I motori a razzo liquidi hanno permesso agli esseri umani di andare nello spazio, in orbite vicine alla Terra. Ma la velocità del getto in un motore a razzo a propellente liquido non supera i 4,5 km/s, e per i voli verso altri pianeti sono necessarie decine di chilometri al secondo. Una possibile soluzione è utilizzare l’energia delle reazioni nucleari.

La creazione pratica dei motori a razzo nucleare (NRE) è stata effettuata solo dall'URSS e dagli Stati Uniti. Nel 1955, gli Stati Uniti iniziarono ad attuare il programma Rover per sviluppare un motore a razzo nucleare per veicoli spaziali. Tre anni dopo, nel 1958, la NASA fu coinvolta nel progetto, che stabiliva un compito specifico per le navi con motori a propulsione nucleare: un volo sulla Luna e su Marte. Da quel momento in poi il programma cominciò a chiamarsi NERVA, che sta per “motore nucleare per installazione su razzi”.

Verso la metà degli anni '70, nell'ambito di questo programma, si prevedeva di progettare un motore a razzo nucleare con una spinta di circa 30 tonnellate (per confronto, la spinta tipica dei motori a razzo liquido di quel tempo era di circa 700 tonnellate), ma con una velocità di scarico del gas di 8,1 km/s. Tuttavia, nel 1973, il programma fu chiuso a causa dello spostamento degli interessi statunitensi verso lo Space Shuttle.

In URSS, la progettazione dei primi motori a propulsione nucleare fu effettuata nella seconda metà degli anni '50. Allo stesso tempo, i progettisti sovietici, invece di creare un modello in scala reale, iniziarono a realizzare parti separate del motore a propulsione nucleare. E poi questi sviluppi sono stati testati in interazione con un reattore a grafite pulsata (IGR) appositamente sviluppato.

Negli anni '70 e '80 del secolo scorso, il Salyut Design Bureau, il Khimavtomatiki Design Bureau e la Luch NPO crearono progetti di motori di propulsione nucleare spaziale RD-0411 e RD-0410 con una spinta rispettivamente di 40 e 3,6 tonnellate. Durante il processo di progettazione sono stati realizzati un reattore, un motore freddo e un prototipo da banco per i test.

Nel luglio 1961, l'accademico sovietico Andrei Sakharov annunciò il progetto di esplosione nucleare in una riunione dei principali scienziati nucleari al Cremlino. Il blaster aveva motori a razzo liquidi convenzionali per il decollo, ma nello spazio avrebbe dovuto far esplodere piccole cariche nucleari. I prodotti di fissione generati durante l'esplosione trasferirono la loro quantità di moto alla nave, facendola volare. Tuttavia, il 5 agosto 1963, a Mosca fu firmato un accordo sul divieto dei test armi nucleari nell'atmosfera, nello spazio e sott'acqua. Questo è stato il motivo della chiusura del programma di esplosione nucleare.

È possibile che lo sviluppo dei motori a propulsione nucleare fosse in anticipo sui tempi. Tuttavia, non erano troppo prematuri. Dopotutto, la preparazione per un volo con equipaggio verso altri pianeti dura diversi decenni e i sistemi di propulsione devono essere preparati in anticipo.

Progettazione di motori a razzo nucleare

Un motore a razzo nucleare (NRE) è un motore a reazione in cui l'energia generata durante una reazione di decadimento o fusione nucleare riscalda il fluido di lavoro (molto spesso 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.

Il più completo è fase solida opzione 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.

Fase liquida — combustibile nucleare nel nocciolo del reattore di tale motore è in forma liquida. I parametri di trazione di tali motori sono superiori a quelli dei motori in fase solida a causa della maggiore temperatura del reattore.

IN fase gassosa Il carburante NRE (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.

Pertanto lanciatevi motore nucleare inaccettabile per i lanci dalla superficie terrestre a causa del rischio di contaminazione radioattiva.

Nell'URSS è stato inventato un modo sicuro per utilizzare l'energia nucleare nello spazio e ora si sta lavorando per creare un impianto nucleare basato su di esso, ha affermato il direttore generale dello Stato centro scientifico 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 nello spazio, che permette di fare a meno delle emissioni e funziona in un circuito chiuso, che rende l'impianto sicuro anche se si guasta e cade sulla 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 consideravano i motori a razzo nucleari come l’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 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 del motore nucleare a razzo, circa il 5% del costo del 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 in diverse direzioni. 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 carico utile.

