoru na kapalné pohonné hmoty se ukázalo, že teoretická maximální rychlost proudového proudu nemůže překročit 5 km/s. To může stačit ke studiu blízkozemského prostoru, ale lety na jiné planety a ještě více hvězd zůstanou pro lidstvo neuskutečnitelným snem. V důsledku toho se již v polovině minulého století začaly objevovat projekty alternativních (nechemických) raketových motorů. Nejoblíbenější a nejslibnější byla zařízení využívající energii jaderných reakcí. První experimentální vzorky jaderných vesmírných motorů (NRE) v Sovětském svazu a USA byly testovány v roce 1970. Po černobylské katastrofě však byly pod tlakem veřejnosti práce v této oblasti pozastaveny (v SSSR v roce 1988, v USA - od roku 1994).
Fungování jaderných elektráren je založeno na stejných principech jako termochemické. Jediný rozdíl je v tom, že ohřev pracovní tekutiny se provádí energií rozpadu nebo fúze jaderného paliva. Energetická účinnost takových motorů je mnohem vyšší než u chemických. Například energie, kterou může uvolnit 1 kg nejlepšího paliva (směs berylia s kyslíkem) je 3 × 107 J, zatímco pro izotopy polonia Po210 je tato hodnota 5 × 1011 J.
Uvolněná energie v jaderném motoru může být použita různými způsoby:
ohřev pracovní tekutiny emitované tryskami jako u tradičního raketového motoru po přeměně na elektrický, ionizace a urychlení částic pracovní tekutiny, vytvoření impulsu přímo štěpnými nebo fúzními produkty I obyčejná voda může působit jako pracovní tekutina, ale mnohem účinnější bude použití alkoholu, čpavku nebo kapalného vodíku. Podle stavu agregace paliva pro reaktor se jaderné raketové motory dělí na pevnou, kapalnou a plynnou fázi. Nejrozvinutější NRE se štěpným reaktorem na pevnou fázi, který jako palivo využívá palivové tyče (palivové články) používané v jaderných elektrárnách. První takový motor v rámci amerického projektu Nerva prošel pozemními zkušebními zkouškami v roce 1966 a pracoval asi dvě hodiny.
Designové vlastnosti
Srdcem každého jaderného vesmírného motoru je reaktor skládající se z aktivní zóny a beryliového reflektoru umístěného v energetické budově. Právě v aktivní zóně dochází ke štěpení atomů hořlavé látky zpravidla uranu U238, obohaceného izotopy U235. Aby proces jaderného rozpadu získal určité vlastnosti, jsou zde umístěny také moderátory - žáruvzdorný wolfram nebo molybden. Pokud je moderátor součástí složení palivových prvků, nazývá se reaktor homogenní a pokud je umístěn samostatně - heterogenní. Jaderný motor také obsahuje jednotku pro přívod pracovní kapaliny, ovládací prvky, ochranu proti stínovému záření a trysku. Konstrukční prvky a komponenty reaktoru, které jsou vystaveny vysokému tepelnému zatížení, jsou chlazeny pracovní tekutinou, která je následně vstřikována do palivových souborů pomocí turbočerpadla. Zde se zahřeje na téměř 3000˚С. Pracovní tekutina, která vydechuje tryskou, vytváří proudový tah.
Typickým řízením reaktoru jsou regulační tyče a rotační bubny vyrobené z látky, která pohlcuje neutrony (bór nebo kadmium). Tyče jsou umístěny přímo v aktivní zóně nebo ve speciálních výklencích reflektoru a rotační bubny jsou umístěny na periferii reaktoru. Pohybem tyčí nebo otáčením bubnů se mění počet štěpných jader za jednotku času, čímž se upravuje úroveň uvolňování energie reaktoru a tím i jeho tepelný výkon.
Pro snížení intenzity neutronového a gama záření nebezpečného pro vše živé jsou v energetické budově umístěny prvky primární ochrany reaktoru.
