Nükleer roket motorları. nükleer roket motoru

Dikkatle birçok harf.

Rusya'da nükleer güç tahrik sistemine (NPP) sahip bir uzay aracının uçuş prototipinin 2025 yılına kadar oluşturulması planlanıyor. İlgili çalışma, Roscosmos tarafından bakanlıklara onaylanmak üzere gönderilen 2016-2025 Federal Uzay Programı (FKP-25) taslağında belirtilmiştir.

Nükleer enerji sistemleri, büyük ölçekli gezegenler arası keşifler planlanırken, uzayda gelecek vaat eden ana enerji kaynakları olarak kabul edilir. Gelecekte uzayda megavat gücün sağlanması, şu anda Rosatom'un işletmeleri tarafından yaratılmakta olan nükleer santrale izin verecektir.

Nükleer santral kurulmasına yönelik tüm çalışmalar planlanan şartlara uygun olarak ilerliyor. Rosatom devlet kurumunun iletişim bölümünün proje yöneticisi Andrey Ivanov, "Hedef program tarafından öngörülen işin zamanında tamamlanacağını büyük bir güvenle söyleyebiliriz ”diyor.

Başına Son zamanlarda proje çerçevesinde iki önemli aşamadan geçildi: yakıt elemanının koşullar altında çalışabilirliğini sağlayan benzersiz bir tasarımı oluşturuldu. yüksek sıcaklıklar, büyük sıcaklık gradyanları, yüksek doz ışınlama. Gelecekteki uzay güç ünitesinin reaktör kabının teknolojik testleri de başarıyla tamamlandı. Bu testlerin bir parçası olarak, gövde aşırı basınca maruz bırakıldı ve ana metalin halka şeklindeki bölgelerinde 3 boyutlu ölçümler yapıldı. kaynaklı bağlantı ve konik bir geçiş.

Çalışma prensibi. Yaratılış tarihi.

İLE nükleer reaktör uzay uygulamaları için temel zorluklar yoktur. 1962'den 1993'e kadar olan dönemde ülkemiz benzer tesislerin üretiminde zengin deneyime sahiptir. Benzer çalışmalar Amerika Birleşik Devletleri'nde yapıldı. 1960'ların başından beri, dünyada çeşitli tipte elektrikli jet motorları geliştirilmiştir: iyonik, sabit plazma, anot katmanlı motor, darbeli plazma motoru, manyetoplazma, manyetoplazmodinamik.

Uzay aracı için nükleer motorların oluşturulması ile ilgili çalışmalar, geçen yüzyılda SSCB ve ABD'de aktif olarak gerçekleştirildi: Amerikalılar projeyi 1994'te, SSCB 1988'de kapattı. Çalışmaların kapatılması, kamuoyunu nükleer enerji kullanımına olumsuz yönde yönlendiren Çernobil felaketi tarafından büyük ölçüde kolaylaştırıldı. Ek olarak, uzaydaki nükleer tesislerin testleri her zaman rutin olarak gerçekleştirilmedi: 1978'de Sovyet uydusu "Kosmos-954" atmosfere girdi ve çöktü, 100 bin metrekarelik bir alana binlerce radyoaktif parça saçtı. Kanada'nın kuzeybatı bölgelerinde km. Sovyetler Birliği Kanada'ya 10 milyon dolardan fazla tazminat ödedi.

Mayıs 1988'de, iki örgüt - Amerikan Bilim Adamları Federasyonu ve Nükleer Tehdide Karşı Barış İçin Sovyet Bilim Adamları Komitesi - nükleer enerjinin uzayda kullanımını yasaklamak için ortak bir öneride bulundu. Bu teklif resmi olarak sonuçlanmadı, ancak o zamandan beri hiçbir ülke gemide nükleer santraller bulunan uzay aracını fırlatmadı.

Projenin en büyük avantajları, pratik olarak önemli operasyonel özelliklerdir - uzun bir hizmet ömrü (10 yıllık çalışma), önemli bir revizyon aralığı ve tek bir çalıştırma ile uzun bir çalışma süresi.

2010 yılında proje için teknik teklifler oluşturuldu. Bu yıldan itibaren tasarım başladı.

YaEDU üç ana cihaz içerir: 1) reaktör tesisi bir çalışma sıvısı ve yardımcı cihazlarla (ısı eşanjörü-reküperatör ve turbo-jeneratör-kompresör); 2) bir elektrikli roket tahrik sistemi; 3) buzdolabı radyatörü.

Reaktör.

Fiziksel bir bakış açısından, kompakt gaz soğutmalı hızlı bir nötron reaktörüdür.
Yakıt olarak bir uranyum bileşiği (dioksit veya karbonitrür) kullanılır, ancak tasarımın çok kompakt olması gerektiğinden, uranyum izotop 235'te geleneksel (sivil) nükleer santrallerdeki yakıt elementlerinden daha yüksek, muhtemelen %20'den daha fazla zenginliğe sahiptir. . Ve kabukları, molibden bazlı refrakter metallerin monokristal bir alaşımıdır.

Bu yakıtın çok yüksek sıcaklıklarda çalışması gerekecektir. Bu nedenle, sıcaklıkla ilişkili olumsuz faktörleri içerebilecek ve aynı zamanda yakıtın ana işlevini yerine getirmesine izin verecek malzemeleri seçmek gerekiyordu - yardımıyla elektriğin kullanılacağı gazlı ısı taşıyıcıyı ısıtmak. üretilmiş.

Buzdolabı.

Çalışma sırasında gaz soğutma nükleer tesis kesinlikle gerekli. Uzayda ısıyı nasıl serbest bırakırsınız? Tek seçenek radyasyonla soğutmadır. Boşluktaki ısınan yüzey, görünür ışık da dahil olmak üzere geniş bir aralıkta elektromanyetik dalgalar yayarak soğutulur. Projenin benzersizliği, özel bir soğutucu - helyum-ksenon karışımının kullanılmasında yatmaktadır. Kurulum yüksek verimlilik sağlar.

Motor.

İyon motorunun çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Anotlar ve manyetik alanda bulunan bir katot bloğu yardımıyla gaz deşarj odasında nadir bir plazma oluşturulur. Çalışma ortamının iyonları (ksenon veya başka bir madde), emisyon elektrotu tarafından ondan "çekilir" ve bununla hızlandırıcı elektrot arasındaki boşlukta hızlandırılır.

Planı uygulamak için 2010'dan 2018'e kadar olan dönemde 17 milyar ruble vaat edildi. Bu fonlardan 7.245 milyar ruble, reaktörün kendisinin oluşturulması için devlet şirketi "Rosatom" a tahsis edildi. Diğer 3.955 milyar - bir nükleer güç tahrik santralinin oluşturulması için FSUE "Keldysh Center". 5,8 milyar ruble daha - tüm ulaşım ve enerji modülünün çalışma görünümünün aynı zaman diliminde oluşturulacağı RSC Energia için.

Planlara göre, 2017 yılı sonuna kadar ulaşım ve enerji modülünü (gezegenler arası uçuş modülü) tamamlamak için bir nükleer güç tahrik sistemi hazırlanacak. 2018 yılı sonuna kadar nükleer santral, uçuş tasarım testlerine hazır hale getirilecek. Proje federal bütçeden finanse edilmektedir.

Geçen yüzyılın 60'larında Amerika Birleşik Devletleri ve SSCB'de nükleer roket motorlarının yaratılmasıyla ilgili çalışmaların başladığı bir sır değil. Ne kadar ileri geldiler? Ve bu süreçte ne gibi sorunlarla karşılaştınız?

Anatoly Koroteev: Gerçekten de, 1960'larda ve 1970'lerde ülkemizde ve Amerika Birleşik Devletleri'nde uzayda nükleer enerji kullanımı ile ilgili çalışmalar başladı ve aktif olarak sürdürüldü.

Başlangıçta, görev, yakıtın ve oksitleyicinin yanmasının kimyasal enerjisi yerine, hidrojenin ısıtılmasını yaklaşık 3000 derecelik bir sıcaklığa kullanacak olan roket motorları oluşturmak için belirlendi. Ancak böyle doğrudan bir yolun hala etkisiz olduğu ortaya çıktı. Kısa bir süre için yüksek bir itiş gücü alıyoruz, ancak aynı zamanda reaktörün anormal çalışması durumunda radyoaktif olarak kirlenebilecek bir jet atıyoruz.

Belli bir deneyim birikmişti, ancak o zamanlar ne biz ne de Amerikalılar güvenilir motorlar yaratamadık. Çalıştılar, ama fazla değil, çünkü bir nükleer reaktörde hidrojeni 3000 dereceye ısıtmak ciddi bir iş. Ayrıca bu tür motorların yer testleri sırasında atmosfere radyoaktif jetler salındığı için çevre sorunları da vardı. Kazakistan'da kalan nükleer testler için özel olarak hazırlanmış Semipalatinsk test sahasında bu tür çalışmaların yapıldığı artık bir sır değil.

Yani, iki parametrenin kritik olduğu ortaya çıktı - engelleyici sıcaklık ve radyasyon emisyonları?

