Alla fine dell’anno scorso, le forze missilistiche strategiche russe hanno testato un’arma completamente nuova, la cui esistenza era precedentemente considerata impossibile. Il missile da crociera a propulsione nucleare, che gli esperti militari designano 9M730, è proprio la nuova arma di cui ha parlato il presidente Putin nel suo discorso all'Assemblea federale. Il test missilistico sarebbe stato effettuato presso il sito di test di Novaya Zemlya, approssimativamente alla fine dell’autunno 2017, ma i dati esatti non saranno presto declassificati. Lo sviluppatore del razzo è presumibilmente anche il Novator Experimental Design Bureau (Ekaterinburg). Secondo fonti competenti, il missile ha colpito il bersaglio in modalità normale e i test sono stati considerati completamente riusciti. Successivamente, presunte fotografie del lancio sono apparse sui media (sopra) nuovo razzo con il nucleare centrale elettrica e anche una conferma indiretta relativa alla presenza, al momento previsto dei test, nelle immediate vicinanze del sito di test del "laboratorio volante" Il-976 LII Gromov con i marchi Rosatom. Tuttavia, sono sorte ancora più domande. La capacità dichiarata del missile di volare con una portata illimitata è realistica e come viene raggiunta?

Caratteristiche di un missile da crociera con una centrale nucleare

Le caratteristiche del missile da crociera con armi nucleari, apparso sui media subito dopo il discorso di Vladimir Putin, potrebbero differire da quelle reali, di cui si saprà in seguito. Ad oggi, sono diventati pubblici i seguenti dati sulle dimensioni e sulle caratteristiche prestazionali del razzo:

Lunghezza
- pagina iniziale- almeno 12 metri,
- marciando- almeno 9 metri,

Diametro del corpo del razzo- circa 1 metro,
Larghezza della cassa- circa 1,5 metri,
Altezza della coda- 3,6 - 3,8 metri

Il principio di funzionamento di un missile da crociera russo a propulsione nucleare

Lo sviluppo di missili a propulsione nucleare è stato effettuato da diversi paesi contemporaneamente e lo sviluppo è iniziato nei lontani anni '60. I progetti proposti dagli ingegneri differivano solo nei dettagli, in modo semplificato il principio di funzionamento può essere descritto come segue: il reattore nucleare riscalda la miscela che entra in appositi contenitori ( diverse opzioni, dall'ammoniaca all'idrogeno) seguito dal rilascio attraverso gli ugelli sottostanti alta pressione. Tuttavia, la versione del missile da crociera di cui ha parlato il presidente russo non si adatta a nessuno degli esempi di progetti sviluppati in precedenza.

Il fatto è che, secondo Putin, il missile ha un raggio di volo quasi illimitato. Ciò, ovviamente, non può essere inteso nel senso che il missile possa volare per anni, ma può essere considerato un'indicazione diretta che la sua autonomia di volo è molte volte maggiore dell'autonomia di volo dei moderni missili da crociera. Il secondo punto, che non può essere ignorato, riguarda anche l'autonomia di volo illimitata dichiarata e, di conseguenza, il funzionamento del propulsore del missile da crociera. Ad esempio, un reattore a neutroni termici eterogeneo, testato nel motore RD-0410, sviluppato da Kurchatov, Keldysh e Korolev, ha avuto una durata di prova di solo 1 ora, e in questo caso non può esserci un'autonomia di volo illimitata di tale discorso sui missili da crociera a propulsione nucleare.

Tutto ciò suggerisce che gli scienziati russi hanno proposto un concetto di struttura completamente nuovo, precedentemente non considerato, in cui una sostanza che ha una risorsa di consumo molto economica su lunghe distanze viene utilizzata per il riscaldamento e la successiva espulsione dall'ugello. Ad esempio, potrebbe trattarsi di un motore nucleare a respirazione d'aria (NARE) di un tipo completamente nuovo, in cui la massa di lavoro è aria atmosferica, pompato in serbatoi di lavoro mediante compressori, riscaldato da un impianto nucleare e quindi rilasciato attraverso ugelli.

Vale anche la pena notare che il missile da crociera con un'unità nucleare annunciato da Vladimir Putin può volare intorno a zone attive di sistemi antiaerei e di difesa aerea. difesa missilistica e mantenere anche il percorso verso l'obiettivo a quote basse e ultra basse. Ciò è possibile solo dotando il missile di sistemi che seguono il terreno resistenti alle interferenze create dai sistemi di guerra elettronica nemici.

Ogni pochi anni alcuni
il nuovo tenente colonnello scopre Plutone.
Dopodiché chiama il laboratorio,
per scoprire il destino futuro del ramjet nucleare.

Questo è un argomento di moda oggigiorno, ma mi sembra che un motore ramjet nucleare sia molto più interessante, perché non ha bisogno di portare con sé un fluido di lavoro.
Presumo che il messaggio del Presidente riguardasse lui, ma per qualche motivo oggi tutti hanno iniziato a postare sullo YARD???
Permettimi di raccogliere tutto qui in un unico posto. Te lo dirò, pensieri interessanti appaiono quando leggi un argomento. E domande molto scomode.

Un motore ramjet (motore ramjet; il termine inglese è ramjet, da ram - ram) è un motore a reazione che è il più semplice nella classe dei motori a reazione ad aria (motori ramjet) nel design. Appartiene al tipo di motori a reazione diretta, in cui la spinta è creata esclusivamente dalla corrente a getto che scorre dall'ugello. L'aumento di pressione necessario per il funzionamento del motore si ottiene frenando il flusso d'aria in arrivo. Un motore ramjet non è operativo a basse velocità di volo, soprattutto a velocità zero, per portarlo alla potenza operativa è necessario l'uno o l'altro acceleratore;

Nella seconda metà degli anni '50, durante la Guerra Fredda, negli Stati Uniti e nell'URSS furono sviluppati progetti di ramjet con un reattore nucleare.


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

La fonte di energia di questi motori ramjet (a differenza di altri motori ramjet) non è la reazione chimica della combustione del carburante, ma il calore generato dal reattore nucleare nella camera di riscaldamento del fluido di lavoro. L'aria proveniente dal dispositivo di ingresso in un tale ramjet passa attraverso il nocciolo del reattore, raffreddandolo, si riscalda fino alla temperatura operativa (circa 3000 K), e quindi fuoriesce dall'ugello ad una velocità paragonabile alle velocità di scarico per la maggior parte motori a razzo chimici avanzati. Possibili scopi di un aereo con tale motore:
- veicolo di lancio per crociere intercontinentali di una carica nucleare;
- velivoli aerospaziali monostadio.

In entrambi i paesi sono stati creati reattori nucleari compatti e con poche risorse che si adattano alle dimensioni grande razzo. Negli Stati Uniti, nell'ambito dei programmi di ricerca sullo statoreattore nucleare Plutone e Tory, nel 1964 furono effettuate prove al banco del motore statoreattore nucleare Tory-IIC (modalità a piena potenza 513 MW per cinque minuti con una spinta di 156 kN). Non furono condotte prove di volo e il programma fu chiuso nel luglio 1964. Uno dei motivi per la chiusura del programma è stato il miglioramento della progettazione dei missili balistici con motori a razzo chimici, che hanno pienamente assicurato la soluzione delle missioni di combattimento senza l'uso di schemi con motori nucleari a reazione relativamente costosi.
Non è consuetudine parlare del secondo nelle fonti russe adesso...

Il progetto Plutone avrebbe dovuto utilizzare tattiche di volo a bassa quota. Questa tattica garantiva la segretezza dai radar del sistema di difesa aerea dell'URSS.
Per raggiungere la velocità alla quale avrebbe funzionato un motore ramjet, Plutone doveva essere lanciato da terra utilizzando un pacchetto di razzi convenzionali. Il lancio del reattore nucleare iniziò solo dopo che Plutone raggiunse l'altitudine di crociera e fu sufficientemente lontano dalle aree popolate. Il motore nucleare, che offriva un raggio d'azione quasi illimitato, consentiva al razzo di volare in tondo sull'oceano in attesa dell'ordine di passare alla velocità supersonica verso un bersaglio nell'URSS.

Progettazione del concetto SLAM

Si è deciso di condurre un test statico di un reattore a grandezza naturale, destinato a un motore ramjet.
Poiché il reattore Plutone è diventato estremamente radioattivo dopo il lancio, è stato trasportato al sito di test tramite una linea ferroviaria appositamente costruita e completamente automatizzata. Lungo questa linea, il reattore si è spostato per una distanza di circa due miglia, che separava il banco di prova statico e il massiccio edificio di “smantellamento”. Nell'edificio, il reattore “caldo” è stato smontato per essere ispezionato utilizzando apparecchiature controllate a distanza. Gli scienziati di Livermore hanno monitorato il processo di test utilizzando un sistema televisivo situato in un hangar di lamiera lontano dal banco di prova. Per ogni evenienza, l'hangar era dotato di un rifugio anti-radiazioni con una fornitura di cibo e acqua per due settimane.
Solo per fornire il calcestruzzo necessario per costruire le pareti dell'edificio in demolizione (che era spesso da sei a otto piedi), il governo degli Stati Uniti acquistò un'intera miniera.
Milioni di libbre di aria compressa sono state immagazzinate in 25 miglia di tubi per la produzione di petrolio. Dato aria compressa doveva essere utilizzato per simulare le condizioni in cui si trova un motore ramjet durante il volo a velocità di crociera.
Per garantire un'elevata pressione dell'aria nel sistema, il laboratorio ha preso in prestito compressori giganti dalla base sottomarina di Groton, nel Connecticut.
Il test, durante il quale l'unità ha funzionato a piena potenza per cinque minuti, ha richiesto di forzare una tonnellata di aria attraverso serbatoi di acciaio riempiti con oltre 14 milioni di sfere d'acciaio di 4 cm di diametro. Questi serbatoi sono stati riscaldati a 730 gradi utilizzando elementi riscaldanti l'olio è stato bruciato.

Installato su una piattaforma ferroviaria, Tori-2S è pronto per essere testato con successo. Maggio 1964

Il 14 maggio 1961, ingegneri e scienziati nell'hangar da cui veniva controllato l'esperimento trattenevano il fiato mentre il primo motore nucleare ramjet al mondo, montato su una piattaforma ferroviaria rosso brillante, annunciava la sua nascita con un forte ruggito. Tori-2A è stato lanciato solo per pochi secondi, durante i quali non ha sviluppato la sua potenza nominale. Tuttavia, il test è stato considerato positivo. La cosa più importante era che il reattore non si accendesse, cosa di cui alcuni rappresentanti del Comitato per l'energia atomica avevano estremamente paura. Quasi immediatamente dopo i test, Merkle iniziò a lavorare sulla creazione di un secondo reattore Tory, che avrebbe dovuto avere più potenza con meno peso.
Il lavoro su Tori-2B non è andato oltre il tavolo da disegno. Invece i Livermore costruirono subito il Tory-2C, che ruppe il silenzio del deserto tre anni dopo aver testato il primo reattore. Una settimana dopo, il reattore fu riavviato e funzionò a piena potenza (513 megawatt) per cinque minuti. Si è scoperto che la radioattività dei gas di scarico era significativamente inferiore al previsto. A questi test hanno partecipato anche generali dell'aeronautica militare e funzionari del Comitato per l'energia atomica.