Zlepšení účinnosti
Jaderný motor v kapalné fázi je principem a zařízením podobný motorům na tuhou fázi, ale kapalné skupenství paliva umožňuje zvýšit teplotu reakce a tím i tah pohonné jednotky. Pokud tedy pro chemické jednotky (LTE a raketové motory na tuhá paliva) je maximální měrný impuls (rychlost tryskového výbuchu) 5 420 m/s, pro jaderné na pevné fázi a 10 000 m/s je to daleko od limitu, pak průměrná hodnota tento indikátor pro plynnou fázi NRE leží v rozmezí 30 000 - 50 000 m/s.
Existují dva typy projektů jaderných motorů v plynné fázi:
Otevřený cyklus, ve kterém probíhá jaderná reakce uvnitř plazmového oblaku z pracovní tekutiny držené elektromagnetickým polem a absorbující veškeré vytvořené teplo. Teplota může dosáhnout několika desítek tisíc stupňů. V tomto případě je aktivní oblast obklopena tepelně odolnou látkou (například křemenem) - jadernou lampou, která volně propouští vyzařovanou energii.V instalacích druhého typu bude reakční teplota omezena teplotou tání materiál žárovky. Zároveň se poněkud snižuje energetická účinnost jaderného kosmického motoru (měrný impuls až 15 000 m/s), ale zvyšuje se účinnost a radiační bezpečnost.
Praktické úspěchy
Formálně je za vynálezce atomové elektrárny považován americký vědec a fyzik Richard Feynman. Ve výzkumném středisku Los Alamos (USA) byly v roce 1955 zahájeny rozsáhlé práce na vývoji a vytvoření jaderných motorů pro kosmické lodě v rámci programu Rover. Američtí vynálezci preferovali elektrárny s homogenním jaderným reaktorem. První experimentální vzorek „Kiwi-A“ byl sestaven v továrně v atomovém centru v Albuquerque (Nové Mexiko, USA) a testován v roce 1959. Reaktor byl umístěn vertikálně na stojan s tryskou nahoru. Během testů byl zahřátý proud spotřebovaného vodíku vypouštěn přímo do atmosféry. A přestože rektor pracoval na nízký výkon jen asi 5 minut, úspěch inspiroval vývojáře.
V Sovětském svazu dalo k takovému výzkumu silný impuls setkání „tří velkých K“ konané v roce 1959 v Ústavu pro atomovou energii – tvůrce atomové bomby I.V.Kurčatova, hlavního teoretika ruské kosmonautiky M.V.Keldyshe a generální konstruktér sovětských raket S.P. Queen. Na rozdíl od amerického modelu měl sovětský motor RD-0410, vyvinutý v konstrukční kanceláři sdružení Chimavtomatika (Voroněž), heterogenní reaktor. Požární zkoušky proběhly na cvičišti poblíž města Semipalatinsk v roce 1978.
Stojí za zmínku, že teoretických projektů bylo vytvořeno poměrně hodně, ale nikdy nedošlo k praktické realizaci. Důvodem byla přítomnost velkého množství problémů v materiálové vědě, nedostatek lidských a finančních zdrojů.
Pro poznámku: důležitým praktickým počinem bylo provedení letových zkoušek letadel s jaderným motorem. V SSSR byl nejslibnější experimentální strategický bombardér Tu-95LAL, v USA - B-36.
Orion Project nebo Pulse NRE
Pro lety ve vesmíru byl pulzní jaderný motor poprvé navržen k použití v roce 1945 americkým matematikem polského původu Stanislavem Ulamem. V dalším desetiletí tuto myšlenku rozvinuli a zdokonalili T. Taylor a F. Dyson. Pointa je, že energie malých jaderných náloží, odpálených v určité vzdálenosti od tlačné plošiny na spodku rakety, jí dává velké zrychlení.