Anatoly Koroteev: Genel olarak, evet. Bu ve diğer bazı nedenlerden dolayı ülkemizde ve Amerika Birleşik Devletleri'nde çalışmalar durduruldu veya askıya alındı ​​- bunu farklı şekillerde değerlendirebilirsiniz. Ve daha önce bahsedilen tüm dezavantajlara sahip bir nükleer motor yapmak için onları böyle bir şekilde yenilemek bize mantıksız görünüyordu. Tamamen farklı bir yaklaşım önerdik. Hibrit bir otomobilin geleneksel bir otomobilden farklı olması gibi, eskisinden de farklıdır. Normal bir arabada motor tekerlekleri döndürür ve hibrit arabalarda motordan elektrik üretilir ve bu elektrik tekerlekleri döndürür. Yani bir nevi ara enerji santrali oluşturuluyor.

Bu nedenle, uzay reaktörünün ondan çıkan jeti ısıtmadığı, ancak elektrik ürettiği bir şema önerdik. Reaktörden gelen sıcak gaz türbini, türbin elektrik jeneratörünü ve çalışma sıvısını kapalı bir döngüde dolaştıran kompresörü döndürür. Jeneratör, plazma motoru için kimyasal muadillerinden 20 kat daha yüksek belirli bir itme gücü ile elektrik üretir.

Zor bir şema. Esasen, bu uzayda bir mini nükleer santraldir. Ramjet nükleer motora göre avantajları nelerdir?

Anatoly Koroteev: Asıl mesele, yeni motordan çıkan jetin radyoaktif olmayacağıdır, çünkü kapalı bir döngüde bulunan reaktörden tamamen farklı bir çalışma sıvısı geçer.

Ek olarak, bu şema ile hidrojeni fahiş değerlere ısıtmamıza gerek yok: reaktörde 1500 dereceye kadar ısınan atıl bir çalışma sıvısı dolaşıyor. Görevimizi ciddi şekilde basitleştiriyoruz. Ve sonuç olarak, kimyasal motorlara kıyasla özgül itme gücünü iki değil, 20 kat artıracağız.

Başka bir şey de önemlidir: Eski Semipalatinsk test sahasının altyapısına, özellikle Kurchatov şehrinde kalan tezgah tabanına ihtiyaç duyulan karmaşık saha testlerine gerek yoktur.

Bizim durumumuzda, nükleer enerjinin devletleri dışında kullanımına ilişkin uzun uluslararası müzakerelere katılmadan, gerekli tüm testler Rusya topraklarında gerçekleştirilebilir.

Şu anda başka ülkelerde de benzer çalışmalar yapılıyor mu?

Anatoly Koroteev: NASA başkan yardımcısı ile bir görüşmem oldu, uzayda nükleer enerjiye dönüşle ilgili konuları görüştük ve Amerikalıların buna büyük ilgi gösterdiğini söyledi.

Çin'in kendi adına güçlü eylemlerle yanıt vermesi oldukça olasıdır, bu nedenle işlerin hızlı bir şekilde yapılması gerekiyor. Ve sadece birinden yarım adım öne geçmek için değil.

Her şeyden önce hızlı çalışmamız gerekiyor, böylece ortaya çıkan uluslararası işbirliğinde ve fiili olarak şekilleniyor, değerli görünüyoruz.

Yakın gelecekte olma olasılığını dışlamıyorum, uluslararası program Kontrollü termonükleer füzyon için şu anda uygulanmakta olan programa benzer bir nükleer uzay santralinde.

Birkaç yılda bir bazı
yeni yarbay Plüton'u keşfeder.
Sonra laboratuvarı arar,
nükleer ramjet'in diğer kaderini öğrenmek için.

Bu bugün moda bir konu, ama bana öyle geliyor ki nükleer doğrudan akışlı bir hava Jet motoru, çünkü yanında çalışan bir vücut taşımasına gerek yok.
Sanırım Başkan'ın mesajı onunla ilgiliydi ama nedense bugün herkes YARD hakkında paylaşımlarda bulunmaya başladı???
Buradaki her şeyi tek bir yere koyacağım. İlginç düşünceler, size söylüyorum, konuyu okuduğunuzda ortaya çıkıyor. Ve çok rahatsız edici sorular.

Bir ramjet motoru (ramjet; İngilizce terimi ramjet'tir, ram - ram'den) - bir jet motoru, tasarım açısından hava jetli motorlar (VRM) sınıfındaki en basit olanıdır. İtkinin yalnızca memeden dışarı akan jet akımı nedeniyle yaratıldığı doğrudan reaksiyon VRM tipini ifade eder. Motorun çalışması için gereken basınç artışı, karşıdan gelen hava akışının frenlenmesiyle sağlanır. Ramjet şu durumlarda çalışmaz: düşük hızlar uçuş, özellikle sıfır hızda, onu çalışma gücüne getirmek için bir veya başka bir hızlandırıcıya ihtiyaç vardır.

1950'lerin ikinci yarısında, Soğuk Savaş döneminde ABD ve SSCB, nükleer reaktörlü bir ramjet için projeler geliştirdi.


Fotoğraf: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg

Bu ramjet motorlarının enerji kaynağı (diğer ramjet motorlarının aksine) Kimyasal reaksiyon yakıtın yanması ve çalışma sıvısının ısıtma odasında bir nükleer reaktör tarafından üretilen ısı. Böyle bir ramjet motorun girişinden gelen hava, reaktör çekirdeğinden geçerek onu soğutur, kendisini çalışma sıcaklığına (yaklaşık 3000 K) kadar ısıtır ve daha sonra en gelişmiş için çıkış hızlarıyla karşılaştırılabilir bir hızda memeden dışarı akar. kimyasal roket motorları. olası hedef uçak bu motorla:
- nükleer yüklü bir kıtalararası seyir fırlatma aracı;
- tek aşamalı havacılık uçağı.

Her iki ülkede de, büyük bir roketin boyutlarına uyan kompakt, düşük kaynaklı nükleer reaktörler oluşturuldu. Amerika Birleşik Devletleri'nde, Pluto ve Tory nükleer ramjet araştırma programları kapsamında, Tory-IIC ramjet nükleer motorunun tezgah ateşleme testleri 1964'te gerçekleştirildi (156 kN'lik bir itme ile beş dakika boyunca 513 MW'lık tam güç modu). Uçuş testleri yapılmadı, program Temmuz 1964'te kapatıldı. Programın kapatılmasının nedenlerinden biri, nispeten pahalı nükleer ramjet motorlarına sahip şemalar kullanılmadan savaş görevlerinin çözümünü tamamen sağlayan kimyasal roket motorlarıyla balistik füze tasarımının iyileştirilmesidir.
Şimdi Rus kaynaklarında ikinci hakkında konuşmak alışılmış değil ...

Pluto projesi, alçak irtifa uçuş taktiklerini kullanmaktı. Bu taktik, SSCB hava savunma sisteminin radarlarından gizlenmeyi sağladı.
Bir ramjet motorunun çalışacağı hıza ulaşmak için, Pluto'nun bir geleneksel roket güçlendirici paketi kullanılarak yerden fırlatılması gerekiyordu. Nükleer reaktörün başlatılması, ancak "Plüton" seyir yüksekliğine ulaştıktan ve nüfuslu bölgelerden yeterince uzaklaştıktan sonra başladı. Neredeyse sınırsız bir menzil sağlayan nükleer motor, roketin SSCB'deki hedefe süpersonik hıza geçme emrini bekleyen dairelerde okyanus üzerinde uçmasına izin verdi.

Taslak tasarım SLAM

Ramjet motoru için tasarlanan tam ölçekli bir reaktörün statik testinin yapılmasına karar verildi.
Lansmanından sonra Plüton reaktörü aşırı derecede radyoaktif hale geldiğinden, test alanına teslimatı özel olarak inşa edilmiş tam otomatik bir demiryolu hattı aracılığıyla gerçekleştirildi. Bu hatta, reaktör, statik test tezgahı ile devasa "yıkım" binasını ayıran yaklaşık iki mil mesafe kat eder. Binada, "sıcak" reaktör, uzaktan kumandalı ekipman kullanılarak inceleme için sökülmüştür. Livermore'dan bilim adamları, test tezgahından uzakta bir teneke hangarda bulunan bir televizyon sistemini kullanarak test sürecini izlediler. Her ihtimale karşı, hangar, iki haftalık yiyecek ve su kaynağı olan bir radyasyon önleyici barınak ile donatıldı.
Sadece yıkım binasının duvarlarını inşa etmek için gereken betonu sağlamak için (altı ila sekiz fit kalınlığında), Birleşik Devletler hükümeti bir madenin tamamını satın aldı.
Petrol üretiminde kullanılan ve toplam uzunluğu 25 mil olan borularda milyonlarca libre sıkıştırılmış hava depolandı. Bu sıkıştırılmış havanın, seyir hızında uçuş sırasında bir ramjet motorunun kendisini bulduğu koşulları simüle etmek için kullanılması gerekiyordu.
Sistemde yüksek hava basıncını sağlamak için laboratuvar, Connecticut, Groton'daki bir denizaltı üssünden dev kompresörler ödünç aldı.
Tesisatın tam güçte beş dakika çalıştığı testi gerçekleştirmek için, 4 cm çapında 14 milyondan fazla çelik bilye ile doldurulmuş çelik tanklardan bir ton havanın geçirilmesi gerekiyordu. yağın yakıldığı ısıtma elemanları kullanılarak 730 dereceye kadar ısıtıldı.

