Dettagli tecnici: razzo a propulsione nucleare. Missile da crociera a propulsione nucleare

Spesso nelle pubblicazioni didattiche generali sull'astronautica non si distingue la differenza tra un motore a razzo nucleare (NRE) e un razzo nucleare installazione motore elettrico(YAEDU). Tuttavia, queste abbreviazioni nascondono non solo la differenza nei principi di conversione dell'energia nucleare in spinta del razzo, ma anche una storia molto drammatica dello sviluppo dell'astronautica.

Il dramma della storia sta nel fatto che se quelli si fermavano soprattutto di lì ragioni economiche Dal momento che la ricerca sulla propulsione nucleare e sulla propulsione nucleare è continuata sia nell'URSS che negli Stati Uniti, i voli umani su Marte sarebbero diventati da tempo un luogo comune.

Tutto è iniziato con aerei atmosferici con un motore nucleare ramjet

I progettisti negli Stati Uniti e nell’URSS consideravano gli impianti nucleari “respiranti” in grado di aspirare l’aria esterna e riscaldarla a temperature colossali. Probabilmente, questo principio di generazione della spinta è stato preso in prestito dall'aria a flusso diretto motori a reazione, solo invece carburante per razziÈ stata utilizzata l'energia di fissione dei nuclei atomici del biossido di uranio 235.

Negli Stati Uniti, un tale motore è stato sviluppato nell'ambito del progetto Plutone. Gli americani riuscirono a creare due prototipi del nuovo motore: Tory-IIA e Tory-IIC, che alimentavano persino i reattori. La capacità dell'impianto avrebbe dovuto essere di 600 megawatt.

I motori sviluppati nell'ambito del progetto Plutone dovevano essere installati su missili da crociera, che negli anni '50 furono creati con la denominazione SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, missile supersonico a bassa altitudine).

Gli Stati Uniti progettarono di costruire un razzo lungo 26,8 metri, con un diametro di tre metri e un peso di 28 tonnellate. Si supponeva che il corpo del razzo contenesse una testata nucleare e un sistema di propulsione nucleare lungo 1,6 metri e con un diametro di 1,5 metri. Rispetto ad altre dimensioni, l'impianto sembrava molto compatto, il che spiega il principio di funzionamento del flusso diretto.

Gli sviluppatori credevano che, grazie al motore nucleare, la portata di volo del missile SLAM sarebbe stata di almeno 182mila chilometri.

Nel 1964, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti chiuse il progetto. Il motivo ufficiale era che un missile da crociera motore nucleare inquina troppo tutto intorno. Ma in realtà, il motivo erano i costi significativi per la manutenzione di tali razzi, soprattutto perché a quel tempo la missilistica si stava rapidamente sviluppando sulla base di motori a razzo a propellente liquido, la cui manutenzione era molto più economica.

L'URSS rimase fedele all'idea di creare un progetto ramjet per un motore a propulsione nucleare molto più a lungo degli Stati Uniti, chiudendo il progetto solo nel 1985. Ma i risultati si sono rivelati molto più significativi. Pertanto, il primo e unico motore a razzo nucleare sovietico fu sviluppato presso l'ufficio di progettazione Khimavtomatika, Voronezh. Questo è RD-0410 (Indice GRAU - 11B91, noto anche come "Irbit" e "IR-100").

L'RD-0410 utilizzava un reattore a neutroni termici eterogeneo, il moderatore era idruro di zirconio, i riflettori di neutroni erano in berillio, il combustibile nucleare era un materiale a base di uranio e carburi di tungsteno, con arricchimento di circa l'80% nell'isotopo 235.

Il progetto prevedeva 37 gruppi di combustibile, ricoperti da un isolamento termico che li separava dal moderatore. Il progetto prevedeva che il flusso di idrogeno passasse prima attraverso il riflettore e il moderatore, mantenendo la loro temperatura a temperatura ambiente, per poi entrare nel nucleo, dove raffreddava i gruppi di combustibile, riscaldandosi fino a 3100 K. Allo stand, il riflettore e il moderatore erano raffreddato da un flusso di idrogeno separato.

Il reattore è stato sottoposto a una serie significativa di test, ma non è mai stato testato per la sua intera durata operativa. Tuttavia, i componenti esterni del reattore erano completamente esauriti.

Caratteristiche tecniche dell'RD 0410

Spinta nel vuoto: 3,59 tf (35,2 kN)
Potenza termica del reattore: 196 MW
Impulso di spinta specifico nel vuoto: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Numero di avviamenti: 10
Risorsa lavorativa: 1 ora
Componenti del carburante: fluido di lavoro - idrogeno liquido, sostanza ausiliaria - eptano
Peso s protezione dalle radiazioni: 2 tonnellate
Dimensioni motore: altezza 3,5 m, diametro 1,6 m.

Dimensioni e peso relativamente piccoli, temperatura elevata combustibile nucleare(3100 K) con un efficace sistema di raffreddamento con flusso di idrogeno indica che l'RD0410 è un prototipo quasi ideale di motore di propulsione nucleare per i moderni missili da crociera. E, considerando tecnologie moderne ottenere combustibile nucleare autobloccante, aumentare la risorsa da un'ora a diverse ore è un compito molto reale.

Progetti di motori a razzo nucleari

Il motore a razzo nucleare (NRE) è un motore a reazione in cui l'energia viene generata quando reazione nucleare decadimento o sintesi, riscalda il fluido di lavoro (il più delle volte idrogeno o ammoniaca).

Esistono tre tipi di motori a propulsione nucleare a seconda del tipo di combustibile per il reattore:

• fase solida;
• fase liquida;
• fase gassosa.

La più completa è la versione in fase solida del motore. La figura mostra uno schema del più semplice motore nucleare con un reattore a combustibile nucleare solido. Il fluido di lavoro si trova in un serbatoio esterno. Utilizzando una pompa, viene fornito alla camera del motore. Nella camera, il fluido di lavoro viene spruzzato mediante ugelli ed entra in contatto con il combustibile nucleare che genera combustibile. Una volta riscaldato, si espande e vola fuori dalla camera attraverso l'ugello a grande velocità.