V rámci projektu Orion zahájeného v roce 1958 bylo plánováno vybavit raketu schopnou dopravit lidi na povrch Marsu nebo na oběžnou dráhu Jupitera právě takovým motorem. Posádka umístěná v předním prostoru by byla chráněna před škodlivými účinky gigantických zrychlení tlumicím zařízením. Výsledkem podrobné inženýrské práce byly pochodové zkoušky rozsáhlého modelu lodi pro studium stability letu (místo jaderných náloží byly použity konvenční výbušniny). Kvůli vysokým nákladům byl projekt v roce 1965 uzavřen.
Podobné myšlenky na vytvoření „výbušniny“ vyslovil v červenci 1961 sovětský akademik A. Sacharov. Aby se loď dostala na oběžnou dráhu, vědec navrhl použití konvenčních motorů na kapalná paliva.
Alternativní projekty
Obrovské množství projektů nepřesáhlo rámec teoretického výzkumu. Bylo mezi nimi mnoho originálních a velmi slibných. Potvrzením je myšlenka jaderné elektrárny založené na štěpných úlomcích. Konstrukční vlastnosti a uspořádání tohoto motoru umožňují obejít se bez pracovní kapaliny. Tryskový proud, který zajišťuje potřebné vlastnosti pohonu, je tvořen vyhořelým jaderným materiálem. Reaktor je založen na rotujících discích s podkritickou jadernou hmotností (štěpný koeficient atomů je menší než jedna). Při rotaci v sektoru disku umístěném v aktivní zóně se spustí řetězová reakce a rozkládající se vysokoenergetické atomy jsou poslány do trysky motoru a tvoří tryskový proud. Přeživší celé atomy se zúčastní reakce při dalších otáčkách palivového disku.
Projekty jaderného motoru pro lodě plnící určité úkoly v blízkozemském prostoru založené na RTG (radioizotopových termoelektrických generátorech) jsou docela proveditelné, ale takové instalace nejsou příliš perspektivní pro meziplanetární, a tím spíše mezihvězdné lety.
Motory pro jadernou fúzi mají obrovský potenciál. Již v současné fázi rozvoje vědy a techniky je vcelku proveditelná pulzní instalace, při které budou stejně jako u projektu Orion odpáleny termonukleární nálože pod spodkem rakety. Řada odborníků však považuje realizaci řízené jaderné fúze za záležitost blízké budoucnosti.
Výhody a nevýhody YARD
Mezi nesporné výhody použití jaderných motorů jako pohonných jednotek pro kosmické lodě patří jejich vysoká energetická účinnost, která poskytuje vysoký měrný impuls a dobrý tahový výkon (až tisíc tun ve vakuu), což je působivá energetická rezerva při autonomním provozu. Současná úroveň vědeckého a technologického rozvoje umožňuje zajistit srovnatelnou kompaktnost takové instalace.
Hlavní nevýhodou NRE, která způsobila omezení projekční a výzkumné práce, je vysoké radiační nebezpečí. To platí zejména při provádění pozemních požárních zkoušek, v důsledku kterých se radioaktivní plyny, sloučeniny uranu a jeho izotopů mohou dostat do atmosféry společně s pracovní kapalinou, a destruktivní účinek pronikajícího záření. Ze stejných důvodů je nepřijatelné vypouštět kosmickou loď vybavenou jaderným motorem přímo z povrchu Země.
Současnost a budoucnost
Podle ujištění akademika Ruské akademie věd, generálního ředitele Keldyšského centra Anatolije Korotěeva, v blízké budoucnosti vznikne v Rusku zásadně nový typ jaderného motoru. Podstatou přístupu je, že energie vesmírného reaktoru nebude směřována k přímému ohřevu pracovní tekutiny a tvorbě tryskového proudu, ale k výrobě elektřiny. Role pohonu v instalaci je přiřazena plazmovému motoru, jehož specifický tah je 20krát vyšší než tah v současnosti existujících chemických raketových vozidel. Hlavním podnikem projektu je pododdělení státní korporace "Rosatom" JSC "NIKIET" (Moskva).
Plnohodnotné maketové testy prošly úspěšně již v roce 2015 na základě NPO Mashinostroeniya (Reutov). Letošní listopad byl označen jako datum zahájení letových konstrukčních zkoušek jaderné elektrárny. Nejdůležitější prvky a systémy budou muset být otestovány, a to i na palubě ISS.