Bir demiryolu platformuna kurulan Tori-2C, başarılı testler için hazırdır. Mayıs 1964

14 Mayıs 1961'de, deneyin kontrol edildiği hangardaki mühendisler ve bilim adamları nefeslerini tuttular - parlak kırmızı bir demiryolu platformuna monte edilmiş dünyanın ilk nükleer ramjet motoru, yüksek bir kükreme ile doğumunu duyurdu. Tori-2A, nominal gücünü geliştirmediği sadece birkaç saniyeliğine fırlatıldı. Ancak, testin başarılı olduğuna inanılıyordu. En önemli şey, atom enerjisi komitesinin bazı temsilcileri tarafından oldukça korkulan reaktörün tutuşmamasıydı. Testlerin hemen ardından Merkle, daha az ağırlıkla daha fazla güce sahip olması beklenen ikinci Tory reaktörünün yaratılması üzerinde çalışmaya başladı.
Tory-2B üzerindeki çalışmalar çizim tahtasının ötesine geçmedi. Bunun yerine Livermore'lar, ilk reaktörü test ettikten üç yıl sonra çölün sessizliğini bozan Tory-2C'yi hemen inşa etti. Bir hafta sonra, reaktör yeniden başlatıldı ve beş dakika boyunca tam güçte (513 megavat) çalıştırıldı. Egzozun radyoaktivitesinin beklenenden çok daha az olduğu ortaya çıktı. Bu testlere Hava Kuvvetleri generalleri ve Atom Enerjisi Komitesi yetkilileri de katıldı.

Şu anda, "Pluto" projesini finanse eden Pentagon'dan müşteriler şüphelerin üstesinden gelmeye başladı. Füze ABD topraklarından fırlatıldığından ve SSCB hava savunma sistemleri tarafından algılanmamak için alçak irtifada Amerikan müttefiklerinin toprakları üzerinde uçtuğundan, bazı askeri stratejistler füzenin müttefikler için bir tehdit oluşturup oluşturmayacağını merak ettiler. ? Plüton roketi düşmana bomba atmadan önce bile, müttefikleri sersemletecek, ezecek ve hatta ışınlayacaktır. (Plüton'un tepeden uçtuğu andan itibaren yerdeki gürültü seviyesinin yaklaşık 150 desibel olması bekleniyordu. Karşılaştırma için, Amerikalıları tam itişte Ay'a (Satürn V) gönderen roketin gürültü seviyesi 200 desibeldi). Elbette, kafanızın üzerinde uçan ve sizi gama ve nötron radyasyonu ile bir tavuk gibi kızartan çıplak bir reaktörün altında sıkışıp kalsaydınız, kulak zarlarının yırtılması en az sorun olurdu.

Tori-2C

Roketin yaratıcıları Plüton'un doğası gereği aynı zamanda anlaşılması zor olduğunu iddia etseler de, askeri analistler şaşkınlıklarını dile getirdiler - bu kadar gürültülü, sıcak, büyük ve radyoaktif bir şeyin bir görevi tamamlamak için gereken süre boyunca nasıl fark edilmeyebileceğini. Aynı zamanda, ABD Hava Kuvvetleri, uçan reaktörden birkaç saat önce hedeflere ulaşabilen Atlas ve Titan balistik füzelerini ve korkusu ana itici güç olan SSCB füzesavar sistemini çoktan dağıtmaya başlamıştı. Plüton'un yaratılması için. ve başarılı test müdahalelerine rağmen balistik füzelere engel olmadı. Projenin eleştirmenleri, yavaş, düşük ve dağınık - yavaş, düşük ve kirli SLAM kısaltmasının kendi kod çözümlerini buldular. Polaris füzesinin başarılı testlerinin ardından, başlangıçta denizaltılardan veya gemilerden fırlatma için füze kullanmaya ilgi gösteren filo da projeden ayrılmaya başladı. Son olarak, her bir roketin maliyeti 50 milyon dolardı. Plüton birdenbire uygulaması olmayan bir teknoloji, uygun hedefleri olmayan bir silah haline geldi.

Ancak Plüton'un tabutuna çakılan son çivi sadece bir soruydu. O kadar aldatıcı bir şekilde basittir ki, Livermore halkının kasıtlı olarak buna dikkat etmemesi mazur görülebilir. “Reaktörün uçuş testleri nerede yapılır? İnsanları uçuş sırasında roketin kontrolünü kaybetmeyeceğine ve düşük irtifada Los Angeles veya Las Vegas üzerinden uçmayacağına nasıl ikna edebilirim? Livermore laboratuvarında, Pluto Projesi üzerinde sonuna kadar çalışan bir fizikçi olan Jim Hadley'e sordu. Şu anda, Z Ünitesi için başka ülkelerde yürütülen nükleer testleri tespit etmekle meşgul. Hadley'in kendisine göre, roketin kontrolden çıkıp uçan bir Çernobil'e dönüşmeyeceğinin garantisi yoktu.
Bu sorunu çözmek için çeşitli seçenekler önerilmiştir. Biri, roketin Amerika Birleşik Devletleri'nin okyanus kısmı üzerinde sekizler halinde uçacağı Wake Adası yakınlarında Pluto'nun fırlatılması. "Sıcak" roketlerin okyanusta 7 kilometre derinliğe atılması gerekiyordu. Ancak Atom Enerjisi Komisyonu insanları radyasyonu sınırsız bir enerji kaynağı olarak düşünmeye ikna ettiğinde bile, radyasyonla kirlenmiş birçok füzeyi okyanusa atma önerisi işi durdurmaya yetti.
1 Temmuz 1964'te, işin başlamasından yedi yıl altı ay sonra, Plüton projesi Atom Enerjisi Komisyonu ve Hava Kuvvetleri tarafından kapatıldı.

Hadley, birkaç yılda bir, yeni bir Hava Kuvvetleri yarbayının Plüton'u keşfettiğini söyledi. Bundan sonra, nükleer ramjet'in diğer kaderini öğrenmek için laboratuvarı arar. Yarbayların coşkusu, Hadley'nin radyasyon ve uçuş testleriyle ilgili sorunlardan bahsetmesinden hemen sonra kaybolur. Kimse Hadley'i bir kereden fazla aramadı.
Biri "Plüton"u hayata döndürmek isterse, o zaman belki de Livermore'da birkaç acemi bulabilecektir. Ancak, birçoğu olmayacak. Neyin çılgın bir silah haline gelebileceği fikri en iyi şekilde geride bırakılır.

SLAM füzesi özellikleri:
Çap - 1500 mm.
Uzunluk - 20.000 mm.
Ağırlık - 20 ton.
Eylem yarıçapı sınırlı değildir (teorik olarak).
Deniz seviyesindeki hız Mach 3'tür.
Silahlanma - 16 termonükleer bomba (her 1 megatonun gücü).
Motor bir nükleer reaktördür (güç 600 megavat).
Rehberlik sistemi - atalet + TERCOM.
Maksimum kaplama sıcaklığı 540 santigrat derecedir.
Gövde malzemesi - yüksek sıcaklık, paslanmaz çelik Rene 41.
Kılıf kalınlığı - 4 - 10 mm.

Bununla birlikte, bir nükleer ramjet, tek aşamalı havacılık ve uzay uçakları ve yüksek hızlı kıtalararası ağır hava araçları için bir tahrik sistemi olarak umut vericidir. ulaşım havacılığı... Bu, çalışma sıvısının yerleşik rezervlerini kullanarak roket motoru modunda ses altı ve sıfır uçuş hızlarında çalışabilen bir nükleer ramjet oluşturma olasılığı ile kolaylaştırılmıştır. Yani, örneğin, nükleer ramjet motorlu bir havacılık uçağı başlar (kalkışlar dahil), motorlara yerleşik (veya dıştan takmalı) tanklardan bir çalışma sıvısı sağlar ve M = 1'den hızlara ulaşmış, kullanmaya geçer. atmosferik hava.

Rusya Federasyonu Başkanı V.V. Putin'in 2018'in başında belirttiği gibi, “bir seyir füzesinin başarılı bir şekilde fırlatılması gerçekleşti. nükleer enerji santrali". Üstelik ona göre, böyle bir seyir füzesinin menzili "sınırsız".

Testlerin hangi bölgede yapıldığını ve nükleer testler için ilgili izleme servisleri tarafından neden çarpıldığını merak ediyorum. Yoksa atmosferdeki rutenyum-106'nın sonbahar emisyonu bir şekilde bu testlerle bağlantılı mı? Şunlar. Chelyabinsk sakinleri sadece rutenyum serpmekle kalmadı, aynı zamanda kızartıldı mı?
Ve bu roket nereye düştü, öğrenebilir misin? Basitçe söylemek gerekirse, nükleer reaktör nerede bölündü? Hangi antrenman sahası? Yeni Dünya'da mı?

**************************************** ********************

Şimdi, bu tamamen farklı bir hikaye olmasına rağmen, nükleer roket motorları hakkında biraz okuyalım.