Nei motori a propellente nucleare in fase gassosa, il carburante (ad esempio l'uranio) e il fluido di lavoro sono allo stato gassoso (sotto forma di plasma) e sono trattenuti nell'area di lavoro da un campo elettromagnetico. Il plasma di uranio riscaldato a decine di migliaia di gradi trasferisce calore al fluido di lavoro (ad esempio l'idrogeno), che, a sua volta, essendo riscaldato ad alte temperature forma una corrente a getto.

In base al tipo di reazione nucleare si distingue tra un motore a razzo a radioisotopi, un motore a razzo termonucleare e un motore nucleare vero e proprio (viene utilizzata l'energia della fissione nucleare).

Un'opzione interessante è anche un motore a razzo nucleare a impulsi: si propone di utilizzare una carica nucleare come fonte di energia (carburante). Tali installazioni possono essere di tipo interno ed esterno.

I principali vantaggi dei motori a propulsione nucleare sono:

• impulso specifico elevato;
• notevoli riserve energetiche;
• compattezza del sistema di propulsione;
• la possibilità di ottenere una spinta molto elevata: decine, centinaia e migliaia di tonnellate nel vuoto.

Lo svantaggio principale è l’elevato rischio di radiazioni del sistema di propulsione:

• flussi di radiazioni penetranti (radiazioni gamma, neutroni) durante le reazioni nucleari;
• rimozione dei composti altamente radioattivi dell'uranio e delle sue leghe;
• deflusso di gas radioattivi con il fluido di lavoro.

Sistema di propulsione nucleare

Considerando che è impossibile ottenere informazioni affidabili sulle centrali nucleari da pubblicazioni, compresi articoli scientifici, è meglio considerare il principio di funzionamento di tali impianti utilizzando esempi di materiali brevettati aperti, sebbene contengano know-how.

Ad esempio, l'eccezionale scienziato russo Anatoly Sazonovich Koroteev, l'autore dell'invenzione brevettata, ha fornito una soluzione tecnica per la composizione delle attrezzature per un moderno YARD. Di seguito presento parte del suddetto documento di brevetto testualmente e senza commenti.

L'essenza della soluzione tecnica proposta è illustrata dallo schema presentato nel disegno. Un sistema di propulsione nucleare che funziona in modalità energia di propulsione contiene un sistema di propulsione elettrica (EPS) (il diagramma di esempio mostra due motori a razzo elettrici 1 e 2 con i corrispondenti sistemi di alimentazione 3 e 4), un reattore 5, una turbina 6, un compressore 7, generatore 8, scambiatore-recuperatore di calore 9, tubo vortice Ranck-Hilsch 10, frigorifero-radiatore 11. In questo caso, la turbina 6, il compressore 7 e il generatore 8 sono combinati in un'unica unità: un turbogeneratore-compressore. L'unità di propulsione nucleare è dotata di tubazioni 12 del fluido di lavoro e linee elettriche 13 che collegano il generatore 8 e l'unità di propulsione elettrica. Lo scambiatore-recuperatore di calore 9 presenta i cosiddetti ingressi del fluido di lavoro ad alta temperatura 14 e bassa temperatura 15, nonché le uscite del fluido di lavoro ad alta temperatura 16 e bassa temperatura 17.

L'uscita dell'unità reattore 5 è collegata all'ingresso della turbina 6, l'uscita della turbina 6 è collegata all'ingresso ad alta temperatura 14 dello scambiatore-recuperatore di calore 9. L'uscita a bassa temperatura 15 dello scambiatore-recuperatore di calore 9 è collegato all'ingresso del tubo vortice Ranck-Hilsch 10. Il tubo vortice Ranck-Hilsch 10 ha due uscite , una delle quali (tramite il fluido di lavoro “caldo”) è collegata al frigorifero del radiatore 11, e l'altra ( tramite il fluido di lavoro “freddo”) è collegata all'ingresso del compressore 7. L'uscita del frigorifero radiatore 11 è collegata anche all'ingresso del compressore 7. L'uscita del compressore 7 è collegata all'ingresso a bassa temperatura 15 del scambiatore-recuperatore di calore 9. L'uscita ad alta temperatura 16 dello scambiatore-recuperatore di calore 9 è collegata all'ingresso dell'installazione del reattore 5. Pertanto, gli elementi principali della centrale nucleare sono interconnessi da un unico circuito del fluido di lavoro .

La centrale nucleare funziona come segue. Il fluido di lavoro riscaldato nell'impianto del reattore 5 viene inviato alla turbina 6, che garantisce il funzionamento del compressore 7 e del generatore 8 del turbogeneratore-compressore. Il generatore 8 genera energia elettrica, che viene inviato attraverso le linee elettriche 13 ai motori a razzo elettrici 1 e 2 e ai loro sistemi di alimentazione 3 e 4, garantendone il funzionamento. Dopo aver lasciato la turbina 6, il fluido di lavoro viene inviato, attraverso l'ingresso ad alta temperatura 14, allo scambiatore-recuperatore di calore 9, dove il fluido di lavoro viene parzialmente raffreddato.

Quindi, dall'uscita a bassa temperatura 17 dello scambiatore-recuperatore di calore 9, il fluido di lavoro viene indirizzato nel tubo a vortice Ranque-Hilsch 10, all'interno del quale il flusso del fluido di lavoro è suddiviso in componenti “calda” e “fredda”. La parte “calda” del fluido di lavoro va poi al frigorifero-emettitore 11, dove questa parte del fluido di lavoro viene effettivamente raffreddata. La parte “fredda” del fluido di lavoro va all'ingresso del compressore 7 e, dopo il raffreddamento, segue anche la parte del fluido di lavoro in uscita dal frigorifero radiante 11.