In quel momento i clienti del Pentagono che finanziarono il progetto Plutone iniziarono ad essere sopraffatti dai dubbi. Poiché il missile fu lanciato dal territorio degli Stati Uniti e sorvolò il territorio degli alleati americani a bassa quota per evitare di essere rilevato dai sistemi di difesa aerea sovietici, alcuni strateghi militari si chiesero se il missile avrebbe rappresentato una minaccia per gli alleati. Anche prima che il missile Plutone sganci bombe sul nemico, stordirà, schiaccerà e persino irradierà gli alleati. (Si prevedeva che Plutone in volo sopra la testa producesse circa 150 decibel di rumore al suolo. In confronto, il livello di rumore del razzo che inviò gli americani sulla Luna (Saturn V) era di 200 decibel a piena spinta.) Naturalmente, la rottura dei timpani sarebbe l’ultimo dei tuoi problemi se ti ritrovassi con un reattore nudo che vola sopra di te, friggendoti come un pollo con radiazioni gamma e neutroniche.

Tori-2C

Sebbene i creatori del razzo sostenessero che anche Plutone fosse intrinsecamente sfuggente, gli analisti militari espressero sconcerto su come qualcosa di così rumoroso, caldo, grande e radioattivo potesse rimanere inosservato per tutto il tempo necessario a completare la sua missione. Allo stesso tempo, l’aeronautica americana aveva già iniziato a schierare i missili balistici Atlas e Titan, che erano in grado di raggiungere obiettivi diverse ore prima di un reattore volante, e il sistema antimissile dell’URSS, la cui paura divenne il principale impulso per la creazione di Plutone, non è mai diventata un ostacolo per i missili balistici, nonostante le intercettazioni di prova riuscite. I critici del progetto hanno inventato la propria decodifica dell'acronimo SLAM - lento, basso e disordinato - lentamente, basso e sporco. Dopo il successo del test del missile Polaris, anche la Marina, che inizialmente aveva espresso interesse per l'utilizzo dei missili per il lancio da sottomarini o navi, iniziò ad abbandonare il progetto. E infine, il costo di ciascun razzo era di 50 milioni di dollari. All’improvviso Plutone divenne una tecnologia senza applicazioni, un’arma senza bersagli praticabili.

Tuttavia, il chiodo finale sulla bara di Plutone era solo una domanda. È così ingannevolmente semplice che i Livermoreiani possono essere scusati per non avervi prestato deliberatamente attenzione. “Dove condurre i test di volo del reattore? Come convincere la gente che durante il volo il razzo non perderà il controllo e sorvolerà Los Angeles o Las Vegas a bassa quota?" si è chiesto il fisico del Livermore Laboratory Jim Hadley, che ha lavorato al progetto Plutone fino alla fine. Attualmente sta lavorando per individuare i test nucleari effettuati in altri paesi per l'Unità Z. Per stessa ammissione di Hadley, non c'erano garanzie che il missile non sfuggisse al controllo e si trasformasse in una Chernobyl volante.
Sono state proposte diverse soluzioni a questo problema. Uno potrebbe essere un lancio su Plutone vicino a Wake Island, dove il razzo volerebbe a forma di otto sopra la porzione di oceano degli Stati Uniti. I missili "caldi" avrebbero dovuto essere affondati a una profondità di 7 chilometri nell'oceano. Tuttavia, anche quando la Commissione per l’Energia Atomica convinse la gente a considerare le radiazioni come una fonte di energia illimitata, la proposta di scaricare nell’oceano molti razzi contaminati dalle radiazioni fu sufficiente per interrompere i lavori.
Il 1° luglio 1964, sette anni e sei mesi dopo l'inizio dei lavori, il progetto Plutone venne chiuso dalla Commissione per l'Energia Atomica e dall'Aeronautica Militare.

Ogni pochi anni, un nuovo tenente colonnello dell'aeronautica scopre Plutone, ha detto Hadley. Successivamente, chiama il laboratorio per scoprire l'ulteriore destino del statoreattore nucleare. L'entusiasmo del tenente colonnello scompare subito dopo che Hadley parla di problemi con le radiazioni e di test di volo. Nessuno ha chiamato Hadley più di una volta.
Se qualcuno vuole riportare in vita Plutone, potrebbe riuscire a trovare delle reclute a Livermore. Tuttavia non ce ne saranno molti. È meglio lasciare l'idea di quella che potrebbe diventare un'arma pazzesca nel passato.

Caratteristiche tecniche del razzo SLAM:
Diametro: 1500 mm.
Lunghezza: 20000 mm.
Peso: 20 tonnellate.
La portata è illimitata (teoricamente).
La velocità al livello del mare è di Mach 3.
Armamento: 16 bombe termonucleari (ciascuna con una potenza di 1 megaton).
Motore - reattore nucleare(potenza 600 megawatt).
Sistema di guida - inerziale + TERCOM.
La temperatura cutanea massima è di 540 gradi Celsius.
Il materiale della cellula è acciaio inossidabile Rene 41 ad alta temperatura.
Spessore guaina - 4 - 10 mm.

Tuttavia, il motore ramjet nucleare è promettente come sistema di propulsione per aerei aerospaziali monostadio e aerei da trasporto pesante intercontinentale ad alta velocità. Ciò è facilitato dalla possibilità di creare un ramjet nucleare in grado di funzionare a velocità subsoniche e di volo pari a zero in modalità motore a razzo, utilizzando le riserve di propellente di bordo. Cioè, ad esempio, un velivolo aerospaziale con un statoreattore nucleare si avvia (compresi i decolli), fornendo fluido di lavoro ai motori dai serbatoi di bordo (o esterni) e, avendo già raggiunto velocità da M = 1, passa all'utilizzo dell'aria atmosferica .

Come ha affermato il presidente russo V.V. Putin, all’inizio del 2018, “ha avuto luogo un lancio riuscito di un missile da crociera con una centrale nucleare”. Inoltre, secondo lui, la portata di un simile missile da crociera è “illimitata”.

Mi chiedo in quale regione siano stati effettuati i test e per quale motivo siano stati criticati dai servizi di monitoraggio competenti test nucleari. Oppure il rilascio autunnale di rutenio-106 nell'atmosfera è in qualche modo collegato a questi test? Quelli. I residenti di Chelyabinsk non solo erano cosparsi di rutenio, ma anche fritti?
Riesci a scoprire dove è caduto questo razzo? In poche parole, dove è stato distrutto il reattore nucleare? In quale campo di allenamento? Su Novaja Zemlja?

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Ora leggiamo qualcosa sui motori a razzo nucleari, anche se questa è una storia completamente diversa

Un motore a razzo nucleare (NRE) è un tipo di motore a razzo che utilizza l'energia della fissione o della fusione dei nuclei per creare la spinta del getto. Possono essere liquidi (riscaldamento di un fluido di lavoro liquido in una camera di riscaldamento da un reattore nucleare e rilascio di gas attraverso un ugello) e esplosivi a impulsi ( esplosioni nucleari bassa potenza per un uguale periodo di tempo).
Un motore di propulsione nucleare tradizionale nel suo insieme è una struttura costituita da una camera di riscaldamento con un reattore nucleare come fonte di calore, un sistema di alimentazione del fluido di lavoro e un ugello. Il fluido di lavoro (solitamente idrogeno) viene fornito dal serbatoio al nocciolo del reattore, dove, passando attraverso canali riscaldati dalla reazione di decadimento nucleare, viene riscaldato ad alte temperature e quindi espulso attraverso l'ugello, creando una spinta a getto. Ci sono vari disegni NRE: fase solida, fase liquida e fase gassosa - corrispondente allo stato aggregato del combustibile nucleare nel nocciolo del reattore - gas solido, fuso o ad alta temperatura (o anche plasma).


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

RD-0410 (Indice GRAU - 11B91, noto anche come "Irgit" e "IR-100") - il primo e unico motore a razzo nucleare sovietico 1947-78. È stato sviluppato presso l'ufficio di progettazione Khimavtomatika, Voronezh.
L'RD-0410 utilizzava un reattore a neutroni termici eterogeneo. Il progetto prevedeva 37 gruppi di combustibile, ricoperti da un isolamento termico che li separava dal moderatore. ProgettoSi prevedeva che il flusso di idrogeno passasse prima attraverso il riflettore e il moderatore, mantenendo la loro temperatura a temperatura ambiente, e poi entrasse nel nucleo, dove veniva riscaldato a 3100 K. Nello stand, il riflettore e il moderatore venivano raffreddati da un impianto di idrogeno separato fluire. Il reattore è stato sottoposto a una serie significativa di test, ma non è mai stato testato per la sua intera durata operativa. I componenti esterni al reattore erano completamente esauriti.

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E questo è un motore a razzo nucleare americano. Il suo diagramma era nell'immagine del titolo


Autore: NASA - Grandi immagini nella descrizione della NASA, dominio pubblico, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) è un programma congiunto della Commissione per l'energia atomica degli Stati Uniti e della NASA per creare un motore a razzo nucleare (NRE), durato fino al 1972.
La NERVA dimostrò che il NER era vitale e adatto all'esplorazione spaziale, e alla fine del 1968 l'SNPO confermò che la più recente modifica della NERVA, la NRX/XE, soddisfaceva i requisiti per una missione con equipaggio su Marte. Sebbene i motori NERVA fossero stati costruiti e testati nella massima misura possibile e fossero considerati pronti per l'installazione su un veicolo spaziale, la maggior parte del programma spaziale americano fu cancellato dall'amministrazione Nixon.

NERVA è stato valutato dall'AEC, dalla SNPO e dalla NASA come un programma di grande successo che ha raggiunto o superato i suoi obiettivi. Obiettivo principale Il programma era quello di "stabilire una base tecnica per i sistemi di propulsione a razzo nucleare da utilizzare nella progettazione e nello sviluppo di sistemi di propulsione per missioni spaziali". Quasi tutti i progetti spaziali che utilizzano motori a propulsione nucleare si basano su progetti NERVA NRX o Pewee.