Bir nükleer roket motoru (NRM), jet itişi oluşturmak için fisyon veya nükleer füzyon enerjisini kullanan bir roket motoru türüdür. Bunlar sıvıdır (bir nükleer reaktörden bir ısıtma odasında bir sıvı çalışma sıvısının ısıtılması ve bir memeden gazın çıkarılması) ve darbeli patlayıcıdır (eşit zaman aralığında düşük güçlü nükleer patlamalar).
Bir bütün olarak geleneksel bir NRE, bir ısı kaynağı olarak bir nükleer reaktör, bir çalışma sıvısı besleme sistemi ve bir meme ile bir ısıtma odasının bir yapısıdır. Çalışma sıvısı (genellikle hidrojen), tanktan reaktör çekirdeğine verilir, burada nükleer bozunma reaksiyonu tarafından ısıtılan kanallardan geçerek yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve daha sonra bir jet itişi yaratarak memeden dışarı atılır. NRE'nin çeşitli tasarımları vardır: katı faz, sıvı faz ve gaz fazı - reaktör çekirdeğindeki nükleer yakıtın toplam durumuna karşılık gelen - katı, eriyik veya yüksek sıcaklıkta gaz (veya hatta plazma).


Doğu. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546

RD-0410 (GRAU endeksi - 11B91, "Irgit" ve "IR-100" olarak da bilinir) - 1947-78'deki ilk ve tek Sovyet nükleer roket motoru. yılında geliştirildi tasarım bürosu"Khimavtomatika", Voronej.
RD-0410'da heterojen bir termal reaktör kullanıldı. Tasarım, onları moderatörden ayıran ısı yalıtımı ile kaplanmış 37 yakıt grubunu içeriyordu. projeHidrojen akışının önce reflektör ve moderatörden geçerek sıcaklıklarını oda sıcaklığında tutması, ardından çekirdeğe girmesi ve 3100 K'ye kadar ısıtılması öngörülmüştür. ayrı hidrojen akışı Reaktör, önemli bir dizi testten geçmiştir, ancak tam çalışma süresi için hiçbir zaman test edilmemiştir. Reaktör dışı üniteler tamamen çalışıldı.

********************************

Ve bu bir Amerikan nükleer roket motoru. Onun şeması başlık resmindeydi.


NASA tarafından - NASA Açıklamasında Harika Görüntüler, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (Roket Aracı Uygulaması için Nükleer Motor), 1972 yılına kadar süren bir nükleer roket motoru (NRM) oluşturmak için ABD Atom Enerjisi Komisyonu ve NASA'nın ortak programıydı.
NERVA, NRM'nin tamamen operasyonel ve uzay araştırmaları için uygun olduğunu gösterdi ve 1968'in sonlarında SNPO, NERVA'nın en yeni modifikasyonu olan NRX / XE'nin Mars'a insanlı bir görev için gereksinimleri karşıladığını doğruladı. NERVA motorları mümkün olan en büyük ölçüde yapılıp test edilmiş ve bir uzay aracına kurulmaya hazır kabul edilmiş olsa da, ABD uzay programının çoğu Nixon yönetimi tarafından iptal edildi.

NERVA, AEC, SNPO ve NASA tarafından hedeflerini karşılayan veya aşan oldukça başarılı bir program olarak derecelendirilmiştir. ana hedef program, "nükleer roket tahrik sistemleri için teknik bir temel oluşturmaktı. tahrik sistemleri uzay görevleri için ". NRE kullanan neredeyse tüm uzay projeleri NERVA NRX veya Pewee tasarımlarına dayanmaktadır.

Mars'a yapılan görevler NERVA'nın ölümüne neden oldu. Her iki siyasi partiden Kongre üyeleri, Mars'a insanlı bir misyonun, Amerika Birleşik Devletleri'nin on yıllardır maliyetli uzay yarışını desteklemesi için zımni bir taahhüt olacağına karar verdi. Her yıl RIFT programı ertelendi ve NERVA'nın hedefleri daha karmaşık hale geldi. Sonunda, NERVA motoru birçok başarılı testten geçmesine ve Kongre'den güçlü destek almasına rağmen, Dünya'dan asla ayrılmadı.

Kasım 2017'de, China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), 2017-2045 dönemi için ÇHC uzay programının geliştirilmesi için bir yol haritası yayınladı. Özellikle, bir nükleer roket motoruyla çalışan yeniden kullanılabilir bir geminin yaratılmasını sağlar.

İlginç bir makale buldum. Genel olarak, atomik uzay gemileri her zaman ilgimi çekmiştir. Bu, astronotiğin geleceğidir. SSCB'de de bu konuda kapsamlı çalışmalar yapıldı. Makale sadece onlar hakkında.

Atom gücüyle çalışan uzay. Rüyalar ve Gerçekler.

Fiziko-matematiksel bilimler doktoru Yu. Ya. Stavisskiy

1950'de Mühimmat Bakanlığı Moskova Mekanik Enstitüsü'nde (MMI) fizik mühendisliği derecemi savundum. Beş yıl önce, 1945'te, orada, görevleri esas olarak nükleer silah üretimi olan yeni bir endüstri için uzmanlar hazırlayan Mühendislik ve Fizik Fakültesi kuruldu. Fakülte eşsizdi. Üniversite derslerinin hacmindeki temel fizikle birlikte (matematiksel fizik yöntemleri, görelilik teorisi, kuantum mekaniği, elektrodinamik, istatistiksel fizik ve diğerleri), bize çok çeşitli mühendislik disiplinleri öğretildi: kimya, metalurji, malzemelerin direnci, teori mekanizmalar ve makineler vb. fizikçi Alexander Ilyich Leipunsky, MMI Mühendislik ve Fizik Fakültesi zamanla Moskova Mühendislik Fizik Enstitüsü'ne (MEPhI) dönüştü. Daha sonra MEPhI ile birleşen başka bir Mühendislik ve Fizik Fakültesi Moskova'da kuruldu. enerji enstitüsü(MPEI), ancak MMI'de ana vurgu temel fizikteyse, o zaman Enerjik'te - termal ve elektrofizikte.

Dmitry Ivanovich Blokhintsev'in kitabından kuantum mekaniği okuduk. Görev sırasında onun için çalışmaya gönderildiğimde ne kadar şaşırdığımı hayal edin. Ben hevesli bir deneyci (çocukken evdeki tüm saatleri söktüm) ve aniden ünlü bir teorisyene ulaştım. Hafif bir panik tarafından ele geçirildim, ancak yere vardığımda - Obninsk'teki SSCB İçişleri Bakanlığı'nın "B Nesnesi" - hemen boşuna endişelendiğimi fark ettim.

Bu zamana kadar, Haziran 1950'ye kadar aslında A.I. tarafından yönetilen "Nesne B" nin ana teması. Leipunsky, zaten kurdu. Burada nükleer yakıtın genişletilmiş yeniden üretimine sahip reaktörler yarattılar - "hızlı yetiştiriciler". Yönetmen olarak Blokhintsev, yeni bir yönün gelişimini başlattı - uzay uçuşları için atomla çalışan motorların yaratılması. Uzayın ustalığı, Dmitry Ivanovich'in eski bir hayaliydi, gençliğinde bile K.E. ile yazıştı ve bir araya geldi. Tsiolkovski. Nükleer enerjinin devasa potansiyellerini, en iyi kimyasal yakıtlardan milyonlarca kat daha yüksek kalorifik değer açısından anlamanın, D.I.'nin yaşam yolunu belirlediğini düşünüyorum. blokhintsev.
“Yüz yüze göremezsiniz”... O yıllarda pek bir şey anlamazdık. Ancak şimdi, nihayet Fizik ve Güç Mühendisliği Enstitüsü'nün (IPPE) seçkin bilim adamlarının - 31 Aralık 1966'da yeniden adlandırılan eski "B Nesnesi" - eylemlerini ve kaderlerini karşılaştırma fırsatı ortaya çıktığında, bana doğru görünüyor. , o zaman onları harekete geçiren fikirlerin anlaşılması şekilleniyor. ... Enstitünün uğraşması gereken tüm çeşitli vakalarla, önde gelen fizikçilerin ilgi alanında olduğu ortaya çıkan öncelikli bilimsel yönleri ayırt etmek mümkündür.

AIL'in ana ilgi alanı (enstitünün arkasından Alexander Ilyich Leipunsky olarak adlandırdığı gibi), hızlı üretici reaktörlere (nükleer yakıt kaynakları üzerinde herhangi bir kısıtlaması olmayan nükleer reaktörler) dayalı küresel enerjinin geliştirilmesidir. Hayatının son çeyreğini adadığı bu gerçekten "kozmik" sorunun önemini abartmak zordur. Leipunsky, özellikle denizaltılar ve ağır uçaklar için atom motorlarının oluşturulması konusunda ülkenin savunması için çok çaba harcadı.

D.I.'nin çıkarları Blokhintsev ("DI" takma adı), uzay uçuşları için nükleer enerji kullanma sorununu çözmeyi amaçlıyordu. Ne yazık ki, 1950'lerin sonlarında bu işi bırakmak zorunda kaldı ve uluslararası bir bilim merkezinin - Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nün kurulmasına başkanlık etmek zorunda kaldı. Orada darbeli hızlı reaktörlerle uğraştı - IBR. Bu hayatındaki son büyük şeydi.

Tek gol, tek takım

DI. 1940'ların sonlarında Moskova Devlet Üniversitesi'nde ders veren Blokhintsev, orayı fark etti ve daha sonra, kelimenin tam anlamıyla atomla çalışan uzay gemilerine hayran olan genç fizikçi Igor Bondarenko'yu Obninsk'te çalışmaya davet etti. İlk bilimsel danışmanı A.I. Leipunsky ve Igor, doğal olarak, konusuyla - hızlı yetiştiricilerle ilgilendi.