Il compressore 7 fornisce il fluido di lavoro raffreddato allo scambiatore-recuperatore di calore 9 attraverso l'ingresso a bassa temperatura 15. Questo fluido di lavoro raffreddato nello scambiatore-recuperatore di calore 9 fornisce un raffreddamento parziale del controflusso del fluido di lavoro che entra nello scambiatore-recuperatore di calore 9 dalla turbina 6 attraverso l'ingresso ad alta temperatura 14. Successivamente, il fluido di lavoro parzialmente riscaldato (a causa dello scambio di calore con il controflusso del fluido di lavoro proveniente dalla turbina 6) dallo scambiatore-recuperatore di calore 9 attraverso l'ingresso ad alta temperatura l'uscita 16 entra nuovamente nell'installazione del reattore 5, il ciclo si ripete nuovamente.

Pertanto, un unico fluido di lavoro situato in un circuito chiuso garantisce il funzionamento continuo della centrale nucleare e l'uso di un tubo vortice Ranque-Hilsch come parte della centrale nucleare secondo la rivendicazione soluzione tecnica fornisce un miglioramento delle caratteristiche di peso e dimensioni del sistema di propulsione nucleare, aumenta l'affidabilità del suo funzionamento, ne semplifica la progettazione e consente di aumentare l'efficienza del sistema di propulsione nucleare nel suo complesso.

Collegamenti:

Nell'URSS è stato inventato un metodo sicuro per utilizzare l'energia nucleare nello spazio e ora sono in corso i lavori per creare un'installazione nucleare basata su di esso, ha affermato direttore generale Centro scientifico statale della Federazione Russa "Centro di ricerca intitolato a Keldysh", accademico Anatoly Koroteev.

“Ora l’istituto sta lavorando attivamente in questa direzione in un’ampia cooperazione tra le imprese Roscosmos e Rosatom. E spero che a tempo debito otterremo un effetto positivo qui", ha detto martedì A. Koroteev alle annuali "Letture reali" presso l'Università tecnica statale Bauman di Mosca.

Secondo lui, il Centro Keldysh ha inventato uno schema per l'uso sicuro dell'energia nucleare spazio esterno, che permette di fare a meno delle emissioni e funziona a circuito chiuso, il che rende l'impianto sicuro anche in caso di guasto e caduta a terra.

“Questo schema riduce notevolmente il rischio di utilizzare l’energia nucleare, soprattutto considerando che uno dei punti fondamentali è il funzionamento di questo sistema in orbite superiori a 800-1000 km. Quindi, in caso di guasto, il tempo di “lampeggio” è tale da rendere sicuro il ritorno di questi elementi sulla Terra dopo un lungo periodo di tempo”, ha chiarito lo scienziato.

A. Koroteev ha detto che in precedenza l'URSS aveva già utilizzato veicoli spaziali alimentati da energia nucleare, ma che erano potenzialmente pericolosi per la Terra e quindi dovevano essere abbandonati. “L’URSS ha utilizzato l’energia nucleare nello spazio. Nello spazio c'erano 34 veicoli spaziali dotati di energia nucleare, di cui 32 sovietici e due americani", ha ricordato l'accademico.

Secondo lui, l'impianto nucleare sviluppato in Russia verrà alleggerito grazie all'uso di un sistema di raffreddamento senza telaio, nel quale il liquido refrigerante del reattore circolerà direttamente nello spazio senza tubazioni.

Ma già all’inizio degli anni ’60, i progettisti stavano prendendo in considerazione il nucleare motori a razzo come unica vera alternativa per viaggiare verso altri pianeti del sistema solare. Scopriamo la storia di questo problema.

A quel tempo era in corso la competizione tra URSS e USA, anche nello spazio in pieno svolgimento, ingegneri e scienziati entrarono nella corsa per creare un motore a propulsione nucleare e inizialmente anche i militari sostenevano il progetto del motore a razzo nucleare. All'inizio, il compito sembrava molto semplice: devi solo realizzare un reattore progettato per essere raffreddato con idrogeno anziché con acqua, collegarvi un ugello e - avanti su Marte! Gli americani sarebbero andati su Marte dieci anni dopo la Luna e non potevano nemmeno immaginare che gli astronauti l'avrebbero mai raggiunto senza motori nucleari.

Gli americani costruirono molto rapidamente il primo prototipo di reattore e lo testarono già nel luglio 1959 (si chiamavano KIWI-A). Questi test hanno semplicemente dimostrato che il reattore potrebbe essere utilizzato per riscaldare l’idrogeno. La struttura del reattore, con combustibile a base di ossido di uranio non protetto, non era adatta alle alte temperature e l'idrogeno si riscaldava solo fino a millecinquecento gradi.

Con l'aumentare dell'esperienza, la progettazione dei reattori per motori a razzo nucleari - NRE - è diventata più complessa. L'ossido di uranio è stato sostituito con un carburo più resistente al calore, inoltre è stato rivestito con carburo di niobio, ma quando ha cercato di raggiungere la temperatura di progetto, il reattore ha iniziato a collassare. Inoltre, anche in assenza di distruzione macroscopica, si è verificata la diffusione del combustibile di uranio nell’idrogeno di raffreddamento e la perdita di massa ha raggiunto il 20% entro cinque ore di funzionamento del reattore. Non è mai stato trovato un materiale in grado di funzionare a 2700-3000 0 C e di resistere alla distruzione da parte dell'idrogeno caldo.

Pertanto, gli americani decisero di sacrificare l'efficienza e incorporarono un impulso specifico nel progetto del motore di volo (spinta in chilogrammi di forza ottenuta con il rilascio di un chilogrammo di massa fluida di lavoro al secondo; l'unità di misura è un secondo). 860 secondi. Questo era il doppio della cifra corrispondente per i motori a ossigeno-idrogeno dell'epoca. Ma quando gli americani iniziarono ad avere successo, l'interesse per i voli con equipaggio era già diminuito, il programma Apollo fu ridotto e nel 1973 il progetto NERVA (questo era il nome del motore per una spedizione con equipaggio su Marte) fu finalmente chiuso. Avendo vinto la corsa lunare, gli americani non volevano organizzare una corsa marziana.