Le missioni su Marte furono responsabili della fine della NERVA. I membri del Congresso di entrambi i partiti politici hanno deciso che una missione con equipaggio su Marte sarebbe un tacito impegno per gli Stati Uniti a sostenere per decenni la costosa corsa allo spazio. Ogni anno il programma RIFT veniva ritardato e gli obiettivi della NERVA diventavano più complessi. Dopotutto, nonostante il motore NERVA abbia avuto molti test positivi e un forte sostegno da parte del Congresso, non ha mai lasciato la Terra.

Nel novembre 2017, la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) ha pubblicato una tabella di marcia per lo sviluppo del programma spaziale cinese per il periodo 2017-2045. Prevede, in particolare, la creazione di una nave riutilizzabile alimentata da un motore a razzo nucleare.

Gli scettici sostengono che la creazione di un motore nucleare non è un progresso significativo nel campo della scienza e della tecnologia, ma solo una "modernizzazione della caldaia a vapore", dove invece del carbone e della legna da ardere, l'uranio funge da combustibile e l'idrogeno funge da combustibile. fluido di lavoro. Il NRE (motore a reazione nucleare) è così senza speranza? Proviamo a capirlo.

I primi razzi

Tutti i risultati dell'umanità nell'esplorazione dello spazio vicino alla Terra possono essere tranquillamente attribuiti ai motori a reazione chimici. Il funzionamento di tali propulsori si basa sulla conversione dell'energia della reazione chimica della combustione del carburante in un ossidante nell'energia cinetica della corrente a getto e, di conseguenza, del razzo. Il carburante utilizzato è cherosene, idrogeno liquido, eptano (per motori a razzo a propellente liquido (LPRE)) e una miscela polimerizzata di perclorato di ammonio, alluminio e ossido di ferro (per motori a razzo a propellente solido (SDRE)).

È risaputo che i primi razzi utilizzati per i fuochi d'artificio apparvero in Cina nel II secolo a.C. Salirono nel cielo grazie all'energia dei gas in polvere. La ricerca teorica dell'armaiolo tedesco Konrad Haas (1556), del generale polacco Kazimir Semenovich (1650) e del tenente generale russo Alexander Zasyadko diede un contributo significativo allo sviluppo della tecnologia missilistica.

L'americano ha ricevuto un brevetto per l'invenzione del primo razzo con un motore a propellente liquido scienziato Roberto Goddard. Il suo apparecchio, del peso di 5 kg e lungo circa 3 m, funzionante a benzina e ossigeno liquido, impiegò 2,5 s nel 1926. ha volato per 56 metri.

Inseguendo la velocità

Seri lavori sperimentali sulla creazione di motori a reazione chimici seriali iniziarono negli anni '30 del secolo scorso. Nell'Unione Sovietica, V. P. Glushko e F. A. Tsander sono giustamente considerati i pionieri della costruzione di motori a razzo. Con la loro partecipazione furono sviluppate le unità di potenza RD-107 e RD-108, che assicurarono il primato dell'URSS nell'esplorazione spaziale e gettarono le basi per la futura leadership della Russia nel campo dell'esplorazione spaziale con equipaggio.

Durante la modernizzazione del motore a turbina liquida, è diventato chiaro che il teorico velocità massima la corrente a getto non potrà superare i 5 km/s. Questo potrebbe essere sufficiente per studiare lo spazio vicino alla Terra, ma i voli verso altri pianeti, e ancor di più verso le stelle, rimarranno un sogno irrealizzabile per l'umanità. Di conseguenza, già a metà del secolo scorso, iniziarono ad apparire progetti per motori a razzo alternativi (non chimici). Gli impianti più popolari e promettenti erano quelli che sfruttavano l'energia delle reazioni nucleari. I primi campioni sperimentali di motori spaziali nucleari (NRE) nell'Unione Sovietica e negli Stati Uniti hanno superato i test di prova nel 1970. Tuttavia, dopo il disastro di Chernobyl, sotto la pressione dell'opinione pubblica, i lavori in quest'area furono sospesi (in URSS nel 1988, negli Stati Uniti - dal 1994).

Il funzionamento delle centrali nucleari si basa sugli stessi principi di quelle termochimiche. L'unica differenza è che il riscaldamento del fluido di lavoro viene effettuato dall'energia di decadimento o fusione del combustibile nucleare. L'efficienza energetica di tali motori supera significativamente quella chimica. Ad esempio, l’energia che può essere rilasciata da 1 kg del miglior carburante (una miscela di berillio con ossigeno) è 3×107 J, mentre per gli isotopi del polonio Po210 questo valore è 5×1011 J.

L'energia rilasciata in un motore nucleare può essere utilizzata in vari modi:

riscaldando il fluido di lavoro emesso attraverso gli ugelli, come in un tradizionale motore a razzo a propellente liquido, dopo la conversione in elettricità, ionizzando e accelerando le particelle del fluido di lavoro, creando un impulso direttamente mediante prodotti di fissione o di sintesi. Anche l'acqua ordinaria può agire come a fluido di lavoro, ma l'uso dell'alcool sarà molto più efficace, dell'ammoniaca o dell'idrogeno liquido. A seconda dello stato di aggregazione del combustibile per il reattore, i motori a razzo nucleari sono suddivisi in fase solida, liquida e gassosa. Il motore di propulsione nucleare più sviluppato è quello con un reattore a fissione in fase solida, che utilizza come combustibile barre di combustibile (elementi combustibili) utilizzate nelle centrali nucleari. Il primo di questi motori, come parte del progetto americano Nerva, fu sottoposto a test a terra nel 1966, funzionando per circa due ore.

Caratteristiche del progetto

Al centro di ogni nucleare motore spaziale si trova un reattore costituito da un nucleo e un riflettore al berillio situato in un alloggiamento di potenza. Nel nucleo avviene la fissione degli atomi di una sostanza combustibile, solitamente l'uranio U238, arricchito in isotopi U235. Per conferire determinate proprietà al processo di decadimento dei nuclei, qui si trovano anche i moderatori: tungsteno refrattario o molibdeno. Se il moderatore è incluso nelle barre di combustibile, il reattore viene chiamato omogeneo, mentre se è posizionato separatamente viene chiamato eterogeneo. Il motore nucleare comprende anche un'unità di alimentazione del fluido funzionante, controlli, protezione dalle radiazioni ombra e un ugello. Gli elementi strutturali e i componenti del reattore, sottoposti a carichi termici elevati, vengono raffreddati dal fluido di lavoro, che viene poi pompato nei gruppi di combustibile da un'unità turbopompa. Qui viene riscaldato fino a quasi 3.000°C. Scorrendo attraverso l'ugello, il fluido di lavoro crea la spinta del getto.

I tipici controlli del reattore sono barre di controllo e piattaforme girevoli costituite da una sostanza che assorbe neutroni (boro o cadmio). Le barre sono posizionate direttamente nel nocciolo o in apposite nicchie riflettenti, mentre i tamburi rotanti sono posizionati alla periferia del reattore. Muovendo le aste o ruotando i tamburi si modifica il numero di nuclei fissili nell'unità di tempo, regolando il livello di rilascio di energia del reattore e, di conseguenza, la sua potenza termica.

Per ridurre l'intensità delle radiazioni neutroniche e gamma, pericolose per tutti gli esseri viventi, nell'edificio energetico sono collocati elementi di protezione primaria del reattore.

Maggiore efficienza

Un motore nucleare in fase liquida è simile nel principio di funzionamento e nella struttura a quelli in fase solida, ma lo stato liquido del combustibile consente di aumentare la temperatura della reazione e, di conseguenza, la spinta del propulsore. Quindi, se per le unità chimiche (motori a turbogetto liquido e motori a razzo a propellente solido) l’impulso specifico massimo (velocità di scadenza della corrente a getto) è di 5.420 m/s, per i motori nucleari in fase solida è di 10.000 m/s è lontano dal limite , allora il valore medio di questo indicatore per i motori di propulsione nucleare in fase gassosa è compreso tra 30.000 e 50.000 m/s.

Esistono due tipi di progetti di motori nucleari in fase gassosa:

Un ciclo aperto, in cui avviene una reazione nucleare all'interno di una nuvola di plasma di un fluido di lavoro trattenuto da un campo elettromagnetico e che assorbe tutto il calore generato. Le temperature possono raggiungere diverse decine di migliaia di gradi. In questo caso, l'area attiva è circondata da una sostanza resistente al calore (ad esempio quarzo) - una lampada nucleare che trasmette liberamente l'energia emessa. Negli impianti del secondo tipo, la temperatura della reazione sarà limitata dal punto di fusione del materiale del pallone. Allo stesso tempo, l’efficienza energetica di un motore spaziale nucleare viene leggermente ridotta (impulso specifico fino a 15.000 m/s), ma aumentano l’efficienza e la sicurezza dalle radiazioni.

Risultati pratici

Formalmente, l'inventore della centrale nucleare è considerato lo scienziato e fisico americano Richard Feynman. Inizio del lavoro di sviluppo e creazione su larga scala motori nucleari per i veicoli spaziali come parte del programma Rover fu dato al Los Alamos Research Center (USA) nel 1955. Gli inventori americani preferivano installazioni con un reattore nucleare omogeneo. Il primo campione sperimentale di "Kiwi-A" fu assemblato in un impianto presso il centro nucleare di Albuquerque (Nuovo Messico, USA) e testato nel 1959. Il reattore è stato posizionato verticalmente sul supporto con l'ugello rivolto verso l'alto. Durante i test, un flusso riscaldato di idrogeno esaurito è stato rilasciato direttamente nell'atmosfera. E sebbene il rettore abbia funzionato a bassa potenza solo per circa 5 minuti, il successo ha ispirato gli sviluppatori.

Nell'Unione Sovietica, un potente impulso a tale ricerca fu dato dall'incontro delle "tre grandi K" avvenuto nel 1959 presso l'Istituto di energia atomica - il creatore della bomba atomica I.V. Kurchatov, il principale teorico della cosmonautica russa M.V. Keldysh e il progettista generale dei razzi sovietici S.P. Queen. A differenza del modello americano, il motore sovietico RD-0410, sviluppato presso l'ufficio di progettazione dell'associazione Khimavtomatika (Voronezh), aveva un reattore eterogeneo. Prove al fuoco ha avuto luogo in un campo di addestramento vicino a Semipalatinsk nel 1978.

Vale la pena notare che sono stati creati molti progetti teorici, ma la questione non è mai arrivata all'implementazione pratica. Le ragioni di ciò erano la presenza di un numero enorme di problemi nella scienza dei materiali e la mancanza di risorse umane e finanziarie.

Da notare: un importante risultato pratico sono stati i test di volo di aerei a propulsione nucleare. In URSS, il più promettente era il bombardiere strategico sperimentale Tu-95LAL, negli Stati Uniti il ​​B-36.