Si è arrivati ​​addirittura ai test: 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'entusiasmo suscitato 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; A poco a poco, il lavoro trovò comprensione e sostegno finanziario nel governo dell'URSS.

Già la primissima analisi ha mostrato che tra i tanti possibili schemi di sistemi di propulsione nucleare spaziale (NSPS), 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 alte velocità.

I principi di funzionamento del motore 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 all'epoca su un reattore aereo (un nido d'ape 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. Disse che come materiale principale per gli elementi combustibili (barre di combustibile) del reattore nel loro istituto (a proposito, a quel tempo il principale nell'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 poco 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.

Alla fine del 1959 - inizio del 1960, fu trovata la condizione decisiva per le barre di combustibile NRE - un nucleo del tipo a barra, che soddisfaceva i clienti - il Likhushin Research Institute e il 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 "a flusso 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 velocemente 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 (a questo possiamo anche aggiungere che la gravità degli aspetti negativi di questa direzione, 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 propellente liquido per missili balistici, veicoli spaziali e veicoli di lancio. 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. Il nucleare 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 un modello termosifoneÈ stata utilizzata la camera di combustione del motore a razzo 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 sul 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 totale superiore a 4000 secondi 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 ulteriori sviluppi tali motori a propulsione nucleare sono stati sospesi, 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 -

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 carburante 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 per sviluppare velocità sufficientemente elevate e, di conseguenza, grandi riserve di carburante o, come è consuetudine in astronautica, il necessario grandi valori Numero di Tsiolkovsky, cioè il rapporto tra la massa di un razzo alimentato e la massa di un razzo vuoto. Pertanto, il veicolo di lancio Energia, che lancia 100 tonnellate di carico utile in orbita bassa, 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 funzionanti 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. SU stazioni spaziali Anche i motori a razzo più semplici funzionanti con gas compressi sono ampiamente utilizzati nei dispositivi. 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 per i 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 possibili. 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, nel forno di una caldaia a vapore, ovunque si verifichi la combustione, l'ossigeno atmosferico assume la parte più attiva. 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. Come agente ossidante vengono utilizzati 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 Sebbene nella descrizione proposta prevalgano ancora i motori a razzo liquidi, va detto che il primo motore a razzo termochimico che utilizza combustibile solido è stato creato nella storia dell'umanità. Il motore a razzo a combustibile solido, ad esempio polvere da sparo speciale, si trova direttamente nella camera di combustione. La camera di combustione con un ugello a getto è riempita di combustibile solido: questa è l'intera struttura. La modalità di combustione del propellente solido dipende dallo scopo il motore a razzo a propellente solido (di lancio, di sostegno o combinato). Gli affari militari sono caratterizzati dalla presenza di motori di lancio e di propulsione. Il motore a razzo a propellente solido sviluppa per un tempo molto breve una spinta elevata, necessaria per il lancio del razzo. 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 solido non presentano molti vantaggi rispetto ai motori a combustibile liquido: sono facili da produrre, a lungo può essere immagazzinato, sempre pronto all'azione, 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 norma, sono necessari 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 di volo creata strati superiori atmosfera e 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 nucleari, in cui il materiale fissile è allo stato liquido, gassoso o addirittura plasma, ma l'implementazione di tali progetti è difficile. livello moderno la tecnologia e la tecnologia non sono realistiche. 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 permettano al motore di sviluppare una maggiore forza di 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 quando viene 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; In tali motori, come fluido di lavoro, non solo l'acqua può essere utilizzata, 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 tramite 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 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 - 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 legame chimico gli atomi nelle molecole sono molte volte inferiori all'energia di 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 del programma Rover fu trasferito dall'aeronautica degli Stati Uniti alla neonata National Aeronautics and Space Administration (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 per i test a grandezza naturale dei motori nucleari “Baikal-1” 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 nel quadro 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 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 di una sostanza chimica bicomponente esaurita carburante per missili(kerosene-ossigeno, idrogeno-ossigeno) di 3-4 volte e quando si opera alla massima intensità di calore di 4-5 volte. Attualmente, negli Stati Uniti e in Russia esiste una significativa esperienza nello sviluppo e nella costruzione di tali motori e, se necessario (programmi speciali di esplorazione spaziale), tali motori possono essere prodotti in breve tempo e avranno un costo ragionevole. In caso di utilizzo della TURE per l'accelerazione di veicoli spaziali nello spazio e soggetto 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 con elevate caratteristiche specifiche di impulso e spinta è uno schema ibrido con un circuito MHD aggiuntivo (circuito magnetoidrodinamico) per accelerare il 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 nei banchi di prova e nei siti di lancio. Sebbene un motore nucleare funzionante rappresenti un pericolo per il personale operativo, già un giorno dopo la fine del funzionamento del motore nucleare è possibile senza alcun mezzo protezione personale trovarsi nel raggio di poche decine di minuti a una distanza di 50 m dalla centrale nucleare e addirittura avvicinarsi ad essa. I mezzi di protezione più semplici consentono al personale addetto alla manutenzione di entrare nell'area di lavoro del motore a propulsione nucleare subito dopo il test.