Ma la lezione appresa da una dozzina di reattori costruiti e da diverse dozzine di test effettuati è stata che gli ingegneri americani erano troppo trascinati dalle grandi dimensioni. test nucleari, piuttosto che elaborare elementi chiave senza coinvolgere la tecnologia nucleare laddove ciò possa essere evitato. E dove non è possibile, utilizzate supporti più piccoli. Gli americani hanno fatto funzionare quasi tutti i reattori a piena potenza, ma non sono riusciti a raggiungere la temperatura di progetto dell'idrogeno: il reattore ha iniziato a collassare prima. In totale, dal 1955 al 1972, furono spesi 1,4 miliardi di dollari per il programma relativo ai motori a razzo nucleare, circa il 5% del costo. programma lunare.

Sempre negli Stati Uniti è stato inventato il progetto Orion, che combinava entrambe le versioni del sistema di propulsione nucleare (a getto e a impulsi). Ciò è stato fatto nel modo seguente: piccole cariche nucleari con una capacità di circa 100 tonnellate di TNT sono state espulse dalla coda della nave. Dopo di loro venivano sparati dischi di metallo. A distanza dalla nave, la carica fu fatta esplodere, il disco evaporò e la sostanza si disperse all'interno lati diversi. Una parte cadde nella sezione di coda rinforzata della nave e la spostò in avanti. Un piccolo aumento della spinta avrebbe dovuto essere fornito dall'evaporazione della piastra che subisce i colpi. Allora il costo unitario di un volo del genere avrebbe dovuto essere solo 150 dollari per chilogrammo di carico utile.

Si è arrivati ​​​​anche al punto della prova: l'esperienza ha dimostrato che il movimento con l'aiuto di impulsi successivi è possibile, così come la creazione di una piastra di poppa sufficientemente resistente. Ma il progetto Orion fu chiuso nel 1965 in quanto poco promettente. Tuttavia, questo è finora l’unico concetto esistente che può consentire spedizioni almeno attraverso il sistema solare.

Nella prima metà degli anni '60, gli ingegneri sovietici consideravano la spedizione su Marte come una logica continuazione del programma allora sviluppato di volo con equipaggio sulla Luna. Sulla scia dell'eccitazione causata dalla priorità dell'URSS nello spazio, anche problemi così complessi furono valutati con crescente ottimismo.

Uno dei problemi più importanti era (e rimane ancora oggi) il problema dell'alimentazione elettrica. Era chiaro che i motori a razzo a propellente liquido, anche quelli promettenti a ossigeno-idrogeno, potevano, in linea di principio, fornire un volo con equipaggio su Marte, quindi solo con enormi masse di lancio del complesso interplanetario, con un gran numero di attracchi di singoli blocchi in l'assemblaggio dell'orbita terrestre bassa.

Cercando soluzioni ottimali Scienziati e ingegneri si sono rivolti all'energia nucleare, esaminando gradualmente questo problema più da vicino.

In URSS, la ricerca sui problemi legati all'utilizzo dell'energia nucleare nella tecnologia missilistica e spaziale è iniziata nella seconda metà degli anni '50, ancor prima del lancio dei primi satelliti. Piccoli gruppi di appassionati emersero in diversi istituti di ricerca con l'obiettivo di creare motori nucleari e centrali elettriche per missili e spaziali.

I progettisti dell'OKB-11 S.P. Korolev, insieme agli specialisti dell'NII-12 sotto la guida di V.Ya Likhushin, hanno considerato diverse opzioni per i razzi spaziali e da combattimento (!) dotati di motori a razzo nucleare (NRE). Come fluido di lavoro sono stati valutati l'acqua e i gas liquefatti - idrogeno, ammoniaca e metano.

La prospettiva era promettente; gradualmente l'opera trovò comprensione e sostegno finanziario nel governo dell'URSS.

Già la primissima analisi ha mostrato che tra i molti possibili schemi di sistemi di propulsione nucleare spaziale (NPS), tre hanno le maggiori prospettive:

• con un reattore nucleare in fase solida;
• con un reattore nucleare in fase gassosa;
• sistemi di propulsione a razzo elettronucleare.

Gli schemi erano fondamentalmente diversi; Per ciascuno di essi sono state delineate diverse opzioni per lo sviluppo del lavoro teorico e sperimentale.

Il più vicino all'implementazione sembrava essere un motore di propulsione nucleare in fase solida. L'impulso per lo sviluppo del lavoro in questa direzione è stato fornito da sviluppi simili condotti negli Stati Uniti dal 1955 nell'ambito del programma ROVER, nonché dalle prospettive (come sembrava allora) di creare un aereo bombardiere intercontinentale domestico con propulsione nucleare sistema.

Un motore di propulsione nucleare in fase solida funziona come un motore a flusso diretto. L'idrogeno liquido entra nella parte dell'ugello, raffredda il contenitore del reattore, i gruppi di combustibile (FA), il moderatore, quindi si gira ed entra nell'FA, dove si riscalda fino a 3000 K e viene lanciato nell'ugello, accelerando ad alta velocità.

I principi di funzionamento del sistema di propulsione nucleare non erano in dubbio. Tuttavia, il suo design (e le sue caratteristiche) dipendevano in gran parte dal “cuore” del motore – il reattore nucleare ed erano determinati, prima di tutto, dal suo “riempimento” – il nucleo.

Gli sviluppatori dei primi motori di propulsione nucleare americani (e sovietici) sostenevano un reattore omogeneo con un nucleo di grafite. Il lavoro del gruppo di ricerca su nuovi tipi di combustibili ad alta temperatura, creato nel 1958 nel laboratorio n. 21 (diretto da G.A. Meerson) di NII-93 (direttore A.A. Bochvar), procedette in qualche modo separatamente. Influenzato dai lavori in corso a quel tempo su un reattore aereo (un nido d'ape fatto di ossido di berillio), il gruppo fece dei tentativi (sempre esplorativi) per ottenere materiali a base di silicio e carburo di zirconio resistenti all'ossidazione.

Secondo le memorie di R.B. Kotelnikov, un dipendente della NII-9, nella primavera del 1958, il capo del laboratorio n. 21 ebbe un incontro con un rappresentante della NII-1 V.N. Ha detto che come materiale principale per gli elementi di combustibile (barre di combustibile) del reattore nel loro istituto (a proposito, a quel tempo il capo dell'industria missilistica; capo dell'istituto V.Ya. Likhushin, direttore scientifico M.V. Keldysh, capo del laboratorio V.M. .Ievlev) usano la grafite. In particolare, hanno già imparato come applicare rivestimenti ai campioni per proteggerli dall'idrogeno. NII-9 ha proposto di considerare la possibilità di utilizzare i carburi UC-ZrC come base per gli elementi combustibili.