Progetto "Orion" o motori a razzo nucleare a impulsi

Per i voli nello spazio, un motore nucleare a impulsi fu proposto per la prima volta nel 1945 da un matematico americano di origine polacca, Stanislaw Ulam. Nel decennio successivo, l'idea fu sviluppata e perfezionata da T. Taylor e F. Dyson. La conclusione è che l'energia di piccole cariche nucleari, fatte esplodere a una certa distanza dalla piattaforma di spinta sul fondo del razzo, gli conferisce una grande accelerazione.

Durante il progetto Orion, lanciato nel 1958, si prevedeva di dotare un razzo proprio di un motore del genere in grado di trasportare persone sulla superficie di Marte o sull'orbita di Giove. L'equipaggio, situato nel compartimento di prua, sarebbe protetto dagli effetti distruttivi delle accelerazioni gigantesche da un dispositivo di smorzamento. Il risultato di un lavoro di ingegneria dettagliato sono stati i test di marcia di un modello su larga scala della nave per studiare la stabilità del volo (sono stati utilizzati esplosivi ordinari al posto delle cariche nucleari). A causa del costo elevato, il progetto fu chiuso nel 1965.

Idee simili per la creazione di un "aereo esplosivo" furono espresse dall'accademico sovietico A. Sakharov nel luglio 1961. Per lanciare la nave in orbita, lo scienziato ha proposto di utilizzare i convenzionali motori a razzo a propellente liquido.

Progetti alternativi

Un numero enorme di progetti non è mai andato oltre la ricerca teorica. Tra questi ce n'erano molti originali e molto promettenti. Si conferma l’idea di una centrale nucleare basata su frammenti fissili. Caratteristiche del progetto e il design di questo motore consente di fare a meno del fluido di lavoro. La corrente a getto, che fornisce le necessarie caratteristiche di spinta, è formata da materiale nucleare esaurito. Il reattore è basato su dischi rotanti con massa nucleare subcritica (coefficiente di fissione atomica inferiore all'unità). Quando si ruota nel settore del disco situato nel nucleo, viene avviata una reazione a catena e gli atomi ad alta energia in decomposizione vengono diretti nell'ugello del motore, formando un flusso a getto. Gli atomi intatti preservati prenderanno parte alla reazione alle successive rivoluzioni del disco di combustibile.

I progetti di un motore nucleare per navi che svolgono determinati compiti nello spazio vicino alla Terra, basati su RTG (generatori termoelettrici a radioisotopi), sono abbastanza realizzabili, ma tali installazioni non sono promettenti per i voli interplanetari e ancor più interstellari.

I motori a fusione nucleare hanno un potenziale enorme. Già nell'attuale fase di sviluppo della scienza e della tecnologia, è abbastanza fattibile un'installazione a impulsi in cui, come il progetto Orion, le cariche termonucleari verranno fatte esplodere sotto il fondo del razzo. Tuttavia, molti esperti ritengono che la realizzazione della fusione nucleare controllata sia una questione del prossimo futuro.

Vantaggi e svantaggi dei motori a propulsione nucleare

I vantaggi indiscutibili dell'utilizzo dei motori nucleari come propulsori per veicoli spaziali includono la loro elevata efficienza energetica, fornendo un impulso specifico elevato e buone prestazioni di spinta (fino a mille tonnellate in uno spazio senz'aria) e impressionanti riserve di energia durante il funzionamento autonomo. L'attuale livello di sviluppo scientifico e tecnologico consente di garantire la compattezza comparativa di tale installazione.

Lo svantaggio principale dei motori a propulsione nucleare, che ha causato la riduzione del lavoro di progettazione e ricerca, è l’elevato rischio di radiazioni. Ciò è particolarmente vero quando si conducono test antincendio a terra, a seguito dei quali i gas radioattivi, i composti dell'uranio e i suoi isotopi e gli effetti distruttivi delle radiazioni penetranti possono entrare nell'atmosfera insieme al fluido di lavoro. Per gli stessi motivi è inaccettabile lanciare un veicolo spaziale dotato di motore nucleare direttamente dalla superficie della Terra.

Presente e futuro

Secondo l'accademico dell'Accademia russa delle scienze, direttore generale"Keldysh Center" Anatoly Koroteev, nel prossimo futuro verrà creato un tipo fondamentalmente nuovo di motore nucleare in Russia. L'essenza dell'approccio è che l'energia del reattore spaziale sarà diretta non al riscaldamento diretto del fluido di lavoro e alla formazione di un flusso a getto, ma alla produzione di elettricità. Viene assegnato il ruolo del traslocatore nell'installazione motore al plasma, la cui spinta specifica è 20 volte superiore alla spinta dei razzi chimici oggi esistenti. L'impresa capofila del progetto è una divisione della società statale Rosatom, JSC NIKIET (Mosca).

I test sui prototipi in scala reale sono stati completati con successo nel 2015 sulla base della NPO Mashinostroeniya (Reutov). La data per l'inizio dei test di volo della centrale nucleare è novembre di quest'anno. Gli elementi e i sistemi più importanti dovranno essere testati, anche a bordo della ISS.

Il nuovo motore nucleare russo funziona a ciclo chiuso, che lo elimina completamente sostanze radioattive nello spazio circostante. Le caratteristiche di massa e dimensionali degli elementi principali della centrale ne garantiscono l'utilizzo con i veicoli di lancio domestici Proton e Angara esistenti.

Sergeev Alexey, classe 9 “A”, istituto scolastico municipale “Scuola secondaria n. 84”

Consulente scientifico: , Vicedirettore del partenariato no-profit per attività scientifiche e innovative "Tomsk Atomic Center"

Direttore: , insegnante di fisica, istituto scolastico municipale “Scuola secondaria n. 84” CATO Seversk

Introduzione

I sistemi di propulsione a bordo di un veicolo spaziale sono progettati per creare spinta o slancio. In base al tipo di spinta utilizzata, il sistema di propulsione si divide in chimico (CHRD) e non chimico (NCRD). I CRD si dividono in motori a propellente liquido (LPRE), motori a razzo a propellente solido (motori a propellente solido) e motori a razzo combinati (RCR). A loro volta, i sistemi di propulsione non chimici si dividono in nucleari (NRE) ed elettrici (EP). Il grande scienziato Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky un secolo fa creò il primo modello di un sistema di propulsione che funzionava su solidi e combustibile liquido. Successivamente, nella seconda metà del XX secolo, furono effettuati migliaia di voli utilizzando principalmente motori a propellente liquido e motori a razzo a propellente solido.

Tuttavia, attualmente, per i voli verso altri pianeti, per non parlare delle stelle, l'uso di motori a razzo a propellente liquido e di motori a razzo a propellente solido sta diventando sempre più non redditizio, sebbene siano stati sviluppati molti motori a razzo. Molto probabilmente, le capacità dei motori a razzo a propellente liquido e dei motori a razzo a propellente solido si sono completamente esaurite. Il motivo è che l'impulso specifico di tutti i propulsori chimici è basso e non supera i 5000 m/s, il che richiede un funzionamento a lungo termine del propulsore e, di conseguenza, grandi riserve di carburante per lo sviluppo di velocità sufficientemente elevate, o, come è consuetudine in astronautica, sono richiesti grandi valori del numero di Tsiolkovsky, ad es. il rapporto tra la massa del razzo alimentato e la massa di quello vuoto. Così LV Energya, lanciando 100 tonnellate in orbita bassa carico utile, ha una massa di lancio di circa 3.000 tonnellate, che dà al numero Tsiolkovsky un valore compreso tra 30.

Per un volo su Marte, ad esempio, il numero di Tsiolkovsky dovrebbe essere ancora più alto, raggiungendo valori compresi tra 30 e 50. È facile stimare che con un carico utile di circa 1.000 tonnellate, ed è entro questi limiti che la massa minima necessario per fornire tutto il necessario per l'equipaggio in partenza per Marte varia Tenendo conto della fornitura di carburante per il volo di ritorno sulla Terra, la massa iniziale della navicella deve essere di almeno 30.000 tonnellate, che è chiaramente oltre il livello di sviluppo dell'astronautica moderna, basato sull'uso di motori a propellente liquido e motori a razzo a propellente solido.

Pertanto, affinché gli equipaggi umani possano raggiungere anche i pianeti più vicini, è necessario sviluppare veicoli di lancio dotati di motori che funzionino secondo principi diversi dalla propulsione chimica. I più promettenti a questo riguardo sono i motori a reazione elettrici (EPE), i motori a razzo termochimici e i motori a reazione nucleare (NRE).

1.Concetti di base

Un motore a razzo è un motore a reazione che non utilizza l'ambiente (aria, acqua) per il funzionamento. I motori a razzo chimici sono i più utilizzati. Altri tipi di motori a razzo vengono sviluppati e testati: elettrici, nucleari e altri. I motori a razzo più semplici funzionanti a gas compresso sono ampiamente utilizzati anche su stazioni spaziali e veicoli. In genere, utilizzano l'azoto come fluido di lavoro. /1/

Classificazione dei sistemi di propulsione

2. Scopo dei motori a razzo

In base al loro scopo, i motori a razzo sono suddivisi in diversi tipi principali: accelerazione (avviamento), frenata, propulsione, controllo e altri. I motori a razzo vengono utilizzati principalmente sui razzi (da cui il nome). Inoltre, i motori a razzo vengono talvolta utilizzati nell'aviazione. I motori a razzo sono i principali motori dell'astronautica.

I missili militari (da combattimento) di solito hanno motori a propellente solido. Ciò è dovuto al fatto che un tale motore viene rifornito di carburante in fabbrica e non richiede manutenzione per l'intero periodo di conservazione e durata del razzo stesso. I motori a propellente solido sono spesso usati come booster razzi spaziali. Sono particolarmente utilizzati in questa veste negli Stati Uniti, in Francia, in Giappone e in Cina.

I motori a razzo liquido hanno caratteristiche di spinta più elevate rispetto ai motori a razzo solido. Pertanto, vengono utilizzati per lanciare razzi spaziali in orbita attorno alla Terra e per voli interplanetari. I principali propellenti liquidi per i razzi sono il cherosene, l'eptano (dimetilidrazina) e l'idrogeno liquido. Per tali tipi di carburante è necessario un ossidante (ossigeno). L'acido nitrico e l'ossigeno liquefatto vengono utilizzati come ossidanti in tali motori. L'acido nitrico è inferiore all'ossigeno liquefatto in termini di proprietà ossidanti, ma non richiede il mantenimento di un regime di temperatura speciale durante lo stoccaggio, il rifornimento e l'uso dei missili

I motori per i voli spaziali differiscono da quelli terrestri in quanto devono produrre quanta più potenza possibile con la massa e il volume più piccoli possibile. Inoltre, sono soggetti a requisiti quali efficienza e affidabilità eccezionalmente elevate e tempo di funzionamento significativo. In base al tipo di energia utilizzata, i sistemi di propulsione dei veicoli spaziali si dividono in quattro tipologie: termochimico, nucleare, elettrico, solare-a vela. Ciascuno dei tipi elencati presenta vantaggi e svantaggi e può essere utilizzato in determinate condizioni.