Provoz nového ruského jaderného motoru probíhá v uzavřeném cyklu, který zcela vylučuje pronikání radioaktivních látek do okolního prostoru. Hmotnost a celkové vlastnosti hlavních prvků elektrárny zajišťují její použití se stávajícími domácími nosnými raketami Proton a Angara.
Rusko bylo a stále zůstává lídrem v oblasti jaderné vesmírné energie. Organizace jako RSC Energia a Roskosmos mají zkušenosti s navrhováním, stavbou, vypouštěním a provozem kosmických lodí vybavených jaderným zdrojem energie. Jaderný motor umožňuje provoz letadel po mnoho let, což výrazně zvyšuje jejich praktickou vhodnost.
historická kronika
Dodání výzkumného zařízení na oběžné dráhy vnějších planet sluneční soustavy zároveň vyžaduje navýšení zdrojů takového jaderného zařízení na 5–7 let. Bylo prokázáno, že komplex s jaderným pohonným systémem o výkonu asi 1 MW jako součást výzkumné kosmické lodi umožní urychlené doručování umělých satelitů nejvzdálenějších planet, planetárních roverů na povrch přirozených satelitů těchto planet. a dodání půdy z komet, asteroidů, Merkuru a satelitů Jupiteru a Saturnu.
Opakovaně použitelný remorkér (MB)
Jedním z nejdůležitějších způsobů, jak zvýšit efektivitu přepravních operací ve vesmíru, je znovupoužitelné využití prvků dopravního systému. Jaderný motor pro kosmické lodě o výkonu minimálně 500 kW umožňuje vytvořit opakovaně použitelný remorkér a tím výrazně zvýšit efektivitu vícečlánkového vesmírného dopravního systému. Takový systém je zvláště užitečný v programu pro zajištění velkých ročních toků nákladu. Příkladem může být program průzkumu Měsíce s vytvářením a udržováním neustále rostoucí obyvatelné základny a experimentálních technologických a průmyslových komplexů.
Výpočet obratu nákladu
Podle konstrukčních studií RSC Energia by při stavbě základny měly být na povrch Měsíce dopravovány moduly o hmotnosti asi 10 tun, na oběžnou dráhu Měsíce až 30 tun. základny je 400-500 tun.
Princip fungování jaderného motoru však neumožňuje dostatečně rychle rozptýlit transportér. Vzhledem k dlouhé době přepravy, a tedy značnému času strávenému nákladem v radiačních pásech Země, nelze veškerý náklad doručit pomocí remorkérů s jaderným pohonem. Tok nákladu, který lze zajistit na základě NEP, se proto odhaduje pouze na 100-300 tun/rok.
Ekonomická efektivita
Jako kritérium pro ekonomickou efektivitu interorbitálního transportního systému je vhodné použít hodnotu jednotkových nákladů na přepravu jednotkové hmotnosti užitečného zatížení (PG) z povrchu Země na cílovou oběžnou dráhu. RSC Energia vyvinula ekonomický a matematický model, který bere v úvahu hlavní nákladové složky v dopravním systému:
- pro vytvoření a vypuštění tažných modulů na oběžnou dráhu;
- na nákup funkčního jaderného zařízení;
- provozní náklady, stejně jako náklady na výzkum a vývoj a případné kapitálové náklady.
Ukazatele nákladů závisí na optimálních parametrech MB. Pomocí tohoto modelu byla studována komparativní ekonomická účinnost použití opakovaně použitelného remorkéru založeného na jaderném pohonu o výkonu asi 1 MW a jednorázového remorkéru založeného na pokročilých kapalných pohonných systémech v programu pro dodání užitečného zatížení o celkové hmotnosti 100 t/rok ze Země na oběžnou dráhu Měsíce s výškou 100 km. Při použití stejné nosné rakety s nosností rovnou nosnosti nosné rakety Proton-M a schématem dvou startů pro konstrukci dopravního systému, jednotkové náklady na dodání jednotkové hmotnosti užitečného zatížení pomocí remorkéru založeného na jaderného motoru bude třikrát nižší než při použití jednorázových remorkérů na bázi raket s kapalinovými motory typu DM-3.