Dopo breve tempo Apparve un altro cliente per le barre di combustibile: il Design Bureau di M.M Bondaryuk, che gareggiava ideologicamente con NII-1. Se quest'ultimo rappresentava un design multicanale a blocchi, il Design Bureau di M.M Bondaryuk si è diretto verso una versione con piastra pieghevole, concentrandosi sulla facilità di lavorazione della grafite e non essendo imbarazzato dalla complessità delle parti - spesse un millimetro. piatti con le stesse nervature. I carburi sono molto più difficili da lavorare; a quel tempo era impossibile ricavarne parti come blocchi e piastre multicanale. È diventata chiara la necessità di creare qualche altro design corrispondente alle specifiche dei carburi.

Fu ritrovato tra la fine del 1959 e l'inizio del 1960 condizione decisiva per barre di combustibile YARD è un tipo di nucleo per barre che soddisfa i clienti: Likhushin Research Institute e Bondaryuk Design Bureau. Per loro, il progetto di un reattore eterogeneo a neutroni termici era giustificato come quello principale; i suoi principali vantaggi (rispetto al reattore alternativo in grafite omogenea) sono:

• è possibile utilizzare un moderatore contenente idrogeno a bassa temperatura, che consente di creare motori di propulsione nucleare con elevata perfezione di massa;
• è possibile sviluppare un prototipo di piccole dimensioni di un motore a propulsione nucleare con una spinta di circa 30...50 kN con un elevato grado di continuità per motori e sistemi di propulsione nucleare di prossima generazione;
• è possibile utilizzare ampiamente carburi refrattari nelle barre di combustibile e in altre parti della struttura del reattore, il che consente di massimizzare la temperatura di riscaldamento del fluido di lavoro e fornire un maggiore impulso specifico;
• è possibile testare autonomamente, elemento per elemento, i principali componenti e sistemi del sistema di propulsione nucleare (NPP), quali gruppi di combustibile, moderatore, riflettore, unità turbopompa (TPU), sistema di controllo, ugello, ecc.; ciò consente di eseguire i test in parallelo, riducendo la quantità di costosi e complessi test della centrale nel suo complesso.

Intorno al 1962-1963 Il lavoro sul problema della propulsione nucleare è stato guidato da NII-1, che dispone di una potente base sperimentale e di personale eccellente. Mancavano solo la tecnologia dell’uranio e gli scienziati nucleari. Con il coinvolgimento di NII-9, e poi IPPE, si formò una cooperazione, che prese come ideologia la creazione di una spinta minima (circa 3,6 tf), ma un motore estivo "reale" con un reattore "diretto" IR- 100 (test o ricerca, 100 MW, capo progettista - Yu.A. Treskin). Supportati dalle normative governative, NII-1 ha costruito supporti ad arco elettrico che hanno invariabilmente stupito l'immaginazione: dozzine di cilindri alti 6-8 m, enormi camere orizzontali con una potenza di oltre 80 kW, vetri blindati in scatole. I partecipanti all'incontro sono stati ispirati da poster colorati con piani di volo sulla Luna, Marte, ecc. Si presumeva che nel processo di creazione e test del motore di propulsione nucleare, i problemi di progettazione, tecnologici e fisici sarebbero stati risolti.

Secondo R. Kotelnikov, purtroppo la questione è stata complicata dalla posizione non molto chiara degli scienziati missilistici. Il Ministero dell'Ingegneria Generale (MOM) ha avuto grandi difficoltà nel finanziare il programma di test e la costruzione della base del banco di prova. Sembrava che l’OIM non avesse il desiderio o la capacità di portare avanti il ​​programma NRD.

Alla fine degli anni '60, il supporto ai concorrenti del NII-1 - IAE, PNITI e NII-8 - era molto più serio. Il Ministero dell'ingegneria media ("scienziati nucleari") ha sostenuto attivamente il loro sviluppo; il reattore “loop” IVG (con un nucleo e gruppi di canali centrali a forma di barra sviluppati da NII-9) venne alla ribalta all'inizio degli anni '70; lì sono iniziati i test sui gruppi di carburante.

Ora, 30 anni dopo, sembra che la linea IAE fosse più corretta: prima - un circuito "terreno" affidabile - test di barre e assemblaggi di combustibile, e poi la creazione di un motore di propulsione nucleare di volo della potenza richiesta. Ma poi sembrava che fosse possibile realizzare molto rapidamente un vero motore, anche se piccolo... Tuttavia, poiché la vita ha dimostrato che non esisteva alcuna necessità oggettiva (e nemmeno soggettiva) di un tale motore (possiamo anche aggiungere a questo che la serietà aspetti negativi in questo ambito, ad esempio, gli accordi internazionali in materia ordigni nucleari nello spazio, è stato inizialmente molto sottovalutato), poi il programma fondamentale, i cui obiettivi non erano ristretti e specifici, si è rivelato corrispondentemente più corretto e produttivo.

Il 1 luglio 1965 fu rivisto il progetto preliminare del reattore IR-20-100. Il culmine è stato il rilascio del progetto tecnico dei gruppi di carburante IR-100 (1967), costituiti da 100 aste (UC-ZrC-NbC e UC-ZrC-C per le sezioni di ingresso e UC-ZrC-NbC per l'uscita) . NII-9 era pronto a produrre un grande lotto di elementi fondamentali per il futuro nucleo IR-100. Il progetto fu molto progressista: dopo circa 10 anni, praticamente senza modifiche significative, venne utilizzato nell'ambito dell'apparato 11B91, e ancora oggi tutte le principali soluzioni sono conservate in assiemi di reattori simili per altri scopi, con un grado di calcolo e di giustificazione sperimentale completamente diverso.