Attualmente, astronavi, stazioni orbitali e satelliti terrestri senza equipaggio vengono lanciati nello spazio da razzi dotati di potenti motori termochimici. Esistono anche motori in miniatura a bassa spinta. Questa è una copia più piccola di motori potenti. Alcuni di loro possono stare nel palmo di una mano. La forza di spinta di tali motori è molto piccola, ma è sufficiente per controllare la posizione della nave nello spazio

3. Motori a razzo termochimici.

È noto che in un motore a combustione interna, il forno di una caldaia a vapore, ovunque avvenga la combustione, il ruolo più attivo è svolto da ossigeno atmosferico. Non c'è aria nello spazio e affinché i motori a razzo funzionino nello spazio sono necessari due componenti: carburante e ossidante.

I motori a razzo termochimici liquidi utilizzano alcol, cherosene, benzina, anilina, idrazina, dimetilidrazina e idrogeno liquido come combustibile. Ossigeno liquido, perossido di idrogeno e acido nitrico. Forse in futuro il fluoro liquido verrà utilizzato come agente ossidante quando verranno inventati metodi per conservare e utilizzare una sostanza chimica così attiva

Il carburante e l'ossidante per i motori a getto liquido vengono immagazzinati separatamente in serbatoi speciali e forniti alla camera di combustione mediante pompe. Quando sono riuniti nella camera di combustione le temperature raggiungono i 3000 – 4500 °C.

I prodotti della combustione, espandendosi, acquisiscono velocità da 2500 a 4500 m/s. Spingendosi dal corpo del motore, creano una spinta a getto. Allo stesso tempo, maggiore è la massa e la velocità del flusso di gas, maggiore è la spinta del motore.

La spinta specifica dei motori è solitamente stimata dalla quantità di spinta creata per unità di massa di carburante bruciato in un secondo. Questa quantità è chiamata impulso specifico di un motore a razzo e viene misurata in secondi (kg di spinta / kg di carburante bruciato al secondo). I migliori motori a razzo a propellente solido hanno un impulso specifico fino a 190 s, ovvero 1 kg di carburante che brucia in un secondo crea una spinta di 190 kg. Un motore a razzo a idrogeno-ossigeno ha un impulso specifico di 350 s. Teoricamente, un motore a idrogeno-fluoro può sviluppare un impulso specifico di oltre 400 s.

Il circuito del motore a razzo liquido comunemente usato funziona come segue. Il gas compresso crea la pressione necessaria nei serbatoi con combustibile criogenico per prevenire la formazione di bolle di gas nelle tubazioni. Le pompe forniscono carburante ai motori a razzo. Il carburante viene iniettato nella camera di combustione attraverso un gran numero di iniettori. Attraverso gli ugelli viene inoltre iniettato un ossidante nella camera di combustione.

In qualsiasi automobile, quando il carburante brucia, si formano grandi flussi di calore che riscaldano le pareti del motore. Se non raffreddi le pareti della camera, si brucerà rapidamente, indipendentemente dal materiale di cui è fatta. Un motore a getto liquido viene generalmente raffreddato da uno dei componenti del carburante. A questo scopo la camera è composta da due pareti. La componente fredda del carburante scorre nello spazio tra le pareti.

Alluminio" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">alluminio, ecc. Soprattutto come additivo per i combustibili convenzionali, come l'idrogeno-ossigeno. Tali "composizioni ternarie" possono fornire la massima velocità possibile per i prodotti chimici esaurimento dei combustibili - fino a 5 km/s. Ma questo è praticamente il limite delle risorse della chimica. Praticamente non può fare di più Sebbene la descrizione proposta sia ancora dominata dai motori a razzo liquidi, va detto che sono i primi nella storia dell'umanità è stato creato un motore a razzo termochimico che utilizza combustibile solido. Il propellente solido, ad esempio la polvere da sparo speciale, si trova direttamente nella camera di combustione con un ugello riempito con combustibile solido: questa è l'intera struttura della combustione del propellente solido dipende dallo scopo del motore a razzo a propellente solido (lancio, mantenimento o combinato). Gli affari militari sono caratterizzati dalla presenza di motori di lancio e di propulsione. Il motore a razzo a propellente solido di lancio sviluppa una spinta elevata per un tempo molto breve, necessario per il razzo da lanciare. lanciatore e la sua accelerazione iniziale. Il motore a razzo a propellente solido sostenitore è progettato per mantenere una velocità di volo costante del razzo sulla sezione principale (propulsione) della traiettoria di volo. Le differenze tra loro risiedono principalmente nella progettazione della camera di combustione e nel profilo della superficie di combustione della carica di carburante, che determinano la velocità di combustione del carburante da cui dipendono il tempo di funzionamento e la spinta del motore. A differenza di questi razzi, i veicoli spaziali per il lancio dei satelliti terrestri, stazioni orbitali e i veicoli spaziali, così come le stazioni interplanetarie, operano solo nella modalità di partenza dal lancio del razzo fino a quando l'oggetto viene lanciato in orbita attorno alla Terra o su una traiettoria interplanetaria. In generale, i motori a razzo a propellente solido non presentano molti vantaggi rispetto ai motori a combustibile liquido: sono facili da produrre, possono essere immagazzinati a lungo, sono sempre pronti all'azione e sono relativamente a prova di esplosione. Ma in termini di spinta specifica, i motori a combustibile solido sono inferiori del 10-30% ai motori a liquido.

4. Motori a razzo elettrici

Quasi tutti i motori a razzo discussi sopra sviluppano un'enorme spinta e sono progettati per lanciare veicoli spaziali in orbita attorno alla Terra e accelerarli a velocità cosmiche per voli interplanetari. Tutt'altra questione sono i sistemi di propulsione per veicoli spaziali già lanciati in orbita o su una traiettoria interplanetaria. Qui, di regola, abbiamo bisogno di motori a bassa potenza (diversi kilowatt o addirittura watt) in grado di funzionare per centinaia e migliaia di ore e di essere accesi e spenti ripetutamente. Permettono di mantenere il volo in orbita o lungo una determinata traiettoria, compensando la resistenza al volo creata dagli strati superiori dell'atmosfera e dal vento solare. Nei motori a razzo elettrici, il fluido di lavoro viene accelerato fino a una certa velocità riscaldandolo con energia elettrica. L’elettricità proviene da pannelli solari o da una centrale nucleare. I metodi per riscaldare il fluido di lavoro sono diversi, ma in realtà viene utilizzato principalmente l'arco elettrico. Si è dimostrato molto affidabile e può sopportare un gran numero di avviamenti. L'idrogeno è utilizzato come fluido di lavoro nei motori ad arco elettrico. Usando un arco elettrico, l'idrogeno viene riscaldato a una temperatura molto elevata e si trasforma in plasma, una miscela elettricamente neutra di ioni positivi ed elettroni. La velocità del deflusso del plasma dal motore raggiunge i 20 km/s. Quando gli scienziati risolveranno il problema dell'isolamento magnetico del plasma dalle pareti della camera del motore, sarà possibile aumentare significativamente la temperatura del plasma e aumentare la velocità di scarico fino a 100 km/s. Il primo motore a razzo elettrico fu sviluppato negli anni successivi nell'Unione Sovietica. sotto la guida (in seguito divenne creatore di motori per razzi spaziali sovietici e accademico) presso il famoso Laboratorio di Dinamica dei Gas (GDL)./10/

5.Altri tipi di motori

Esistono anche progetti più esotici per i motori a razzo nucleare, in cui il materiale fissile si trova allo stato liquido, gassoso o addirittura plasmatico, ma l'implementazione di tali progetti all'attuale livello di tecnologia e tecnologia non è realistica. Esistono i seguenti progetti di motori a razzo, ancora in fase teorica o di laboratorio:

Impulso motori a razzo nucleari utilizzando l'energia delle esplosioni di piccole cariche nucleari;

Motori a razzo termonucleari, che possono utilizzare un isotopo di idrogeno come combustibile. La produttività energetica dell'idrogeno in una tale reazione è 6,8 * 1011 KJ/kg, cioè circa due ordini di grandezza superiore alla produttività delle reazioni di fissione nucleare;

Motori a vela solare - che sfruttano la pressione della luce solare (vento solare), la cui esistenza fu dimostrata empiricamente da un fisico russo nel 1899. Secondo i calcoli, gli scienziati hanno stabilito che un dispositivo del peso di 1 tonnellata, dotato di una vela con un diametro di 500 m, può volare dalla Terra a Marte in circa 300 giorni. Tuttavia, l’efficienza di una vela solare diminuisce rapidamente con la distanza dal Sole.