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 di vari tipi di motori di propulsione nucleare, da ciò che la loro applicazione può dare all'astronautica e, infine, dalla stretta connessione del problema dei motori a propulsione nucleare con il problema dell’approvvigionamento energetico nello spazio e con le questioni relative allo 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 consentono di sperare in un loro uso diffuso in astronautica (almeno nel prossimo futuro), allora la creazione di motori a 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 hanno caratteristiche uniche, che includono un’intensità energetica praticamente illimitata, l’indipendenza del funzionamento dall’ambiente e l’immunità alle influenze esterne ( radiazione cosmica, 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 elettriche a reattori nucleari, che determina la redditività del loro utilizzo durante i voli a lungo termine di veicoli spaziali pesanti nello spazio vicino alla Terra, durante i voli verso i pianeti lontani del 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 vengono notevolmente alleviati quando si utilizza un motore a razzo a propellente nucleare in fase solida con un impulso specifico due volte superiore 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 il 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:

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

APPLICAZIONE

Principali caratteristiche dei motori a reazione nucleari in fase solida

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

Aleksandr Losev

Il rapido sviluppo della tecnologia missilistica e spaziale nel 20 ° secolo è stato determinato dagli obiettivi e dagli interessi militare-strategici, politici e, in una certa misura, ideologici delle due superpotenze: l'URSS e gli Stati Uniti, e tutti i programmi spaziali statali erano un continuazione dei loro progetti militari, in cui il compito principale era la necessità di garantire capacità di difesa e parità strategica con un potenziale nemico. Allora i costi di creazione delle attrezzature e i costi operativi non erano di fondamentale importanza. Enormi risorse furono destinate alla creazione di veicoli di lancio e veicoli spaziali, e il volo di 108 minuti di Yuri Gagarin nel 1961 e la trasmissione televisiva di Neil Armstrong e Buzz Aldrin dalla superficie della Luna nel 1969 non furono solo trionfi della scienza e della tecnica si pensava che fossero anche considerate vittorie strategiche nelle battaglie della Guerra Fredda.

Ma dopo il crollo dell’Unione Sovietica e l’abbandono della corsa per la leadership mondiale, i suoi avversari geopolitici, in primis gli Stati Uniti, non hanno più avuto bisogno di realizzare progetti spaziali prestigiosi ma estremamente costosi per dimostrare al mondo intero la superiorità del sistema economico occidentale. concetti di sistema e ideologici.
Negli anni '90, i principali compiti politici degli anni precedenti hanno perso rilevanza, il confronto tra blocchi ha lasciato il posto alla globalizzazione, il pragmatismo ha prevalso nel mondo, quindi la maggior parte dei programmi spaziali è stata ridotta o rinviata, come eredità dei progetti su larga scala è rimasta solo la ISS; il passato. Inoltre, la democrazia occidentale ha reso tutti i costosi programmi governativi dipendenti dai cicli elettorali.
Il sostegno degli elettori, necessario per ottenere o mantenere il potere, costringe politici, parlamenti e governi a propendere per il populismo e a risolvere problemi a breve termine, quindi la spesa per l’esplorazione spaziale viene ridotta anno dopo anno.
La maggior parte delle scoperte fondamentali furono fatte nella prima metà del ventesimo secolo, e oggi la scienza e la tecnologia hanno raggiunto certi limiti, inoltre, la popolarità della conoscenza scientifica è diminuita in tutto il mondo e la qualità dell'insegnamento della matematica, della fisica e di altre scienze naturali le scienze sono peggiorate. Questa è diventata la ragione della stagnazione, anche nel settore spaziale, degli ultimi due decenni.
Ma ora diventa evidente che il mondo si sta avvicinando alla fine di un altro ciclo tecnologico basato sulle scoperte del secolo scorso. Pertanto, qualsiasi potenza che possiederà tecnologie fondamentalmente nuove e promettenti al momento del cambiamento nella struttura tecnologica globale si assicurerà automaticamente la leadership mondiale per almeno i prossimi cinquant’anni.