La parte "razzo" del primo RD-0410 nucleare domestico è stata sviluppata presso il Voronezh Design Bureau of Chemical Automation (KBHA), la parte "reattore" (reattore a neutroni e questioni di sicurezza contro le radiazioni) - dall'Istituto di fisica ed energia (Obninsk ) e l'Istituto Kurchatov per l'energia atomica.

KBHA è nota per il suo lavoro nel campo dei motori a razzo a propellente liquido missili balistici, KA e RN. Qui sono stati sviluppati circa 60 campioni, 30 dei quali sono stati portati alla produzione di massa. Nel 1986, KBHA aveva creato il motore a ossigeno-idrogeno a camera singola più potente del paese RD-0120 con una spinta di 200 tf, che veniva utilizzato come motore di propulsione nel secondo stadio del complesso Energia-Buran. Nuclear RD-0410 è stato creato in collaborazione con molte imprese di difesa, uffici di progettazione e istituti di ricerca.

Secondo il concetto accettato, l'idrogeno liquido e l'esano (un additivo inibitorio che riduce l'idrogenazione dei carburi e aumenta la durata degli elementi combustibili) sono stati forniti utilizzando un TNA in un reattore a neutroni termici eterogeneo con gruppi di combustibile circondati da un moderatore di idruro di zirconio. I loro gusci erano raffreddati con idrogeno. Il riflettore aveva azionamenti per la rotazione degli elementi di assorbimento (cilindri di carburo di boro). La pompa comprendeva una pompa centrifuga a tre stadi e una turbina assiale a stadio singolo.

In cinque anni, dal 1966 al 1971, furono gettate le basi della tecnologia dei motori a reattore e pochi anni dopo fu messa in funzione una potente base sperimentale chiamata “spedizione n. 10”, successivamente la spedizione sperimentale della NPO “Luch” a il sito dei test nucleari di Semipalatinsk.
Particolari difficoltà sono state incontrate durante i test. Era impossibile utilizzare supporti convenzionali per lanciare un motore a razzo nucleare su vasta scala a causa delle radiazioni. Si decise di testare il reattore nel sito dei test nucleari di Semipalatinsk e la “parte del razzo” a NIIkhimmash (Zagorsk, ora Sergiev Posad).

Per studiare i processi intracamera sono stati eseguiti più di 250 test su 30 “motori freddi” (senza reattore). Come modello elemento riscaldanteè stata utilizzata la camera di combustione del motore a razzo a propellente liquido ossigeno-idrogeno 11D56 sviluppato da KBkhimmash (capo progettista - A.M. Isaev). Tempo massimo il tempo di funzionamento è stato di 13mila secondi con una risorsa dichiarata di 3600 secondi.

Per testare il reattore nel sito di test di Semipalatinsk, sono stati costruiti due pozzi speciali con locali di servizio sotterranei. Uno dei pozzi era collegato a un serbatoio sotterraneo per il gas idrogeno compresso. L'uso dell'idrogeno liquido è stato abbandonato per ragioni finanziarie.

Nel 1976 fu effettuata la prima accensione del reattore IVG-1. Allo stesso tempo, l'OE creò uno stand per testare la versione "propulsione" del reattore IR-100, e pochi anni dopo fu testato a diverse potenze (uno degli IR-100 fu successivamente convertito in un reattore a bassa potenza reattore per la ricerca sulla scienza dei materiali, che è ancora in funzione).

Prima del lancio sperimentale, il reattore è stato calato nel pozzo utilizzando una gru a portale montata in superficie. Dopo aver avviato il reattore, l'idrogeno è entrato nella "caldaia" dal basso, si è riscaldato fino a 3000 K ed è esploso dal pozzo in un flusso infuocato. Nonostante la radioattività insignificante dei gas fuoriusciti, durante il giorno non era consentito trovarsi all'esterno nel raggio di un chilometro e mezzo dal sito del test. È stato impossibile avvicinarsi alla miniera stessa per un mese. Un tunnel sotterraneo di un chilometro e mezzo conduceva dalla zona sicura prima a un bunker e da lì a un altro, situato vicino alle miniere. Gli specialisti si muovevano lungo questi “corridoi” unici.

Ievlev Vitaly Mikhailovich

I risultati degli esperimenti condotti con il reattore nel 1978-1981 hanno confermato la correttezza delle soluzioni progettuali. In linea di principio, è stato creato YARD. Tutto ciò che restava da fare era collegare le due parti e condurre test approfonditi.

Intorno al 1985, l'RD-0410 (secondo un diverso sistema di designazione 11B91) avrebbe potuto effettuare il suo primo volo spaziale. Ma per questo era necessario svilupparsi blocco in accelerazione basato su di esso. Sfortunatamente, questo lavoro non è stato ordinato a nessun ufficio di progettazione spaziale e le ragioni sono molte. La principale è la cosiddetta Perestrojka. Passi avventati portarono al fatto che l'intera industria spaziale si trovò immediatamente "in disgrazia" e nel 1988 i lavori sulla propulsione nucleare nell'URSS (allora l'URSS esisteva ancora) furono interrotti. Ciò non accadde per problemi tecnici, ma per ragioni ideologiche momentanee. E nel 1990 morì ispiratore ideologico programmi di propulsione nucleare nell'URSS Vitaly Mikhailovich Ievlev...

Quali grandi successi hanno ottenuto gli sviluppatori nella creazione del sistema di propulsione nucleare “A”?

Sono stati effettuati più di una dozzina e mezza di test su vasta scala presso il reattore IVG-1 e sono stati ottenuti i seguenti risultati: temperatura massima dell'idrogeno - 3100 K, impulso specifico - 925 sec, rilascio di calore specifico fino a 10 MW/l , risorsa condivisa più di 4000 sec con 10 avviamenti consecutivi del reattore. Questi risultati superano significativamente i risultati americani nelle zone di grafite.

Va notato che durante l'intero periodo di prova del motore a propulsione nucleare, nonostante lo scarico aperto, la resa dei frammenti di fissione radioattiva non ha superato standard accettabili né nel luogo del test né al di fuori di esso e non è stato registrato nel territorio degli Stati confinanti.