6.Motori a razzo nucleari

Uno dei principali svantaggi dei motori a razzo alimentati a combustibile liquido è associato alla portata limitata dei gas. Nei motori a razzo nucleare, sembra possibile utilizzare la colossale energia rilasciata durante la decomposizione del “combustibile” nucleare per riscaldare la sostanza di lavoro. Il principio di funzionamento dei motori a razzo nucleare non è quasi diverso dal principio di funzionamento dei motori termochimici. La differenza è che il fluido di lavoro viene riscaldato non dalla sua stessa energia chimica, ma dall'energia "estranea" rilasciata durante una reazione intranucleare. Il fluido di lavoro viene fatto passare attraverso un reattore nucleare, in cui avviene la reazione di fissione dei nuclei atomici (ad esempio l'uranio), e viene riscaldato. I motori a razzo nucleare eliminano la necessità di un ossidante e quindi possono utilizzare un solo liquido. Come fluido di lavoro è consigliabile utilizzare sostanze che consentano lo sviluppo del motore grande forza trazione. Questa condizione è pienamente soddisfatta dall'idrogeno, seguito da ammoniaca, idrazina e acqua. I processi in cui viene rilasciata l'energia nucleare sono suddivisi in trasformazioni radioattive, reazioni di fissione di nuclei pesanti, reazione di fusione di nuclei leggeri. Le trasformazioni dei radioisotopi vengono realizzate nelle cosiddette fonti di energia isotopica. L'energia di massa specifica (l'energia che può rilasciare una sostanza del peso di 1 kg) degli isotopi radioattivi artificiali è significativamente superiore a quella dei combustibili chimici. Pertanto, per il 210Po è pari a 5*10 8 KJ/kg, mentre per il combustibile chimico più efficiente dal punto di vista energetico (berillio con ossigeno) questo valore non supera 3*10 4 KJ/kg. Sfortunatamente, non è ancora razionale utilizzare tali motori sui veicoli di lancio nello spazio. La ragione di ciò è l'alto costo della sostanza isotopica e le difficoltà operative. Dopotutto, l'isotopo rilascia costantemente energia, anche se trasportato in un contenitore speciale e quando il razzo è parcheggiato nel luogo di lancio. I reattori nucleari utilizzano combustibile più efficiente dal punto di vista energetico. Pertanto, l'energia di massa specifica di 235U (l'isotopo fissile dell'uranio) è pari a 6,75 * 10 9 KJ/kg, cioè circa un ordine di grandezza superiore a quella dell'isotopo 210Po. Questi motori possono essere “accesi” e “spenti”; il combustibile nucleare (233U, 235U, 238U, 239Pu) è molto più economico del combustibile isotopico. Tali motori possono utilizzare non solo l'acqua come fluido di lavoro, ma anche sostanze di lavoro più efficienti: alcool, ammoniaca, idrogeno liquido. La spinta specifica di un motore con idrogeno liquido è di 900 s. Nel progetto più semplice di un motore a razzo nucleare con un reattore alimentato da combustibile nucleare solido, il fluido di lavoro viene collocato in un serbatoio. La pompa lo fornisce alla camera del motore. Spruzzato mediante ugelli, il fluido di lavoro entra in contatto con il combustibile nucleare che genera combustibile, si riscalda, si espande e viene espulso ad alta velocità attraverso l'ugello. Il combustibile nucleare ha riserve energetiche superiori a qualsiasi altro tipo di combustibile. Sorge quindi una domanda logica: perché gli impianti che utilizzano questo combustibile hanno ancora una spinta specifica relativamente bassa e una massa elevata? Il fatto è che la spinta specifica di un motore a razzo nucleare in fase solida è limitata dalla temperatura del materiale fissile e la centrale elettrica durante il funzionamento emette forti radiazioni ionizzanti, che hanno un effetto dannoso sugli organismi viventi. La protezione biologica da tali radiazioni è molto importante e non è applicabile nello spazio. aereo. Lo sviluppo pratico dei motori a razzo nucleari che utilizzano combustibile nucleare solido iniziò a metà degli anni '50 del XX secolo nell'Unione Sovietica e negli Stati Uniti, quasi contemporaneamente alla costruzione delle prime centrali nucleari. Il lavoro è stato svolto in un'atmosfera di maggiore segretezza, ma è noto che tali motori a razzo non hanno ancora ricevuto un uso reale nell'astronautica. Finora tutto è stato limitato all’uso di fonti isotopiche di elettricità di potenza relativamente bassa sui satelliti terrestri artificiali senza equipaggio, sui veicoli spaziali interplanetari e sul famoso “rover lunare” sovietico.

7.Motori a reazione nucleari, principi di funzionamento, metodi per ottenere l'impulso in un motore a propulsione nucleare.

I motori a razzo nucleare hanno preso il nome dal fatto che creano spinta utilizzando l'energia nucleare, cioè l'energia che viene rilasciata a seguito delle reazioni nucleari. IN in senso generale Queste reazioni significano qualsiasi cambiamento nello stato energetico dei nuclei atomici, nonché trasformazioni di alcuni nuclei in altri, associati alla ristrutturazione della struttura dei nuclei o al cambiamento del numero di particelle elementari in essi contenute: i nucleoni. Inoltre, le reazioni nucleari, come è noto, possono avvenire sia in modo spontaneo (cioè spontaneamente) sia provocate artificialmente, ad esempio quando alcuni nuclei vengono bombardati da altri (o da particelle elementari). Le reazioni di fissione e fusione nucleare superano la grandezza energetica reazioni chimiche rispettivamente milioni e decine di milioni di volte. Ciò è spiegato dal fatto che l'energia del legame chimico degli atomi nelle molecole è molte volte inferiore all'energia del legame nucleare dei nucleoni nel nucleo. L’energia nucleare nei motori a razzo può essere utilizzata in due modi:

1. L'energia rilasciata viene utilizzata per riscaldare il fluido di lavoro, che poi si espande nell'ugello, proprio come in un motore a razzo convenzionale.

2. L'energia nucleare viene convertita in energia elettrica e quindi utilizzata per ionizzare e accelerare le particelle del fluido di lavoro.

3. Infine, l'impulso è creato dagli stessi prodotti di fissione formati nel processo (ad esempio metalli refrattari - tungsteno, molibdeno) utilizzati per conferire proprietà speciali alle sostanze fissili.

Gli elementi combustibili di un reattore in fase solida sono penetrati da canali attraverso i quali scorre il fluido di lavoro del motore di propulsione nucleare, riscaldandosi gradualmente. I canali hanno un diametro di circa 1-3 mm e la loro area totale è pari al 20-30% della sezione trasversale della zona attiva. Il nocciolo è sospeso da una speciale griglia all'interno del contenitore energetico in modo che possa espandersi quando il reattore si riscalda (altrimenti collasserebbe a causa degli stress termici).

Il nucleo è sottoposto a elevati carichi meccanici associati a significative perdite di pressione idraulica (fino a diverse decine di atmosfere) dovute al flusso del fluido di lavoro, stress termici e vibrazioni. L'aumento delle dimensioni della zona attiva quando il reattore si riscalda raggiunge diversi centimetri. La zona attiva e il riflettore sono posizionati all'interno di un alloggiamento di potenza durevole che assorbe la pressione del fluido di lavoro e la spinta creata dall'ugello del getto. La custodia è chiusa con un coperchio resistente. Ospita meccanismi pneumatici, a molla o elettrici per l'azionamento degli organi di regolamentazione, punti di attacco del motore di propulsione nucleare al veicolo spaziale e flange per il collegamento del motore di propulsione nucleare alle tubazioni di alimentazione del fluido di lavoro. Sul coperchio può essere posizionata anche un'unità turbopompa.

8 - Ugello,

9 - Ugello ugello espandibile,

10 - Selezione della sostanza di lavoro per la turbina,

11 - Corpo di Potenza,

12 - Tamburo di controllo,

13 - Scarico della turbina (utilizzato per controllare l'assetto e aumentare la spinta),

14 - Anello di trascinamento per tamburi di controllo)

All'inizio del 1957 fu determinata la direzione finale dei lavori presso il Laboratorio di Los Alamos e fu presa la decisione di costruire un reattore nucleare a grafite con combustibile di uranio disperso nella grafite. Il reattore Kiwi-A, creato in questa direzione, fu testato nel 1959 il 1 luglio.

Motore a reazione nucleare americano in fase solida XE Primo su un banco di prova (1968)

Oltre alla costruzione del reattore, il Laboratorio di Los Alamos era impegnato a pieno ritmo nella costruzione di uno speciale sito di prova in Nevada, ed ha anche eseguito una serie di ordini speciali dell'aeronautica americana in settori correlati (lo sviluppo di singoli reattori unità TURE). Per conto del Laboratorio di Los Alamos, tutti gli ordini speciali per la produzione di singoli componenti sono stati eseguiti dalle seguenti società: Aerojet General, la divisione Rocketdyne della North American Aviation. Nell'estate del 1958, tutto il controllo sul programma Rover passò dall'aeronautica americana a quella appena organizzata Amministrazione nazionale Aeronautica e Spazio (NASA). Come risultato di un accordo speciale tra l'AEC e la NASA, a metà estate del 1960, sotto la guida di G. Finger, fu formato lo Space Nuclear Propulsion Office, che successivamente diresse il programma Rover.

I risultati ottenuti da sei "test a caldo" di motori a reazione nucleari furono molto incoraggianti e all'inizio del 1961 fu preparato un rapporto sui test di volo del reattore (RJFT). Poi, a metà del 1961, fu lanciato il progetto Nerva (l'uso di un motore nucleare per razzi spaziali). L'Aerojet General fu scelta come appaltatore generale e la Westinghouse fu scelta come subappaltatore responsabile della costruzione del reattore.

10.2 Lavori su TURE in Russia

Americani" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Americani, gli scienziati russi hanno utilizzato i test più economici ed efficaci dei singoli elementi di combustibile nei reattori di ricerca. L'intera gamma di lavori condotti negli anni '70 e '80 ha permesso all'ufficio di progettazione "Salyut", Design Bureau of Chemical Automatics, IAE, NIKIET e NPO "Luch" (PNITI) di sviluppare vari progetti di motori di propulsione nucleare spaziale e centrali nucleari ibride nell'ambito del Design Bureau of Chemical Automatics furono creati i vertici del NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO erano responsabili degli elementi del reattore). CANTIERE RD 0411 e motore nucleare di dimensioni minime RD0410 spinta rispettivamente di 40 e 3,6 tonnellate.

Di conseguenza, sono stati fabbricati un reattore, un motore “freddo” e un prototipo da banco per i test sull'idrogeno gassoso. A differenza di quello americano, con un impulso specifico non superiore a 8250 m/s, il TNRE sovietico, grazie all'uso di elementi combustibili di progettazione più resistente al calore e avanzata e all'elevata temperatura nel nucleo, aveva questa cifra pari a 9100 m /s e superiore. La base per testare la TURE della spedizione congiunta della NPO "Luch" si trovava a 50 km a sud-ovest della città di Semipalatinsk-21. Ha iniziato a lavorare nel 1962. In Nel sito di test sono stati testati elementi di combustibile in scala reale di prototipi di motori a razzo a propulsione nucleare. In questo caso, il gas di scarico è entrato nel sistema di scarico chiuso. Il complesso del banco prova Baikal-1 per i test sui motori nucleari a grandezza naturale si trova a 65 km a sud di Semipalatinsk-21. Dal 1970 al 1988 furono effettuate circa 30 “hot start” di reattori. Allo stesso tempo, la potenza non ha superato i 230 MW con un consumo di idrogeno fino a 16,5 kg/sec e una temperatura all'uscita del reattore di 3100 K. Tutti i lanci sono riusciti, senza problemi e secondo i piani.

Il TNRD RD-0410 sovietico è l'unico motore a razzo nucleare industriale funzionante e affidabile al mondo

Attualmente, tali lavori nel sito sono stati interrotti, sebbene le attrezzature siano mantenute in condizioni relativamente funzionanti. Il banco di prova della NPO Luch è l'unico complesso sperimentale al mondo dove è possibile testare elementi di reattori a propulsione nucleare senza notevoli costi finanziari e di tempo. È possibile che la ripresa negli Stati Uniti dei lavori sui motori di propulsione nucleare per i voli sulla Luna e su Marte nell'ambito del programma Space Research Initiative con la prevista partecipazione di specialisti provenienti da Russia e Kazakistan porti alla ripresa delle attività a la base di Semipalatinsk e la realizzazione di una spedizione “marziana” negli anni 2020.