D.I.'nin altında Blokhintsev, uzayda atom enerjisini kullanma problemlerini çözmek için birleşen Bondarenko'nun etrafında kurulan bir grup bilim adamı. Igor Ilyich Bondarenko'ya ek olarak, grup şunları içeriyordu: Viktor Yakovlevich Pupko, Edwin Alexandrovich Stumbur ve bu satırların yazarı. Igor ana ideologdu. Edwin, uzay kurulumlarında yer tabanlı nükleer reaktör modelleri üzerinde deneysel çalışmalar yaptı. Esas olarak “düşük itme” roket motorlarıyla uğraştım (içlerindeki itme, bir uzay nükleer santralinden gelen enerjiyle çalışan bir tür hızlandırıcı - “iyon tahrik cihazı” tarafından yaratılır). süreçleri araştırdık
iyon pervanelerinde akan, zeminde duruyor.

Victor Pupko'da (gelecekte
IPPE'nin uzay teknolojisi bölümünün başkanı oldu) çok sayıda örgütsel çalışma vardı. Igor İlyiç Bondarenko olağanüstü bir fizikçiydi. Deneyi ustaca hissetti, basit, zarif ve çok etkili deneyler kurdu. Bence, başka hiçbir deneyci ve hatta belki birkaç teorisyen gibi, temel fiziği “hissetmedi”. Her zaman duyarlı, açık ve yardımsever olan Igor, gerçekten enstitünün ruhuydu. IPPE bugüne kadar onun fikirleriyle yaşıyor. Bondarenko haksız yere yaşadı kısa hayat... 1964 yılında, 38 yaşında, tıbbi bir hata nedeniyle trajik bir şekilde öldü. Sanki Tanrı, insanın ne kadar çok şey yaptığını görünce, zaten çok fazla olduğuna karar verdi ve “Yeter” dedi.

Başka bir benzersiz kişiyi hatırlamamak imkansız - modern bir Leskovsky Lefty olan "Tanrı'dan" bir teknoloji uzmanı Vladimir Aleksandrovich Malykh. Yukarıda belirtilen bilim adamlarının “ürünleri” esas olarak gerçekliklerinin fikirleri ve hesaplanmış tahminleriyse, Malykh'in çalışmalarının her zaman “metalde” bir çıkış yolu vardı. IPPE'nin en parlak döneminde iki binden fazla çalışanı olan teknolojik sektörü, abartısız her şeyi yapabilirdi. Dahası, kendisi her zaman kilit bir rol oynamıştır.

V.A. Malykh, Moskova Devlet Üniversitesi Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü'nde laboratuvar asistanı olarak başladı ve kalbinde üç fizik dersi vardı - savaş çalışmalarını bitirmesine izin vermedi. 1940'ların sonlarında, benzersiz bir malzeme, yüksek ısı iletkenliğine sahip bir dielektrik olan berilyum okside dayalı teknik seramik üretimi için bir teknoloji yaratmayı başardı. Malykh'den önce, birçoğu bu sorun üzerinde başarısız bir şekilde savaştı. Seri tabanlı bir yakıt hücresi paslanmaz çelikten ve ilk nükleer santral için geliştirdiği doğal uranyum bunun için ve bugün bile bir mucizedir. Ya da Malykh tarafından uzay aracına güç sağlamak için tasarlanmış bir reaktör-elektrik jeneratörünün termoemisyon yakıt hücresi - bir "çelenk". Şimdiye kadar, bu alanda daha iyi bir şey ortaya çıkmadı. Malykh'in kreasyonları gösteri oyuncakları değil, nükleer teknolojinin unsurlarıydı. Aylarca, yıllarca çalıştılar. Vladimir Aleksandrovich, Sosyalist Emek Kahramanı Lenin Ödülü sahibi teknik bilimler doktoru oldu. 1964'te askeri bir şokun sonuçlarından trajik bir şekilde öldü.

Adım adım

S.P. Korolev ve D.I. Blokhintsev uzun zamandır uzaya insanlı bir uçuş hayalini besliyor. Aralarında yakın çalışma bağları kurulmuştur. Ancak 1950'lerin başında, Soğuk Savaş'ın zirvesinde, fonlar yalnızca askeri amaçlar için ayrıldı. Roket teknolojisi yalnızca nükleer yüklerin taşıyıcısı olarak kabul edildi ve uyduları bile düşünmediler. Bu arada, roket bilimcilerinin en son başarılarını bilen Bondarenko, yapay bir Dünya uydusunun oluşturulmasını ısrarla savundu. Daha sonra, kimse bunu hatırlamadı.

Gezegenin ilk kozmonotu Yuri Gagarin'i uzaya kaldıran roketin yaratılış hikayesi merak ediliyor. Andrei Dmitrievich Sakharov'un adıyla ilişkilidir. 1940'ların sonlarında, birleşik bir fisyon-termonükleer yük geliştirdi - görünüşe göre, "çalar saat" adı verilen benzer bir ürün öneren "hidrojen bombasının babası" Edward Teller'den bağımsız olarak bir "puf". Bununla birlikte, Teller kısa süre sonra böyle bir planın nükleer yükünün ~ 500 kiloton tol eşdeğerinden fazla olmayan “sınırlı” bir güce sahip olacağını fark etti. Bu "mutlak" bir silah için yeterli değil, bu yüzden "çalar saat" terk edildi. Sovyetler Birliği'nde, 1953'te Sakharov'un puf RDS-6'ları havaya uçtu.

Başarılı testler ve Sakharov'un akademisyene seçilmesinden sonra, daha sonra Orta Makine İnşaat Bakanlığı V.A. Malyshev onu yerine davet etti ve yeni nesil bombanın parametrelerini belirleme görevini belirledi. Andrei Dmitrievich (detaylı çalışma olmadan) yeni, çok daha güçlü yükün ağırlığını takdir etti. Sakharov'un raporu, SBKP Merkez Komitesi ve SSCB Bakanlar Kurulu'nun S.P.'yi zorunlu kılan kararnamesinin temelini oluşturdu. Korolev, bu ücret için bir balistik fırlatma aracı geliştirecek. 1957'de yapay bir Dünya uydusunu yörüngeye ve 1961'de Yuri Gagarin ile bir uzay aracını fırlatan Vostok adlı bu R-7 roketiydi. Termonükleer silahların geliştirilmesi farklı bir yol izlediğinden, artık onu ağır bir nükleer yükün taşıyıcısı olarak kullanmak planlanmıyordu.

Uzay nükleer programının ilk aşamasında, IPPE, tasarım bürosu V.N. Chelomeya nükleer bir seyir füzesi geliştirdi. Bu yön uzun süre gelişmedi ve V.A. bölümünde oluşturulan motor elemanlarının hesaplanması ve test edilmesiyle sona erdi. Malikha. Aslında, bir ramjet nükleer motoru ve bir nükleer savaş başlığı ("uğultu böceği" - Alman V-1'in bir tür nükleer analogu) olan alçaktan uçan insansız bir uçakla ilgiliydi. Sistem, geleneksel roket güçlendiriciler kullanılarak başlatıldı. Ayarlanan hıza ulaştıktan sonra, itme, zenginleştirilmiş uranyum ile emprenye edilmiş berilyum oksit fisyonunun zincir reaksiyonuyla ısıtılan atmosferik hava tarafından yaratıldı.

Genel olarak konuşursak, bir roketin belirli bir uzay görevi gerçekleştirme yeteneği, çalışma sıvısının (yakıt ve oksitleyici) tüm stokunu kullandıktan sonra elde ettiği hız ile belirlenir. Tsiolkovsky formülü ile hesaplanır: V = c × lnMn / Mk, burada c, çalışma sıvısının çıkış hızıdır ve Mn ve Mk, roketin ilk ve son kütlesidir. Geleneksel kimyasal roketlerde akış hızı, yanma odasındaki sıcaklık, yakıt ve oksitleyici türü ve yanma ürünlerinin moleküler ağırlığı ile belirlenir. Örneğin, Amerikalılar astronotları aya indirmek için iniş aracında yakıt olarak hidrojen kullandılar. Yanmasının ürünü, moleküler ağırlığı nispeten düşük olan sudur ve akış hızı, kerosen yakıldığından 1,3 kat daha yüksektir. Bu, astronotların bulunduğu iniş aracının Ay'ın yüzeyine ulaşması ve ardından onları yapay uydusunun yörüngesine geri döndürmesi için yeterlidir. Korolev'de, ölümlü bir kaza nedeniyle hidrojen yakıtı ile çalışma askıya alındı. İnsanlar için bir Ay iniş aracı yaratmak için zamanımız yoktu.

Son kullanma oranını önemli ölçüde artırmanın yollarından biri, nükleer termal füzelerin oluşturulmasıdır. Birkaç bin kilometre menzilli balistik atom füzelerimiz (BAR) (OKB-1 ve IPPE'nin ortak projesi) vardı, Amerikalıların Kiwi tipi benzer sistemleri vardı. Motorlar, Semipalatinsk yakınlarındaki ve Nevada'daki test sahalarında test edildi. Çalışmalarının prensibi şu şekildedir: hidrojen bir nükleer reaktörde yüksek sıcaklıklara ısıtılır, atomik duruma geçer ve zaten bu formda roketten dışarı akar. Bu durumda, kimyasal bir hidrojen roketiyle karşılaştırıldığında, çıkış hızı dört kattan fazla artar. Soru, hidrojenin katı yakıt hücresi reaktöründe hangi sıcaklıkta ısıtılabileceğini bulmaktı. Hesaplamalar yaklaşık 3000 ° K verdi.