Il risultato più importante del lavoro è stata la creazione di tecnologia domestica per tali reattori, la produzione di nuovi materiali refrattari e il fatto di creare un motore a reattore ha dato origine a una serie di nuovi progetti e idee.

Sebbene l’ulteriore sviluppo di tali motori a propulsione nucleare sia stato sospeso, i risultati ottenuti sono unici non solo nel nostro paese, ma anche nel mondo. Ciò è stato più volte confermato negli ultimi anni nei simposi internazionali sull'energia spaziale, nonché negli incontri di specialisti nazionali e americani (in quest'ultimo è stato riconosciuto che il supporto del reattore IVG è oggi l'unico apparato di prova operativo al mondo, che può svolgono un ruolo importante nello sviluppo sperimentale degli FA e delle centrali nucleari).

fonti
http://newsreaders.ru
http://marsiada.ru
http://vpk-news.ru/news/14241

L'articolo originale è sul sito InfoGlaz.rf Link all'articolo da cui è stata realizzata questa copia -

Il motore a razzo nucleare è un motore a razzo il cui principio di funzionamento si basa su una reazione nucleare o decadimento radioattivo, in questo caso, viene rilasciata energia che riscalda il fluido di lavoro, che può essere un prodotto di reazione o qualche altra sostanza, come l'idrogeno.

Diamo un'occhiata alle opzioni e ai principi dell'azione...

Esistono diversi tipi di motori a razzo che utilizzano il principio di funzionamento sopra descritto: nucleare, radioisotopico, termonucleare. Utilizzando motori a razzo nucleari, è possibile ottenere valori di impulso specifici significativamente superiori a quelli ottenibili con motori a razzo chimici. Alto valore viene spiegato l'impulso specifico ad alta velocità il deflusso del fluido di lavoro è di circa 8-50 km/s. La forza di spinta di un motore nucleare è paragonabile a quella dei motori chimici, il che consentirà in futuro di sostituire tutti i motori chimici con motori nucleari.

L’ostacolo principale alla completa sostituzione è la contaminazione radioattiva ambiente, che è causato dai motori a razzo nucleari.

Sono divisi in due tipi: fase solida e fase gassosa. Nel primo tipo di motori, il materiale fissile viene posto in gruppi di aste con una superficie sviluppata. Ciò consente di riscaldare efficacemente un fluido di lavoro gassoso, solitamente l'idrogeno funge da fluido di lavoro. La velocità di scarico è limitata dalla temperatura massima del fluido di lavoro, che, a sua volta, dipende direttamente dalla temperatura massima consentita degli elementi strutturali e non supera i 3000 K. Nei motori a razzo nucleari in fase gassosa, la sostanza fissile è allo stato gassoso. La sua permanenza nell'area di lavoro avviene attraverso l'influenza di un campo elettromagnetico. Per questo tipo di motori a razzo nucleari, gli elementi strutturali non sono un fattore limitante, quindi la velocità di scarico del fluido di lavoro può superare i 30 km/s. Possono essere utilizzati come motori di primo stadio, nonostante la fuoriuscita di materiale fissile.

Negli anni '70 XX secolo Negli Stati Uniti e nell'Unione Sovietica furono testati attivamente motori a razzo nucleari con materia fissile in fase solida. Negli Stati Uniti è stato sviluppato un programma per creare un motore a razzo nucleare sperimentale come parte del programma NERVA.

Gli americani svilupparono un reattore di grafite raffreddato da idrogeno liquido, che veniva riscaldato, evaporato ed espulso attraverso un ugello di un razzo. La scelta della grafite è dovuta alla sua resistenza alla temperatura. Secondo questo progetto, l'impulso specifico del motore risultante avrebbe dovuto essere il doppio del valore corrispondente caratteristico dei motori chimici, con una spinta di 1100 kN. Il reattore Nerva avrebbe dovuto funzionare come parte del terzo stadio del veicolo di lancio Saturn V, ma a causa della chiusura del programma lunare e della mancanza di altri compiti per i motori a razzo di questa classe, il reattore non è mai stato testato nella pratica.

Un motore a razzo nucleare in fase gassosa è attualmente in fase di sviluppo teorico. Un motore nucleare in fase gassosa prevede l’utilizzo del plutonio, il cui flusso di gas a movimento lento è circondato da un flusso più veloce di idrogeno di raffreddamento. Su orbitale stazioni spaziali MIR e ISS hanno condotto esperimenti che potrebbero dare impulso ulteriore sviluppo motori in fase gassosa.

Oggi possiamo dire che la Russia ha leggermente “congelato” le sue ricerche nel campo dei sistemi di propulsione nucleare. Il lavoro degli scienziati russi si concentra maggiormente sullo sviluppo e sul miglioramento dei componenti e degli assemblaggi di base delle centrali nucleari, nonché sulla loro unificazione. La direzione prioritaria per ulteriori ricerche in questo settore è la creazione di sistemi di propulsione nucleare in grado di funzionare in due modalità. La prima è la modalità del motore a razzo nucleare e la seconda è la modalità di installazione per generare elettricità per alimentare le apparecchiature installate a bordo del veicolo spaziale.

Un motore a razzo in cui il fluido di lavoro è una sostanza (ad esempio l'idrogeno) riscaldata dall'energia rilasciata durante una reazione nucleare o un decadimento radioattivo, oppure direttamente i prodotti di queste reazioni. Distinguere... ... Grande dizionario enciclopedico

Un motore a razzo in cui il fluido di lavoro è una sostanza (ad esempio l'idrogeno) riscaldata dall'energia rilasciata durante una reazione nucleare o un decadimento radioattivo, oppure direttamente i prodotti di queste reazioni. Situato in... ... Dizionario enciclopedico

motore a razzo nucleare- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas

- (Nuclear Jet) un motore a razzo in cui la spinta viene creata a causa dell'energia rilasciata durante il decadimento radioattivo o una reazione nucleare. In base al tipo di reazione nucleare che avviene nel motore nucleare, si distingue un motore a razzo a radioisotopi... ...