Caratteristiche principali

Impulso specifico sull'idrogeno: 910 - 980 sez(teoricamente fino a 1000 sez).

· Velocità di deflusso del fluido di lavoro (idrogeno): 9100 - 9800 m/sec.

· Spinta realizzabile: fino a centinaia e migliaia di tonnellate.

· Temperature massime di esercizio: 3000°С - 3700°С (accensione a breve termine).

· Durata operativa: fino a diverse migliaia di ore (attivazione periodica). /5/

11.Dispositivo

Il progetto del motore a razzo nucleare sovietico in fase solida RD-0410

1 - linea dal serbatoio del fluido di lavoro

2 - gruppo turbopompa

3 - controllare l'azionamento del tamburo

4 -protezione dalle radiazioni

5 - tamburo di regolazione

6 - rallentatore

7 - gruppo carburante

8 - recipiente del reattore

9 - fondo tagliafuoco

10 - linea di raffreddamento ugelli

11- camera dell'ugello

12 - ugello

12.Principio di funzionamento

Secondo il suo principio di funzionamento, un TNRE è un reattore-scambiatore di calore ad alta temperatura nel quale viene introdotto sotto pressione un fluido di lavoro (idrogeno liquido) che, riscaldato ad alte temperature (oltre 3000°C), viene espulso attraverso un ugello raffreddato. La rigenerazione del calore nell'ugello è molto vantaggiosa poiché consente di riscaldare l'idrogeno molto più velocemente e, utilizzando una quantità significativa di energia termica, l'impulso specifico può essere aumentato a 1000 sec (9100-9800 m/s).

Reattore nucleare con motore a razzo

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Fluido di lavoro

Densità, g/cm3

Spinta specifica (a temperature specificate nella camera di riscaldamento, °K), sez

0,071 (liquido)

0,682 (liquido)

1.000 (liquido)

NO. Dannato

NO. Dannato

NO. Dannato

(Nota: la pressione nella camera di riscaldamento è di 45,7 atm, espansione ad una pressione di 1 atm a una pressione costante composizione chimica fluido di lavoro) /6/

15.Vantaggi

Il vantaggio principale dei TNRE rispetto ai motori a razzo chimici è il raggiungimento di un impulso specifico più elevato, notevoli riserve di energia, compattezza del sistema e la capacità di ottenere una spinta molto elevata (decine, centinaia e migliaia di tonnellate nel vuoto. In generale, i l'impulso specifico ottenuto nel vuoto è maggiore di quello del carburante chimico a due componenti esaurito per razzi (cherosene-ossigeno, idrogeno-ossigeno) di 3-4 volte e quando funziona alla massima intensità termica di 4-5 volte Attualmente, in Stati Uniti e Russia hanno una significativa esperienza nello sviluppo e nella costruzione di tali motori e, se necessario (programmi speciali di esplorazione spaziale), tali motori potranno essere prodotti in breve tempo e avranno un costo ragionevole nel caso di utilizzo dell'energia nucleare motori per accelerare i veicoli spaziali nello spazio e soggetti all'uso aggiuntivo di manovre di perturbazione utilizzando il campo gravitazionale. pianeti maggiori(Giove, Urano, Saturno, Nettuno) i confini raggiungibili dallo studio del sistema solare si stanno espandendo in modo significativo e il tempo necessario per raggiungere pianeti lontani è significativamente ridotto. Inoltre, i TNRE possono essere utilizzati con successo per dispositivi che operano in orbite basse di pianeti giganti utilizzando la loro atmosfera rarefatta come fluido di lavoro o per operare nella loro atmosfera. /8/

16.Svantaggi

Lo svantaggio principale del TNRE è la presenza di un potente flusso di radiazioni penetranti (radiazioni gamma, neutroni), nonché la rimozione di composti di uranio altamente radioattivi, composti refrattari con radiazioni indotte e gas radioattivi con il fluido di lavoro. A questo proposito, TURE è inaccettabile per i lanci da terra al fine di evitare il deterioramento della situazione ambientale nel sito di lancio e nell'atmosfera. /14/

17.Migliorare le caratteristiche della TURD. Motori turboelica ibridi

Come ogni razzo o ogni motore in generale, un motore a reazione nucleare in fase solida presenta limitazioni significative sulle caratteristiche più importanti ottenibili. Queste restrizioni rappresentano l'incapacità del dispositivo (TJRE) di funzionare nell'intervallo di temperature che supera l'intervallo delle temperature massime di esercizio dei materiali strutturali del motore. Per espandere le capacità e aumentare significativamente i principali parametri operativi del TNRE, possono essere utilizzati vari schemi ibridi in cui il TNRE svolge il ruolo di fonte di calore ed energia e vengono utilizzati metodi fisici aggiuntivi per accelerare i fluidi di lavoro. Il più affidabile, praticamente fattibile e avente alte prestazioni in termini di impulso e spinta specifici si tratta di uno schema ibrido con un circuito aggiuntivo MHD (circuito magnetoidrodinamico) per l'accelerazione del fluido di lavoro ionizzato (idrogeno e additivi speciali). /13/

18. Rischio di radiazioni derivanti dai motori a propulsione nucleare.

Un motore nucleare funzionante è una potente fonte di radiazioni: radiazioni gamma e neutroniche. Senza l'adozione di misure speciali, le radiazioni possono causare un riscaldamento inaccettabile del fluido di lavoro e della struttura di un veicolo spaziale, l'infragilimento dei materiali strutturali metallici, la distruzione della plastica e l'invecchiamento delle parti in gomma, danni all'isolamento dei cavi elettrici e guasti alle apparecchiature elettroniche. Le radiazioni possono causare la radioattività indotta (artificiale) dei materiali - la loro attivazione.

Attualmente il problema protezione dalle radiazioni il veicolo spaziale con motori a propulsione nucleare è considerato in linea di principio risolto. Sono state inoltre risolte le questioni fondamentali relative alla manutenzione dei motori di propulsione nucleare presso i banchi di prova e i siti di lancio. Sebbene una NRE operativa costituisca un pericolo per il personale operativo, già un giorno dopo la fine del funzionamento della NRE è possibile, senza dispositivi di protezione individuale, trovarsi per diverse decine di minuti ad una distanza di 50 m dalla NRE e persino avvicinarsi it. I mezzi di protezione più semplici consentono al personale operativo di entrare nell'area di lavoro YARD subito dopo le prove.

A quanto pare, il livello di contaminazione dei complessi di lancio e dell'ambiente non costituirà un ostacolo all'utilizzo dei motori di propulsione nucleare negli stadi inferiori dei razzi spaziali. Il problema del rischio di radiazioni per l'ambiente e il personale operativo è ampiamente mitigato dal fatto che l'idrogeno, utilizzato come fluido di lavoro, praticamente non viene attivato quando passa attraverso il reattore. Pertanto, il getto di un motore a propulsione nucleare non è più pericoloso del getto di un motore a razzo a propellente liquido./4/

Conclusione

Quando si considerano le prospettive per lo sviluppo e l'uso dei motori di propulsione nucleare in astronautica, si dovrebbe procedere dalle caratteristiche raggiunte e attese vari tipi NRE, da ciò che può dare loro all'astronautica, applicazione e, infine, dalla presenza di una stretta connessione tra il problema della NRE e il problema dell'approvvigionamento energetico nello spazio e con le questioni dello sviluppo energetico in generale.

Come accennato in precedenza, tra tutti i possibili tipi di motori a propulsione nucleare, i più sviluppati sono il motore a radioisotopi termici e il motore con reattore a fissione in fase solida. Ma se le caratteristiche dei motori a propulsione nucleare a radioisotopi non ci permettono di sperare in essi ampia applicazione in astronautica (almeno nel prossimo futuro), la creazione di motori di propulsione nucleare in fase solida apre grandi prospettive per l'astronautica.

Ad esempio, è stato proposto un dispositivo con una massa iniziale di 40.000 tonnellate (cioè circa 10 volte maggiore di quella dei più grandi veicoli di lancio moderni), con 1/10 di questa massa che rappresenta il carico utile e 2/3 per il nucleare. spese. Se fai esplodere una carica ogni 3 secondi, la loro fornitura sarà sufficiente per 10 giorni di funzionamento continuo del sistema di propulsione nucleare. Durante questo periodo, il dispositivo accelererà fino a una velocità di 10.000 km/s e in futuro, dopo 130 anni, potrà raggiungere la stella Alpha Centauri.

Le centrali nucleari lo hanno caratteristiche uniche, che comprendono intensità energetica praticamente illimitata, indipendenza del funzionamento dall'ambiente, non esposizione influenze esterne(radiazioni cosmiche, danni da meteoriti, alte e basse temperature, ecc.). Tuttavia, la potenza massima degli impianti di radioisotopi nucleari è limitata a un valore dell'ordine di diverse centinaia di watt. Questa limitazione non esiste per le centrali nucleari, che predetermina la redditività del loro utilizzo durante i voli a lungo termine di veicoli spaziali pesanti nello spazio vicino alla Terra, durante i voli verso pianeti lontani Sistema solare e in altri casi.

I vantaggi dei motori a fase solida e di altri motori a propulsione nucleare con reattori a fissione si rivelano in modo più completo nello studio di programmi spaziali complessi come i voli con equipaggio verso i pianeti del Sistema Solare (ad esempio, durante una spedizione su Marte). In questo caso, un aumento dell'impulso specifico del propulsore consente di risolvere problemi qualitativamente nuovi. Tutti questi problemi sono notevolmente alleviati utilizzando un motore a razzo a propellente nucleare in fase solida con un impulso specifico doppio rispetto a quello dei moderni motori a razzo a propellente liquido. In questo caso diventa anche possibile ridurre sensibilmente i tempi di volo.

È molto probabile che nel prossimo futuro i motori a propulsione nucleare in fase solida diventeranno uno dei motori a razzo più comuni. I motori di propulsione nucleare in fase solida possono essere utilizzati come dispositivi per voli a lunga distanza, ad esempio, verso pianeti come Nettuno, Plutone e persino per volare oltre Sistema solare. Tuttavia, per i voli verso le stelle, un motore nucleare basato sui principi della fissione non è adatto. In questo caso, promettenti sono i motori nucleari o, più precisamente, i motori a reazione termonucleari (TRE), che funzionano secondo il principio delle reazioni di fusione, e i motori a reazione fotonici (PRE), la fonte di slancio in cui avviene la reazione di annichilazione di materia e antimateria. . Tuttavia, molto probabilmente l’umanità utilizzerà un metodo di trasporto diverso per viaggiare nello spazio interstellare, diverso dall’aereo.