Závěr
Efektivní jaderný motor pro vesmír přispívá k řešení ekologických problémů Země, pilotovaný let na Mars, vytvoření bezdrátového systému přenosu energie ve vesmíru, implementace vysoce nebezpečného radioaktivního odpadu z pozemní jaderné energie se zvýšenou bezpečností, vytvoření obyvatelné měsíční základny a zahájení průmyslového průzkumu Měsíce, zajištění ochrany Země před nebezpečím asteroidu-komety.
V jeden z oddílů Na LiveJournalu elektronický inženýr neustále píše o jaderných a termonukleárních strojích - reaktorech, instalacích, výzkumných laboratořích, urychlovačích a také o. Nová ruská raketa, svědectví během výročního poselství prezidenta, vzbudila bloggerův živý zájem. A tady je to, co na toto téma našel.
Ano, historicky docházelo k vývoji řízených střel s náporovým jaderným vzduchovým motorem: jde o střelu SLAM v USA s reaktorem TORY-II, koncept Avro Z-59 ve Spojeném království a vývoj v SSSR.
Moderní ztvárnění konceptu rakety Avro Z-59 o hmotnosti asi 20 tun.
Všechny tyto práce však pokračovaly v 60. letech jako výzkum a vývoj různého stupně hloubky (nejdál šly Spojené státy, jak je uvedeno níže) a nepokračovalo se v nich ve formě vzorků v provozu. Nedostali to ze stejného důvodu jako mnoho jiných vývojů Atom Age – letadla, vlaky, rakety s jadernými elektrárnami. Všechny tyto možnosti vozidel, s některými výhodami, které zběsilá hustota energie v jaderném palivu dává, mají velmi vážné nevýhody - vysokou cenu, složitost provozu, požadavky na stálou ochranu a nakonec neuspokojivé výsledky vývoje, o kterých se obvykle ví jen málo (publikace Výsledky výzkumu a vývoje jsou pro všechny strany ziskovější, odhalují úspěchy a zakrývají neúspěchy).
Zejména pro řízené střely je mnohem snazší vytvořit nosič (ponorku nebo letadlo), který na místo startu „přitáhne“ spoustu raket, než se plácat s malou flotilou (a je neuvěřitelně obtížné zvládnout velkou flotila) střel s plochou dráhou letu vypuštěných z vlastního území. Univerzální, levný, masový produkt nakonec vyhrál v malém měřítku, drahý a s nejednoznačnými plusy. Jaderné řízené střely nepřesáhly pozemní testy.
Tato koncepční slepá ulička 60. let KR s jadernými elektrárnami je podle mého názoru stále aktuální, takže hlavní otázka k zobrazenému zní „proč??“. Ale je to ještě konvexnější kvůli problémům, které vznikají při vývoji, testování a provozu takových zbraní, o kterých budeme hovořit dále.
Začněme tedy reaktorem. Koncepty SLAM a Z-59 byly třístrojové dolnoplošné rakety impozantních rozměrů a hmotnosti (20+ tun poté, co byly svrženy startovací posilovače). Strašně drahý dolnoplošník umožňoval maximálně využít přítomnost prakticky neomezeného zdroje energie na palubě, navíc důležitou vlastností jaderného vzduchového proudového motoru je zlepšení efektivity práce (termodynamický cyklus) s rostoucí rychlostí, tzn. stejný nápad, ale při rychlostech 1000 km/h by měl mnohem těžší a celkově motor. Konečně 3M ve výšce sto metrů v roce 1965 znamenala nezranitelnost PVO Ukazuje se, že dříve byl koncept raketometu s jadernou elektrárnou „svázán“ vysokou rychlostí, kde byly výhody konceptu silná a konkurenti s uhlovodíkovým palivem slábli.Zobrazená raketa podle mě vypadá transsonická nebo lehce nadzvuková (pokud ovšem nevěříte, že je to ona na videu). Ale zároveň se velikost reaktoru výrazně zmenšila oproti TORY II z rakety SLAM, kde to bylo celé 2 metry včetně grafitového radiálního neutronového reflektoru
Je vůbec možné položit reaktor o průměru 0,4-0,6 metru?