- (YARD) motore a razzo, in cui la fonte di energia è il combustibile nucleare. In un motore a propulsione nucleare con un reattore nucleare. Il calore del toro rilasciato a seguito di una reazione a catena nucleare viene trasferito al fluido di lavoro (ad esempio idrogeno). Nucleo del reattore nucleare... ...

Questo articolo dovrebbe essere Wikificato. Si prega di formattarlo secondo le regole di formattazione dell'articolo. Motore a razzo nucleare che utilizza una soluzione omogenea di sali di combustibile nucleare (inglese... Wikipedia

Il 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. In realtà sono reattivi (riscaldano il fluido di lavoro in un reattore nucleare e rilasciano gas attraverso... ... Wikipedia

Un motore a reazione, la cui fonte di energia e fluido di lavoro si trova nel veicolo stesso. Il motore a razzo è l'unico praticamente padroneggiato per lanciare un carico utile in orbita di un satellite artificiale terrestre e per l'uso in ... ... Wikipedia

- (RD) Un motore a reazione che utilizza per il suo funzionamento solo sostanze e fonti di energia disponibili in riserva su un veicolo in movimento (aeromobile, terrestre, subacqueo). Pertanto, a differenza dei motori a getto d'aria (vedi... ... Grande Enciclopedia Sovietica

Motore a razzo isotopico, un motore a razzo nucleare che utilizza l'energia di decadimento degli isotopi chimici radioattivi. elementi. Questa energia serve a riscaldare il fluido di lavoro, ovvero il fluido di lavoro sono i prodotti stessi della decomposizione, formando... ... Grande Dizionario Enciclopedico Politecnico

© Oksana Viktorova/Collage/Ridus

La dichiarazione di Vladimir Putin nel suo discorso all'Assemblea federale sulla presenza in Russia di un missile da crociera azionato da un motore nucleare ha suscitato entusiasmo nella società e nei media. Allo stesso tempo, fino a poco tempo fa, sia il grande pubblico che gli specialisti sapevano molto poco su cosa fosse un motore del genere e sulle possibilità del suo utilizzo.

"Reedus" ha cercato di capire cosa dispositivo tecnico il presidente poteva parlare e cosa lo rendeva unico.

Considerando che la presentazione del Maneggio non è rivolta ad un pubblico di specialisti tecnici, ma al pubblico “generale”, i suoi autori avrebbero potuto consentire una certa sostituzione di concetti, il vicedirettore dell'Istituto non esclude fisica nucleare e tecnologie dell'Università Nazionale di Ricerca Nucleare MEPhI Georgiy Tikhomirov.

“Ciò che il presidente ha detto e mostrato è ciò che gli esperti chiamano compatto centrali elettriche, esperimenti con i quali furono condotti inizialmente nel settore dell'aviazione e poi durante l'esplorazione dello spazio profondo. Questi erano tentativi di risolvere il problema insolubile di una scorta sufficiente di carburante quando si volava su distanze illimitate. In questo senso, la presentazione è del tutto corretta: la presenza di un tale motore garantisce un'alimentazione arbitraria per i sistemi di un razzo o qualsiasi altro dispositivo per molto tempo", ha detto a Reedus.

Il lavoro con un tale motore in URSS è iniziato esattamente 60 anni fa sotto la guida degli accademici M. Keldysh, I. Kurchatov e S. Korolev. Negli stessi anni un lavoro simile fu svolto negli Stati Uniti, ma fu interrotto nel 1965. In URSS il lavoro continuò per circa un altro decennio prima di essere anch’esso considerato irrilevante. Forse è per questo che Washington non ha reagito troppo, dichiarando di non essere sorpresa dalla presentazione del missile russo.

In Russia, l'idea di un motore nucleare non è mai morta: in particolare, dal 2009 è in corso lo sviluppo pratico di un tale impianto. A giudicare dai tempi, i test annunciati dal presidente si adattano perfettamente a questo progetto congiunto di Roscosmos e Rosatom, poiché gli sviluppatori hanno pianificato di condurre test sul campo del motore nel 2018. Forse, per motivi politici, si sono spinti un po’ oltre e hanno spostato le scadenze “a sinistra”.

“Tecnologicamente è progettato in modo tale che l’unità nucleare riscaldi il gas refrigerante. E questo gas riscaldato fa ruotare la turbina o crea direttamente la spinta del getto. Una certa astuzia nella presentazione del razzo che abbiamo sentito è che la sua autonomia di volo non è infinita: è limitata dal volume del fluido di lavoro - gas liquido, che può essere fisicamente pompato nei serbatoi del razzo", dice lo specialista.

Allo stesso tempo, un razzo spaziale e un missile da crociera hanno schemi di controllo del volo fondamentalmente diversi, poiché hanno compiti diversi. Il primo vola nello spazio senz'aria, non ha bisogno di manovrare: è sufficiente dargli l'impulso iniziale, quindi si muove lungo la traiettoria balistica calcolata.

Un missile da crociera, invece, deve cambiare continuamente la sua traiettoria, per cui deve avere una scorta sufficiente di carburante per creare impulsi. In questo caso non è importante se questo combustibile verrà acceso da una centrale nucleare o da una tradizionale. L’unica cosa che conta è la fornitura di questo carburante, sottolinea Tikhomirov.

“Il significato di un’installazione nucleare quando si vola in aereo spazio profondo- si tratta della presenza a bordo di una fonte di energia per alimentare i sistemi del dispositivo per un tempo illimitato. Allo stesso tempo, potrebbe non essere solo così reattore nucleare, ma anche generatori termoelettrici a radioisotopi. Ma il significato di una tale installazione su un razzo, il cui volo non durerà più di qualche decina di minuti, non mi è ancora del tutto chiaro”, ammette il fisico.

Il rapporto Manege era in ritardo solo di un paio di settimane rispetto alla dichiarazione della NASA del 15 febbraio secondo cui gli americani stavano riprendendo il lavoro di ricerca su un motore a razzo nucleare, che avevano abbandonato mezzo secolo fa.

A proposito, nel novembre 2017, la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) ha annunciato che entro il 2045 veicolo spaziale su un motore nucleare. Pertanto, oggi possiamo tranquillamente affermare che la corsa globale alla propulsione nucleare è iniziata.