In conclusione, darò una parafrasi della famosa frase di Einstein: per viaggiare verso le stelle, l'umanità deve inventare qualcosa che sia paragonabile in complessità e percezione a un reattore nucleare per un Neanderthal!

LETTERATURA

Fonti:

1. "Razzi e persone. Libro 4 La corsa alla luna" - M: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervushin “Battaglia per le stelle Confronto cosmico” - M: conoscenza, 1998.
4. L. Gilberg “La conquista del cielo” - M: Znanie, 1994.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodcov
6. “Motore”, “Motori nucleari per veicoli spaziali”, n. 5 1999

7. "Motore", "Motori nucleari in fase gassosa per veicoli spaziali",

N. 6, 1999
7. http://www. *****/content/numbers/263/03.shtml
8. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
9. http://www. *****/content/numbers/219/37.shtml
10., Il trasporto Chekalin del futuro.

M.: Conoscenza, 1983.

11. , Esplorazione spaziale di Chekalin - M.:

Conoscenza, 1988.

12. Gubanov B. “Energia - Buran” - un passo nel futuro // Scienza e vita.-

13. Gatland K. Tecnologia spaziale - M.: Mir, 1986.

14., Sergeyuk e il commercio - M.: APN, 1989.

15.URSS nello spazio. 2005 - M.: APN, 1989.

16. Sulla strada per lo spazio profondo // Energia. - 1985. - N. 6.

APPLICAZIONE

Principali caratteristiche dei motori a reazione nucleari in fase solida

Paese di origine	Motore	Spinta nel vuoto, kN	Impulso specifico, sez		Lavoro a progetto, anno
	Ciclo misto NERVA/Lox

Già alla fine di questo decennio in Russia potrebbe essere creata una navicella spaziale a propulsione nucleare per i viaggi interplanetari. E questo cambierà radicalmente la situazione sia nello spazio vicino alla Terra che sulla Terra stessa.

La centrale nucleare (NPP) sarà pronta per il volo nel 2018. Lo ha annunciato il direttore del Centro Keldysh, accademico Anatolij Koroteev. “Dobbiamo preparare il primo campione (di una centrale nucleare della classe megawatt. - Nota di Expert Online) per i test di volo nel 2018. Se volerà o no è un'altra questione, potrebbe esserci una coda, ma deve essere pronta a volare", ha riportato le sue parole RIA Novosti. Ciò significa che uno dei progetti russo-sovietici più ambiziosi nel campo dell’esplorazione spaziale sta entrando nella fase di immediata attuazione pratica.

L'essenza di questo progetto, le cui radici risalgono alla metà del secolo scorso, è questa. Ora i voli nello spazio vicino alla Terra vengono effettuati su razzi che si muovono grazie alla combustione di combustibile liquido o solido nei loro motori. Essenzialmente, questo è lo stesso motore di un'auto. Solo in un'auto la benzina, quando brucia, spinge i pistoni nei cilindri, trasferendo la sua energia attraverso di essi alle ruote. E in un motore a razzo, la combustione di cherosene o eptile spinge direttamente il razzo in avanti.

Nell'ultimo mezzo secolo, questa tecnologia missilistica è stata perfezionata in tutto il mondo fin nei minimi dettagli. Ma gli stessi scienziati missilistici lo ammettono. Miglioramento: sì, è necessario. Cercare di aumentare il carico utile dei razzi dalle attuali 23 tonnellate a 100 e persino 150 tonnellate sulla base di motori a combustione "migliorati" - sì, devi provarci. Ma questo è un vicolo cieco da un punto di vista evolutivo. " Non importa quanto lavorino gli specialisti di motori a razzo in tutto il mondo, l'effetto massimo che otterremo sarà calcolato in frazioni percentuali. In parole povere, dai motori a razzo esistenti è stato eliminato tutto, siano essi propellente liquido o solido, e i tentativi di aumentare la spinta e l’impulso specifico sono semplicemente inutili. I sistemi di propulsione nucleare forniscono un aumento multiplo. Usando l'esempio di un volo su Marte, ora ci vogliono da uno e mezzo a due anni per volare andata e ritorno, ma sarà possibile volare in due o quattro mesi "- l'ex capo dell'Agenzia spaziale federale russa ha valutato la situazione in una sola volta Anatolij Perminov.

Pertanto, nel 2010, l'allora presidente della Russia e ora primo ministro Dmitrij Medvedev Entro la fine di questo decennio, fu dato l'ordine di creare nel nostro paese un modulo di trasporto spaziale ed energetico basato su una centrale nucleare di classe megawatt. Si prevede di stanziare 17 miliardi di rubli dal bilancio federale, da Roscosmos e da Rosatom per lo sviluppo di questo progetto fino al 2018. Di questo importo, 7,2 miliardi sono stati assegnati alla società statale Rosatom per la creazione di un reattore (lo sta facendo il Dollezhal Research and Design Institute of Energy Engineering), 4 miliardi al Keldysh Center per la creazione di una centrale nucleare impianto di propulsione. RSC Energia stanzia 5,8 miliardi di rubli per creare un modulo di trasporto ed energia, cioè un razzo spaziale.

Naturalmente, tutto questo lavoro non viene svolto nel vuoto. Dal 1970 al 1988, la sola Unione Sovietica lanciò nello spazio più di tre dozzine di satelliti spia, dotati di centrali nucleari a bassa potenza come Buk e Topaz. Sono stati utilizzati per creare un sistema per tutte le stagioni per monitorare bersagli di superficie in tutto l'Oceano Mondiale e emettere designazioni di bersagli con trasmissione a portaerei o posti di comando: il sistema di ricognizione spaziale navale Legend e di designazione dei bersagli (1978).

La NASA e le aziende americane che producono veicoli spaziali e i loro veicoli di consegna non sono state in grado di creare un reattore nucleare che funzionasse stabilmente nello spazio durante questo periodo, anche se ci hanno provato tre volte. Pertanto, nel 1988, l'ONU ha vietato l'uso di veicoli spaziali con sistemi di propulsione nucleare e la produzione di satelliti del tipo USA-A con sistemi di propulsione nucleare a bordo è stata interrotta nell'Unione Sovietica.

Parallelamente, negli anni '60 e '70 del secolo scorso, il Centro Keldysh ha svolto un lavoro attivo sulla creazione di un motore a ioni (motore a elettroplasma), che è più adatto per creare un sistema di propulsione ad alta potenza funzionante a combustibile nucleare. Il reattore produce calore, che viene convertito in elettricità da un generatore. Con l'aiuto dell'elettricità, il gas inerte xeno in un tale motore viene prima ionizzato, quindi le particelle caricate positivamente (ioni xeno positivi) vengono accelerate in un campo elettrostatico a una determinata velocità e creano spinta quando lasciano il motore. Questo è il principio di funzionamento del motore ionico, di cui è già stato realizzato un prototipo al Keldysh Center.

« Negli anni '90 del XX secolo, noi del Centro Keldysh abbiamo ripreso a lavorare sui motori a ioni. Ora è necessario creare una nuova cooperazione per un progetto così potente. Esiste già un prototipo di motore ionico su cui è possibile testare soluzioni tecnologiche e progettuali di base. Ma i prodotti standard devono ancora essere creati. Abbiamo una scadenza prestabilita: entro il 2018 il prodotto dovrebbe essere pronto per le prove di volo ed entro il 2015 dovrebbero essere completati i test principali del motore. Avanti: test di vita e test dell'intera unità nel suo insieme.“, ha osservato l’anno scorso il capo del dipartimento di elettrofisica del Centro di ricerca intitolato a M.V. Keldysh, Professore, Facoltà di Aerofisica e Ricerca Spaziale, MIPT Oleg Gorshkov.

Qual è il vantaggio pratico per la Russia da questi sviluppi? Questo beneficio supera di gran lunga i 17 miliardi di rubli che lo Stato intende spendere entro il 2018 per la realizzazione di un veicolo di lancio con a bordo una centrale nucleare con una capacità di 1 MW. In primo luogo, si tratta di una drammatica espansione delle capacità del nostro Paese e dell’umanità in generale. Un veicolo spaziale a propulsione nucleare offre reali opportunità alle persone di realizzare cose su altri pianeti. Ora molti paesi hanno tali navi. Sono ripresi anche negli Stati Uniti nel 2003, dopo che gli americani hanno ricevuto due campioni di satelliti russi dotati di centrali nucleari.

Tuttavia, nonostante ciò, è membro della commissione speciale della NASA sui voli con equipaggio Edoardo Crowley ad esempio, ritiene che una nave per un volo internazionale su Marte dovrebbe avere motori nucleari russi. " È richiesta l'esperienza russa nello sviluppo di motori nucleari. Penso che la Russia abbia molta esperienza sia nello sviluppo di motori a razzo che nella tecnologia nucleare. Ha anche una vasta esperienza nell'adattamento umano alle condizioni spaziali, poiché i cosmonauti russi hanno effettuato voli molto lunghi "", ha detto Crowley ai giornalisti la primavera scorsa dopo una conferenza all'Università statale di Mosca sui piani americani per l'esplorazione spaziale con equipaggio.

In secondo luogo, tali navi consentono di intensificare notevolmente l'attività nello spazio vicino alla Terra e offrono una reale opportunità per iniziare la colonizzazione della Luna (esistono già progetti per la costruzione di centrali nucleari sul satellite della Terra). " Si sta prendendo in considerazione l’uso di sistemi di propulsione nucleare per grandi sistemi con equipaggio, piuttosto che per piccoli veicoli spaziali, che possono volare su altri tipi di installazioni utilizzando motori ionici o energia eolica solare. I sistemi di propulsione nucleare con motori ionici possono essere utilizzati su un rimorchiatore riutilizzabile interorbitale. Ad esempio, trasporta merci tra orbite basse e alte e vola verso gli asteroidi. Puoi creare un rimorchiatore lunare riutilizzabile o inviare una spedizione su Marte“, dice il professor Oleg Gorshkov. Navi come queste stanno cambiando radicalmente l’economia dell’esplorazione spaziale. Secondo i calcoli degli specialisti di RSC Energia, un veicolo di lancio a propulsione nucleare riduce di oltre la metà i costi di lancio di un carico utile nell'orbita lunare rispetto ai motori a razzo liquidi.

In terzo luogo, si tratta di nuovi materiali e tecnologie che verranno creati durante l'attuazione di questo progetto e poi introdotti in altri settori: metallurgia, ingegneria meccanica, ecc. Cioè, questo è uno di quei progetti rivoluzionari che possono davvero far avanzare sia l’economia russa che quella globale.