Začněme se zásadně minimálním reaktorem – slepým polotovarem Pu239. Dobrým příkladem realizace takové koncepce je vesmírný reaktor Kilopower, který však využívá U235. Průměr aktivní zóny reaktoru je pouhých 11 centimetrů! Pokud přejdeme na plutonium 239, velikost AZ klesne ještě 1,5-2 krát.Nyní, od minimální velikosti, začneme směřovat ke skutečnému jadernému vzduchovému proudovému motoru, pamatovat si potíže.
První věc, kterou je třeba přidat k velikosti reaktoru, je velikost reflektoru - konkrétně v Kilopower BeO ztrojnásobuje velikost. Za druhé, nemůžeme použít U nebo Pu polotovar - jednoduše vyhoří v proudu vzduchu za pouhou minutu. Je potřeba plášť, např. incaloy, který odolává okamžité oxidaci do 1000 C, nebo jiné slitiny niklu s případným keramickým povlakem. Zavedení velkého množství obalového materiálu do aktivní zóny okamžitě několikanásobně zvýší potřebné množství jaderného paliva – vždyť „neproduktivní“ absorpce neutronů v aktivní zóně se nyní dramaticky zvýšila!
Navíc kovová forma U nebo Pu již není vhodná - tyto materiály samy o sobě nejsou žáruvzdorné (plutonium se obecně taví při 634 C), ale také interagují s materiálem kovových obalů. Palivo převedeme na klasickou formu UO2 nebo PuO2 - získáme ještě jedno zředění materiálu v aktivní zóně, nyní kyslíkem.
Nakonec si připomeneme účel reaktoru. Potřebujeme přes něj pumpovat hodně vzduchu, kterému budeme odevzdávat teplo. Přibližně 2/3 prostoru zaberou „vzduchovky“.
V důsledku toho se minimální průměr jádra zvětší na 40-50 cm (u uranu) a průměr reaktoru s 10cm beryliovým reflektorem až na 60-70 cm. MITEE určené pro lety v atmosféře Jupiteru. Tento zcela papírový projekt (např. teplota jádra je zajištěna na 3000 K a stěny jsou vyrobeny z berylia, které odolá síle 1200 K) má průměr jádra vypočtený z neutroniky 55,4 cm, přičemž chlazení vodíkem umožňuje mírně zmenšit velikost kanálů, kterými je chladicí kapalina čerpána.
Podle mého názoru lze vzduchový jaderný proudový motor natlačit do rakety o průměru kolem metru, která však stále není kardinálně větší než znělých 0,6-0,74 m, ale stále alarmující. jaderná elektrárna bude mít výkon ~ několik megawattů, poháněná ~10^16 rozpady za sekundu. To znamená, že reaktor sám vytvoří radiační pole několika desítek tisíc rentgenů blízko povrchu a až tisíce rentgenů podél celé rakety. Ani instalace několika set kg sektorové ochrany tyto úrovně výrazně nesníží, protože. neutrony a gama kvanta se budou odrážet od vzduchu a "obejdou ochranu".
Za několik hodin takový reaktor vyprodukuje ~10^21-10^22 atomů štěpných produktů c s aktivitou několika (několika desítek) petabecquerelů, které i po odstavení vytvoří pozadí několika tisíc rentgenů v blízkosti reaktor.
Konstrukce rakety bude aktivována na asi 10^14 Bq, i když izotopy budou primárně beta zářiče a jsou nebezpečné pouze brzdným zářením. Pozadí samotné konstrukce může dosahovat desítek rentgenových paprsků ve vzdálenosti 10 metrů od těla rakety.