Bilimsel direktörü Mstislav Vsevolodovich Keldysh (daha sonra SSCB Bilimler Akademisi başkanı) olan NII-1'de, V.M. IPPE'nin katılımıyla Ievlev, kesinlikle harika bir şemaya girdi - uranyum ve hidrojen gaz karışımında bir zincir reaksiyonunun ilerlediği gaz fazlı bir reaktör. Böyle bir reaktörden hidrojen, katı bir yakıttan on kat daha hızlı akar, uranyum ise ayrılır ve çekirdekte kalır. Fikirlerden biri, uranyum ve hidrojenden oluşan sıcak bir gaz karışımı, gelen soğuk hidrojen tarafından "döndürüldüğünde", santrifüjde olduğu gibi uranyum ve hidrojenin ayrılmasının bir sonucu olarak, santrifüjlü ayırmanın kullanımını içeriyordu. Ievlev, aslında, bir enerji kaynağı olarak yakıtın yanma ısısını değil, kimyasal bir roketin yanma odasındaki süreçleri doğrudan yeniden üretmeye çalıştı. zincirleme tepki bölünme. Bu, atom çekirdeğinin enerji yoğunluğunun tam olarak kullanılmasının yolunu açtı. Ancak, reaktörden saf hidrojenin (uranyum olmadan) dışarı akma olasılığı sorunu, yüzlerce atmosfer basınçlarında yüksek sıcaklıktaki gaz karışımlarının tutulmasıyla ilgili teknik sorunlardan bahsetmeden çözülmeden kaldı.

IPPE'nin balistik atom füzeleri üzerindeki çalışması, 1969-1970 yıllarında Semipalatinsk test sahasında katı yakıt hücreli bir prototip nükleer roket motorunun “ateş testleri” ile tamamlandı. IPPE tarafından A.D. Konopatov, Moskova Araştırma Enstitüsü-1 ve bir dizi başka teknoloji grubu. 3,6 tonluk bir itme gücüne sahip motorun temeli, katı bir uranyum karbür ve zirkonyum karbür çözeltisinden yapılmış yakıt hücreli bir IR-100 nükleer reaktördü. Hidrojen sıcaklığı ~ 170 MW'lık bir reaktör gücünde 3000 ° K'ye ulaştı.

Düşük itişli nükleer füzeler

Şimdiye kadar, Dünya yüzeyinden fırlatılabilecek, ağırlıklarını aşan bir itme gücüne sahip roketlerden bahsediyorduk. Bu tür sistemlerde, akış hızındaki bir artış, çalışma sıvısı stoğunun azaltılmasını, taşıma yükünün arttırılmasını ve çok kademeli sistemi terk etmeyi mümkün kılar. Bununla birlikte, örneğin maddenin elektromanyetik alanlar tarafından hızlandırılması gibi, pratik olarak sınırsız akış hızlarına ulaşmanın yolları vardır. Yaklaşık 15 yıldır bu alanda Igor Bondarenko ile yakın temas halinde çalışıyorum.

Elektrikli jet motorlu (ERE) bir roketin hızlanması, üzerlerine kurulan uzay nükleer santralinin (KNPP) özgül gücünün çıkış hızına oranı ile belirlenir. Öngörülebilir gelecekte, KNPP'nin spesifik kapasiteleri, görünüşe göre 1 kW / kg'ı geçmeyecek. Bu durumda düşük itme gücüne sahip, roketin ağırlığından onlarca ve yüzlerce kat daha az ve çalışma sıvısının çok az tüketildiği roketler oluşturmak mümkündür. Böyle bir roket, yalnızca yapay bir Dünya uydusunun yörüngesinden başlayabilir ve yavaş yavaş hızlanarak yüksek hızlara ulaşabilir.

içindeki uçuşlar için Güneş Sistemi 50-500 km / s çıkış hızına sahip roketlere ve yıldızlara uçuşlar için - ışık hızına eşit bir çıkış hızıyla hayal gücümüzün ötesine geçen "fotonik roketlere" ihtiyacımız var. Zaman açısından bir şekilde makul olan uzun menzilli bir uzay uçuşunu gerçekleştirmek için, elektrik santrallerinin hayal edilemez özgül gücü gereklidir. Hangi fiziksel süreçlere dayanabileceklerini hayal etmek bile imkansız olsa da.

Hesaplamalar, Dünya ve Mars'ın birbirine en yakın olduğu Büyük Yüzleşme sırasında, bir nükleer uzay aracını mürettebatla birlikte bir yıl içinde Mars'a uçurmanın ve yapay bir Dünya uydusunun yörüngesine döndürmenin mümkün olduğunu gösterdi. Böyle bir geminin toplam ağırlığı yaklaşık 5 tondur (çalışma sıvısı - sezyum stoğu dahil, 1,6 tona eşittir). Esas olarak 5 MW KNPP'nin kütlesi ile belirlenir ve jet itişi, 7 keV * enerjili iki megavatlık bir sezyum iyonu ışını tarafından belirlenir. Uzay aracı, Dünya'nın yapay bir uydusunun yörüngesinden başlar, Mars uydusunun yörüngesine girer ve Amerikan Ay'ına benzer bir hidrojen kimyasal motoruna sahip bir cihaz üzerinde yüzeyine inmek zorunda kalacaktır.

Bugün zaten mümkün olan teknik çözümlere dayanan bu yön, çok sayıda IPPE çalışmasına konu oldu.

iyon taşıyıcılar

O yıllarda, uzay araçları için "plazma tabancaları", "toz" veya sıvı damlacıklarının elektrostatik hızlandırıcıları gibi çeşitli elektrojet tahrik cihazları yaratmanın yolları tartışıldı. Ancak, fikirlerin hiçbirinin net bir kesimi yoktu. fiziksel temel... Buluntu, sezyumun yüzey iyonlaşmasıydı.

1920'lerde Amerikalı fizikçi Irving Langmuir, yüzey iyonizasyonunu keşfetti. alkali metaller... Bir sezyum atomu, elektronların iş fonksiyonunun sezyumun iyonizasyon potansiyelinden daha büyük olduğu bir metalin (bizim durumumuzda, tungsten) yüzeyinden buharlaştığında, vakaların neredeyse %100'ünde zayıf bağlı bir elektron kaybeder ve ortaya çıkar. tek yüklü iyon olsun. Bu nedenle, sezyumun tungsten üzerinde yüzey iyonizasyonu, çalışma sıvısının neredeyse %100 kullanımı ve birliğe yakın bir enerji verimliliği ile bir iyon tahrik cihazı yaratmayı mümkün kılan fiziksel süreçtir.

Meslektaşımız Stal Yakovlevich Lebedev, böyle bir şemanın iyon tahrik cihazının modellerinin oluşturulmasında önemli bir rol oynadı. Demir azim ve azmi ile tüm engelleri aştı. Sonuç olarak, iyon tahrik cihazının düz üç elektrotlu bir şemasını metalde yeniden üretmek mümkün oldu. İlk elektrot, +7 kV potansiyele sahip yaklaşık 10 × 10 cm boyutunda bir tungsten levhadır, ikincisi -3 kV potansiyele sahip bir tungsten ızgarasıdır ve üçüncüsü, sıfır potansiyele sahip bir thoriated tungsten ızgarasıdır. "Moleküler tabanca", tüm ızgaralardan tungsten levhanın yüzeyine düşen bir sezyum buharı ışını üretti. İyon ışınının itme kuvveti olan "kuvveti" ölçmek için denge adı verilen dengeli ve kalibre edilmiş bir metal plaka kullanıldı.

Birinci şebekeye giden hızlanan voltaj, sezyum iyonlarını 10.000 eV'a hızlandırır, ikinciye giden yavaşlayan voltaj onları 7000 eV'ye kadar yavaşlatır. Bu, iyonların 100 km / s'lik bir çıkış hızına karşılık gelen tahrik cihazından ayrılması gereken enerjidir. Ancak uzay yükü tarafından sınırlanan iyon ışını "uzaya çıkamaz". İyonların hacim yükü, uzayda serbestçe yayılan ve reaktif bir itme yaratan yarı nötr bir plazma oluşturmak için elektronlar tarafından dengelenmelidir. Akım tarafından ısıtılan üçüncü ızgara (katot), iyon ışınının alan yükünü telafi etmek için elektron kaynağı görevi görür. İkinci "engelleme" ızgarası, elektronların katottan tungsten plakasına geçmesini engeller.

İyon tahrik modeliyle ilgili ilk deneyim, on yılı aşkın bir çalışmanın başlangıcı oldu. 1965'te yaratılan gözenekli bir tungsten yayıcıya sahip en son modellerden biri, 20 A'lık bir iyon ışını akımında yaklaşık 20 g'lık bir "itme" verdi, yaklaşık %90'lık bir enerji kullanım katsayısına ve %95'lik bir maddeye sahipti. .