Všechny tyto „veselosti“ dávají tušit, že vývoj a testování takové střely je úkol na hranici možného. Je potřeba vytvořit celou sadu radiačně odolných navigačních a řídicích zařízení, to vše poměrně komplexně otestovat (záření, teplota, vibrace - a to vše pro statistiku). Letové testy s fungujícím reaktorem se mohou každou chvíli změnit v radiační katastrofu s únikem stovek terrabecquerelů na jednotky petabecquerelů. I bez katastrofických situací je velmi pravděpodobné odtlakování jednotlivých palivových tyčí a únik radionuklidů.
Samozřejmě, že v Rusku stále existují Polygon Nové země na kterých lze takové testy provádět, ale to by bylo v rozporu s duchem smlouvy o zákaz jaderných zkoušek ve třech prostředích (Zákaz byl zaveden, aby se zabránilo systematickému znečišťování atmosféry a oceánu radionuklidy).
Nakonec je zajímavé, kdo v Ruské federaci mohl takový reaktor vyvinout. Tradičně se na vysokoteplotních reaktorech zpočátku podílel Kurčatovův institut (obecný návrh a výpočty), Obninsk FEI (experimentální testování a palivo) a Luchův výzkumný ústav v Podolsku (technologie paliva a materiálů). Později se k návrhu takových strojů přidal tým NIKIET (například reaktory IGR a IVG - prototypy aktivní zóny jaderného raketového motoru RD-0410).
Dnes má NIKIET tým designérů, kteří pracují na návrhu reaktorů ( vysokoteplotní plynem chlazený RUGK , rychlé reaktory MBIR, ), zatímco IPPE a Luch se nadále zabývají souvisejícími výpočty a technologiemi, resp. Kurchatovův institut se v posledních desetiletích posunul více k teorii jaderných reaktorů.
V souhrnu bych rád řekl, že vytvoření řízené střely s proudovými motory s jadernými elektrárnami je celkově proveditelný úkol, ale zároveň extrémně nákladný a složitý, vyžadující významnou mobilizaci lidí a finanční zdroje, jak se mi zdá, ve větší míře než všechny ostatní vyjádřené projekty ("Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard"). Je velmi zvláštní, že tato mobilizace nezanechala sebemenší stopu. A co je nejdůležitější, není vůbec jasné, jaký je přínos získání takových typů zbraní (na pozadí stávajících nosičů) a jak mohou převážit četné nevýhody - otázky radiační bezpečnosti, vysoká cena, nekompatibilita se strategickými zbraněmi redukční smlouvy.
P.S. "Zdroje" už ale začínají situaci zmírňovat: "Řekl zdroj blízký vojensko-průmyslovému komplexu" Vědomosti “, že radiační bezpečnost při testování raket byla zajištěna. Jaderné zařízení na palubě bylo znázorněno elektrickým uspořádáním, říká zdroj.
Dalo by se začít tento článek tradiční pasáží o tom, jak autoři sci-fi předkládají odvážné myšlenky a vědci je pak přivádějí k životu. Je to možné, ale nechci psát razítky. Je lepší si připomenout, že moderní raketové motory, pevné i kapalné, mají více než neuspokojivý výkon pro lety na poměrně velké vzdálenosti. Umožňují nasadit náklad na oběžnou dráhu Země, dopravit něco na Měsíc – taky, i když je takový let dražší. Letět na Mars s takovými motory už ale není jednoduché. Dejte jim palivo a okysličovadlo ve správném množství. A tyto objemy jsou přímo úměrné vzdálenosti, kterou je třeba překonat.
Alternativou k tradičním chemickým raketovým motorům jsou elektrické, plazmové a jaderné motory. Ze všech alternativních motorů se do fáze vývoje motoru dostal pouze jeden systém – jaderný (NRE). V Sovětském svazu a Spojených státech se již v 50. letech začalo pracovat na vytvoření jaderných raketových motorů. Američané pracovali na obou variantách takové elektrárny: proudové i impulsní. První koncept zahrnuje ohřev pracovní tekutiny pomocí jaderného reaktoru, následovaný ejekcí tryskami. Impuls NRE zase pohání kosmickou loď postupnými explozemi malého množství jaderného paliva.