Nükleer ısının doğrudan elektriğe dönüştürülmesi

Nükleer fisyon enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmenin yolları henüz bulunamadı. Hala bir ara bağlantı - bir ısı motoru olmadan yapamayız. Verimliliği her zaman birden az olduğu için “atık” ısının bir yere atılması gerekir. Karada, suda ve havada bu bir sorun değil. Uzayda tek yol var - termal radyasyon. Bu nedenle, KNPP bir “soğutucu radyatör” olmadan yapamaz. Radyasyon yoğunluğu mutlak sıcaklığın dördüncü kuvveti ile orantılıdır, bu nedenle radyatör-buzdolabının sıcaklığı mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. Daha sonra yayan yüzeyin alanını ve buna bağlı olarak kütleyi azaltmak mümkün olacaktır. enerji santrali... Yüksek sıcaklıklarda uzun süreli çalışma sırasında daha güvenilir görünen, türbin ve jeneratör olmadan nükleer ısının elektriğe “doğrudan” dönüştürülmesini kullanma fikrimiz vardı.

Literatürden A.F.'nin eserlerini biliyorduk. Ioffe - Sovyet teknik fizik okulunun kurucusu, SSCB'deki yarı iletkenlerin çalışmasında öncü. Artık çok az insan, onun tarafından geliştirilen ve Büyük yıllarda kullanılan mevcut kaynakları hatırlıyor. Vatanseverlik Savaşı... Daha sonra, birden fazla partizan müfrezesi, "kerosen" TEG'leri - Ioffe'nin termoelektrik jeneratörleri sayesinde anakara ile bağlantı kurdu. Bir gazyağı lambasına bir TEG "tacı" (bir dizi yarı iletken elemandı) kondu ve telleri radyo ekipmanına bağlandı. Elemanların "sıcak" uçları bir gaz lambasının aleviyle ısıtıldı ve "soğuk" uçları havada soğutuldu. Yarı iletkenden geçen ısı akısı, bir iletişim oturumu için yeterli olan bir elektromotor kuvveti oluşturdu ve aralarındaki aralıklarda TEG pili şarj etti. Zaferden on yıl sonra, Moskova'daki TEG fabrikasını ziyaret ettiğimizde, hala satış buldukları ortaya çıktı. O zamanlar, köylülerin çoğunda, doğrudan akkor lambalı ve pille çalışan, enerji tasarruflu Rodina radyoları vardı. Bunun yerine TEG'ler sıklıkla kullanıldı.

Gazyağı TEG ile ilgili sorun, düşük verimliliği (sadece yaklaşık %3,5) ve düşük sınır sıcaklığıdır (350 ° K). Ancak bu cihazların sadeliği ve güvenilirliği geliştiricileri cezbetti. Böylece, I.G. grubu tarafından geliştirilen yarı iletken dönüştürücüler. Sohum Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki Gverdtsitels, Buk tipi uzay kurulumlarında uygulama buldu.

Bir zamanlar A.F. Ioffe başka bir termiyonik dönüştürücü önerdi - vakumda bir diyot. Çalışma prensibi şu şekildedir: ısıtılmış bir katot elektron yayar, bazıları anotun potansiyelini aşarak iş yapar. Bu cihazdan önemli ölçüde daha yüksek verimlilik (%20-25) bekleniyordu. Çalışma sıcaklığı 1000 ° K'nin üzerinde Ek olarak, bir yarı iletkenden farklı olarak, bir vakum diyotu nötron radyasyonundan korkmaz ve bir nükleer reaktör ile birleştirilebilir. Ancak, “vakum” Ioffe dönüştürücü fikrini uygulamanın imkansız olduğu ortaya çıktı. Bir iyon tahrik cihazında olduğu gibi, bir vakum dönüştürücüde de uzay yükünden kurtulmanız gerekir, ancak bu sefer iyonları değil elektronları. A.F. Ioffe, yüksek sıcaklık ve termal deformasyon koşulları altında pratik olarak imkansız olan bir vakum dönüştürücüde katot ve anot arasında mikron boşluklar kullanmayı önerdi. İşte sezyum burada işe yaradı: Katotta yüzey iyonizasyonu nedeniyle elde edilen bir sezyum iyonu, yaklaşık 500 elektronluk hacim yükünü telafi ediyor! Esasen, bir sezyum dönüştürücü, "tersine çevrilmiş" bir iyon tahrik cihazıdır. İçlerindeki fiziksel süreçler benzerdir.

V.A.'dan "Çelenkler" Malikha

IPPE'nin termiyonik dönüştürücüler üzerindeki çalışmasının sonuçlarından biri, V.A. Seri bağlı termiyonik dönüştürücülerden yakıt elemanları bölümünde küçük ve seri üretim - Topaz reaktörü için "çelenkler". 30 V'a kadar vazgeçtiler - "rakip kuruluşlar" tarafından oluşturulan tek elemanlı dönüştürücülerden yüz kat daha fazla - MB Leningrad grubu Barabash ve sonrası - Atom Enerjisi Enstitüsü tarafından. Bu, reaktörden onlarca ve yüzlerce kat daha fazla gücün “kaldırılmasını” mümkün kıldı. Ancak, binlerce termiyonik elemanla dolu sistemin güvenilirliği endişeleri artırdı. Aynı zamanda buhar ve gaz türbini santralleri kesintisiz olarak çalıştığı için nükleer ısının “makine” olarak elektriğe dönüştürülmesine dikkat ettik.

Tüm zorluk kaynaktaydı, çünkü derin uzay uçuşlarında türbin jeneratörleri bir, iki ve hatta birkaç yıl çalışmalıdır. Aşınmayı azaltmak için "devir" (türbin hızı) mümkün olduğu kadar düşük yapılmalıdır. Öte yandan, gaz veya buhar moleküllerinin hızı kanatlarının hızına yakınsa bir türbin verimli çalışır. Bu nedenle, önce en ağır cıva buharının kullanımını düşündük. Ancak, cıva ile soğutulan bir nükleer reaktörde meydana gelen, demir ve paslanmaz çeliğin yoğun radyasyonla uyarılan korozyonundan korktuk. İki hafta içinde, korozyon Argonne Laboratuvarı'ndaki (ABD, 1949) deneysel hızlı reaktör "Clementine" ve IPPE'deki BR-2 reaktörünün (SSCB, Obninsk, 1956) yakıt elemanlarını "yedi".

Potasyum buharının cazip olduğu ortaya çıktı. İçinde potasyum kaynayan bir reaktör, geliştirmekte olduğumuz düşük itişli bir uzay aracının elektrik santralinin temelini oluşturdu - potasyum buharı bir türbin jeneratörünü döndürdü. Isıyı elektriğe dönüştüren bu "makine" yöntemi, %40'a varan bir verime güvenmeyi mümkün kılarken, gerçek termiyonik tesisler sadece yaklaşık %7'lik bir verim verdi. Ancak, nükleer ısıyı elektriğe “makine” olarak dönüştüren KNPP'ler geliştirilmemiştir. Dava, ayrıntılı bir raporun yayınlanmasıyla sona erdi, aslında - Mars'a mürettebatlı bir uçuş için düşük itişli bir uzay aracının teknik projesine "fiziksel bir not". Projenin kendisi asla geliştirilmedi.

Gelecekte, nükleer roket motorlarını kullanan uzay uçuşlarına olan ilginin tamamen ortadan kalktığını düşünüyorum. Sergei Pavlovich Korolev'in ölümünden sonra, IPPE'nin iyon tahrik sistemleri ve “makine” nükleer santralleri üzerindeki çalışmalarına verilen destek gözle görülür şekilde zayıfladı. OKB-1'e, gelecek vaat eden projelere cesaret etmeye ilgisi olmayan Valentin Petrovich Glushko başkanlık etti. Yarattığı OKB Energia, güçlü kimyasal roketler ve Dünya'ya dönecek olan Buran uzay aracını inşa etti.

"Cosmos" serisinin uydularında "Buk" ve "Topaz"

Şimdi güçlü radyo-teknik uydular (uzay radar istasyonları ve TV yayıncıları) için güç kaynakları olarak, ısının doğrudan elektriğe dönüştürülmesiyle bir KNPP'nin oluşturulmasına yönelik çalışmalar, yeniden yapılanmanın başlangıcına kadar devam etti. 1970'den 1988'e kadar, yarı iletken dönüştürücülü Buk nükleer santralli yaklaşık 30 radar uydusu ve Topaz termoemisyon santralli iki radar uydusu uzaya fırlatıldı. Aslında "Buk" bir TEG idi - yarı iletken bir Ioffe dönüştürücü, sadece bir gaz lambası yerine bir nükleer reaktör kullandı. 100 kW'a kadar güce sahip hızlı bir reaktördü. Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum tam yükü yaklaşık 30 kg idi. Çekirdekten gelen ısı, yarı iletken pillere ötektik bir sodyum ve potasyum alaşımı olan sıvı metal tarafından aktarıldı. Elektrik gücü 5 kW'a ulaştı.

IPPE'nin bilimsel gözetimi altındaki "Buk" kurulumu, OKB-670 MM uzmanları tarafından geliştirilmiştir. Bondaryuk, daha sonra - NPO Krasnaya Zvezda (baş tasarımcı - GM Gryaznov). Dnepropetrovsk tasarım bürosu Yuzhmash'a (baş tasarımcı - MK Yangel), uyduyu yörüngeye fırlatmak için bir fırlatma aracı oluşturma talimatı verildi.