Také v USA byl vynalezen projekt Orion, kombinující obě verze YARD. To bylo provedeno následovně: z ocasu lodi byly vrženy malé jaderné nálože o kapacitě asi 100 tun TNT. Za nimi byly odpáleny kovové kotouče. Ve vzdálenosti od lodi došlo k odpálení nálože, odpaření disku a rozptýlení látky do různých směrů. Část zasáhla zesílenou ocasní část lodi a posunula ji dopředu. Malé zvýšení tahu mělo být způsobeno odpařováním desky, která přijímá rány. Jednotková cena takového letu měla být pouze 150, pak dolarů za kilogram užitečného zatížení.
Došlo i na testy: zkušenosti ukázaly, že pohyb pomocí postupných impulsů je možný, stejně jako vytvoření dostatečně silné záďové desky. Projekt Orion byl ale v roce 1965 uzavřen jako neperspektivní. Jde však zatím o jediný existující koncept, který může umožnit expedice alespoň do Sluneční soustavy.
Před stavbou prototypu bylo možné dosáhnout pouze tryskového YARDU. Jednalo se o sovětský RD-0410 a americký NERVA. Fungovaly na stejném principu: v „konvenčním“ jaderném reaktoru se ohřívá pracovní tekutina, která po vyvržení z trysek vytváří tah. Pracovní kapalinou obou motorů byl kapalný vodík, ale v tom sovětském se jako pomocná látka používal heptan.
Tah RD-0410 byl 3,5 tuny, NERVA dala téměř 34, ale měl také velké rozměry: 43,7 metru na délku a 10,5 v průměru oproti 3,5, respektive 1,6 metru u sovětského motoru. Zároveň americký motor třikrát prohrál se sovětským z hlediska zdrojů - RD-0410 mohl pracovat hodinu.
Oba motory však navzdory slibu také zůstaly na Zemi a nikam neletěly. Hlavním důvodem uzavření obou projektů (NERVA v polovině 70. let, RD-0410 v roce 1985) jsou peníze. Vlastnosti chemických motorů jsou horší než u jaderných motorů, ale cena jednoho startu lodi s jaderným raketovým motorem se stejným užitečným zatížením může být 8-12x vyšší než start stejného Sojuzu s raketovým motorem. A to bez zohlednění všech nákladů nutných k uvedení jaderných motorů do vhodnosti pro praktické použití.
Vyřazení „levných“ raketoplánů z provozu a nedávná absence revolučních objevů ve vesmírných technologiích vyžadují nová řešení. V dubnu letošního roku oznámil tehdejší šéf Roskosmosu A. Perminov záměr vyvinout a uvést do provozu zcela nový NRE. Právě to by podle Roskosmosu mělo radikálně zlepšit „situaci“ v celé světové kosmonautice. Nyní je jasné, kdo by se měl stát příštími revolucionáři kosmonautiky: FSUE „Keldysh Center“ se bude podílet na vývoji NRE. Generální ředitel podniku A. Koroteev již potěšil veřejnost, že návrh konstrukce kosmické lodi pro nový jaderný raketový motor bude hotov v příštím roce. Konstrukce motoru by měla být hotová do roku 2019, testy jsou naplánovány na rok 2025.
Komplex dostal název TEM – dopravní a energetický modul. Ponese plynem chlazený jaderný reaktor. O přímém pohonu ještě nebylo rozhodnuto: buď to bude proudový motor jako RD-0410, nebo elektrický raketový motor (EP). Posledně jmenovaný typ však nebyl zatím nikde na světě masivně používán: byly jimi vybaveny pouze tři kosmické lodě. Ve prospěch EJE ale hovoří fakt, že reaktor dokáže pohánět nejen motor, ale i mnoho dalších bloků, nebo dokonce využívat celý TEM jako vesmírnou elektrárnu.