"Buk" çalışma saatleri - 1-3 ay. Kurulum başarısız olursa, uydu 1000 km yükseklikte uzun vadeli bir yörüngeye aktarıldı. Neredeyse 20 yıllık fırlatma için, Dünya'ya düşen üç uydu vakası oldu: ikisi - okyanusa ve biri - karada, Kanada'da, Büyük Köle Gölü civarında. 24 Ocak 1978'de fırlatılan Space-954 oraya düştü. 3.5 ay çalıştı. Uydunun uranyum elementleri atmosferde tamamen yanmıştı. Yerde sadece berilyum reflektör ve yarı iletken pil kalıntıları bulundu. (Bu verilerin tümü, ABD ve Kanada atom komisyonlarının Sabah Işığı Operasyonu ile ilgili ortak raporunda verilmiştir.)

Topaz termal emisyon nükleer santralinde 150 kW'a kadar güce sahip bir termal reaktör kullanıldı. Tam uranyum yükü yaklaşık 12 kg idi - Buk'unkinden önemli ölçüde daha azdı. Reaktörün çekirdeği, Malykh'in grubu tarafından geliştirilen ve üretilen yakıt elemanlarıydı - "çelenkler". Bunlar bir termo elementler zinciriydi: katot, uranyum oksitle doldurulmuş bir tungsten veya molibden "yüksük" idi ve anot, sıvı sodyum-potasyum ile soğutulmuş ince duvarlı bir niyobyum tüpüydü. Katot sıcaklığı 1650 ° C'ye ulaştı. Tesisatın elektrik gücü 10 kW'a ulaştı.

İlk uçuş prototipi, Topaz kurulumuna sahip Kosmos-1818 uydusu, 2 Şubat 1987'de yörüngeye girdi ve sezyum rezervleri tükenene kadar altı ay boyunca hatasız çalıştı. İkinci uydu Cosmos-1876, bir yıl sonra fırlatıldı. Yörüngede neredeyse iki kat daha uzun süre çalıştı. "Topaz" ın ana geliştiricisi, S.K. başkanlığındaki OKB MMZ "Soyuz" idi. Tumansky (uçak motoru tasarımcısı A.A.Mikulin'in eski tasarım bürosu).

Bu, 1950'lerin sonlarında, biz bir iyon tahrik cihazı üzerinde çalışırken ve o, ayın etrafında uçup üzerine inecek bir roket için tasarlanmış üçüncü aşama bir motor üzerinde çalışıyordu. Melnikov laboratuvarının hatıraları bu güne kadar taze. Podlipki'de (şimdi Korolev kasabası), OKB-1'in 3 numaralı yerinde bulunuyordu. 100 mm rulo kağıda kayıt yapan döngü osiloskoplu düzinelerce masa ile kaplı, yaklaşık 3000 m2 alana sahip devasa bir atölye (bu hala eski bir dönemdi, bugün bir kişisel bilgisayar). Atölyenin ön duvarında "ay" roket motorunun yanma odasının monte edildiği bir stand var. Osiloskoplar, gaz hızı, basınç, sıcaklık ve diğer parametrelerin sensörlerinden gelen binlerce tele bağlanır. Gün 9.00'da motorun ateşlenmesiyle başlar. Birkaç dakika çalışır, ardından ilk vardiyanın mekanik ekibini durdurduktan hemen sonra onu söker, dikkatlice inceler ve yanma odasını ölçer. Aynı zamanda osiloskop bantları analiz edilerek tasarım değişiklikleri için önerilerde bulunulmaktadır. İkinci vardiya - tasarımcılar ve atölye çalışanları önerilen değişiklikleri yapar. Üçüncü vardiyada, standa yeni bir yanma odası ve teşhis sistemi kuruluyor. Bir gün sonra, saat tam 9.00'da bir sonraki seans gerçekleşecek. Ve böylece haftalarca, aylarca izinsiz günler. Yılda 300'den fazla motor seçeneği!

Sadece 20-30 dakika çalışması gereken kimyasal roket motorları bu şekilde oluşturuldu. Nükleer santrallerin testleri ve modifikasyonları hakkında ne söyleyebiliriz - hesaplama, bir yıldan fazla çalışması gerektiğiydi. Bu gerçekten devasa bir çaba gerektiriyordu.

© Oksana Viktorova / Kolaj / Ridus

Vladimir Putin'in, Rusya'da nükleer motorla çalışan bir seyir füzesinin varlığına ilişkin Federal Meclis'e gönderdiği mesaj sırasında yaptığı açıklama, toplumda ve medyada büyük yankı uyandırdı. Aynı zamanda, yakın zamana kadar, böyle bir motorun ne olduğu ve hem genel halk hem de uzmanlar tarafından kullanım olanakları hakkında çok az şey biliniyordu.

"Reedus" hangisi olduğunu anlamaya çalıştı teknik cihaz başkan konuşabilir ve onun benzersizliği nedir.

Manezh'deki sunumun teknik uzmanların izleyicileri için değil, “genel” halk için yapıldığı göz önüne alındığında, yazarları belirli bir kavram değişikliğine izin verebilirdi, Nükleer Fizik Enstitüsü Müdür Yardımcısı Georgy Tikhomirov ve NRNU MEPhI teknolojisi, dışlanmaz.

“Başkanın söylediği ve gösterdiği şey, uzmanlar, başlangıçta havacılıkta ve daha sonra derin uzayın keşfi sırasında gerçekleştirilen deneyler olan kompakt enerji santralleri diyor. Bunlar çözme girişimleriydi. çözülemez problem Sınırsız mesafelerde uçarken yeterli yakıt kaynağı. Bu anlamda, sunum tamamen doğrudur: böyle bir motorun varlığı, bir roket sistemlerinin veya başka herhangi bir cihazın güç beslemesini keyfi olarak uzun bir süre için sağlar "dedi.

SSCB'de böyle bir motorla çalışma, tam 60 yıl önce Akademisyenler M. Keldysh, I. Kurchatov ve S. Korolev önderliğinde başladı. Aynı yıllarda, Amerika Birleşik Devletleri'nde benzer çalışmalar yapıldı, ancak 1965'te aşamalı olarak kaldırıldı. SSCB'de, çalışma, ilgisiz olarak kabul edilmeden önce yaklaşık on yıl boyunca devam etti. Belki de bu yüzden Washington, Rus füzesinin sunumuna şaşırmadıklarını söyleyerek çok fazla çarpıtmadı.

Rusya'da nükleer motor fikri asla ölmedi - özellikle 2009'dan beri böyle bir kurulumun pratik gelişimi devam ediyor. Zamanlamaya bakılırsa, cumhurbaşkanı tarafından açıklanan testler, geliştiriciler 2018'de motorun saha testlerini yapmayı planladığından, Roscosmos ve Rosatom'un bu ortak projesine iyi uyuyor. Belki de siyasi nedenlerle kendilerini biraz yukarı çektiler ve terimleri "sola" kaydırdılar.

“Teknolojik olarak, nükleer güç ünitesi gaz soğutucusunu ısıtacak şekilde düzenlenmiştir. Ve bu ısıtılan gaz ya türbini döndürür ya da doğrudan jet itişi oluşturur. Duyduğumuz roketin sunumundaki belli bir kurnazlık, uçuş aralığının hala sonsuz olmadığıdır: çalışma sıvısının hacmi ile sınırlıdır - fiziksel olarak tanklara pompalanabilen sıvı gaz. roket, ”diyor uzman.

Aynı zamanda, bir uzay roketi ve bir seyir füzesi, temelde farklı uçuş kontrol şemalarına sahiptir, çünkü farklı görevler... Birincisi havasız uzayda uçar, manevra yapmasına gerek yoktur - ona ilk itici gücü vermek yeterlidir ve daha sonra hesaplanan balistik yörünge boyunca hareket eder.

Öte yandan bir seyir füzesi, impuls oluşturmak için yeterli yakıt kaynağına sahip olması gereken yörüngesini sürekli olarak değiştirmelidir. Bu yakıtın bir nükleer santral tarafından mı yoksa geleneksel bir santral tarafından mı ateşleneceği bu durumda önemli değildir. Tikhomirov, yalnızca bu yakıtın tedarikinin temel olduğunu vurguluyor.

"Derin uzay uçuşları sırasında bir nükleer tesisin anlamı, aracın sistemlerine sınırsız bir süre güç sağlamak için gemide bir enerji kaynağının bulunmasıdır. Bu durumda, sadece bir nükleer reaktör değil, aynı zamanda radyoizotop termoelektrik jeneratörler de olabilir. Ve uçuşu birkaç on dakikadan fazla sürmeyecek bir roket üzerine böyle bir kurulumun anlamı benim için henüz tam olarak açık değil ”diye itiraf ediyor fizikçi.

Manege raporu, NASA'nın Amerikalıların yarım asır önce terk ettikleri nükleer roket motoru araştırmalarına devam ettiklerine dair 15 Şubat tarihli duyurusuna kıyasla sadece birkaç hafta gecikti.

Bu arada, Kasım 2017'de Çin Havacılık ve Uzay Bilimi ve Teknolojisi Kurumu (CASC), 2045 yılına kadar Çin'de nükleer enerjiyle çalışan bir uzay aracının yaratılacağını duyurdu. Bu nedenle, bugün güvenle dünya nükleer tahrik yarışının başladığını söyleyebiliriz.