Progettazione fondamentale di un motore a propulsione nucleare con idrogeno come fluido di lavoro

Ciò si realizza sia negli Stati Uniti, che hanno tracciato la strada per il rilancio della grandezza americana in tutte le sfere di attività, sia in Cina, che sfida l’egemonia americana, sia nell’Unione Europea, che sta cercando con tutte le sue forze di mantenere il proprio peso nell’economia globale.
Esiste una politica industriale lì e sono seriamente impegnati nello sviluppo del proprio potenziale scientifico, tecnico e produttivo, e la sfera spaziale può diventare il miglior banco di prova per testare nuove tecnologie e per dimostrare o confutare ipotesi scientifiche che possano gettare le basi per la creazione di una tecnologia del futuro fondamentalmente diversa e più avanzata.
Ed è del tutto naturale aspettarsi che gli Stati Uniti siano il primo Paese in cui riprenderanno i progetti di esplorazione dello spazio profondo per creare tecnologie innovative uniche nel campo delle armi, dei trasporti e dei materiali strutturali, nonché nella biomedicina e nelle telecomunicazioni.
È vero, nemmeno agli Stati Uniti è garantito il successo nella creazione di tecnologie rivoluzionarie. Mangiare alto rischio ritrovarsi in un vicolo cieco quando si migliorano motori a razzo vecchi di mezzo secolo basati su carburante chimico, come sta facendo SpaceX di Elon Musk, o si creano sistemi di supporto vitale per voli di lunga durata simili a quelli già implementati sulla ISS.
Può la Russia, la cui stagnazione nel settore spaziale diventa ogni anno più evidente, fare un salto nella corsa per la futura leadership tecnologica e rimanere nel club delle superpotenze piuttosto che nella lista dei paesi in via di sviluppo?
Sì, certo, la Russia può, e inoltre è già stato fatto un notevole passo avanti nel campo dell’energia nucleare e delle tecnologie dei motori a razzo nucleari, nonostante il cronico sottofinanziamento dell’industria spaziale.
Il futuro dell’astronautica è l’uso dell’energia nucleare. Per comprendere come sono collegate la tecnologia nucleare e lo spazio, è necessario considerare i principi di base della propulsione a reazione.
Quindi, i principali tipi di moderno motori spaziali creato sui principi dell’energia chimica. Si tratta di acceleratori a combustibile solido e motori a razzo liquidi, nelle loro camere di combustione i componenti del carburante (carburante e ossidante) entrano in una reazione di combustione fisica e chimica esotermica, formando un flusso a getto che ogni secondo espelle tonnellate di sostanza dall'ugello del motore. L'energia cinetica del fluido di lavoro del getto viene convertita in una forza reattiva sufficiente a spingere il razzo. L'impulso specifico (il rapporto tra la spinta generata e la massa del carburante utilizzato) di tali motori chimici dipende dai componenti del carburante, dalla pressione e dalla temperatura nella camera di combustione, nonché dal peso molecolare della miscela gassosa espulsa attraverso il ugello del motore.
E maggiore è la temperatura della sostanza e la pressione all'interno della camera di combustione, e minore la massa molecolare del gas, maggiore è l'impulso specifico, e quindi l'efficienza del motore. L'impulso specifico è una quantità di movimento e viene solitamente misurato in metri al secondo, proprio come la velocità.
Nei motori chimici, l'impulso specifico più elevato è dato dalle miscele di carburante ossigeno-idrogeno e fluoro-idrogeno (4500–4700 m/s), ma i più popolari (e convenienti da utilizzare) sono diventati i motori a razzo funzionanti con cherosene e ossigeno, per ad esempio i razzi Soyuz e Falcon di Musk, così come i motori che utilizzano dimetilidrazina asimmetrica (UDMH) con un ossidante sotto forma di una miscela di tetrossido di azoto e acido nitrico (Proton sovietico e russo, Ariane francese, Titano americano). La loro efficienza è 1,5 volte inferiore a quella dei motori a idrogeno, ma un impulso di 3000 m/s e una potenza sono sufficienti per rendere economicamente vantaggioso il lancio di tonnellate di carico utile in orbite vicine alla Terra.
Ma i voli verso altri pianeti richiedono molto taglia più grande astronavi rispetto a tutto ciò che è stato creato dall'umanità in precedenza, inclusa la ISS modulare. In queste navi è necessario garantire la longevità esistenza autonoma gli equipaggi, una certa fornitura di carburante e la durata operativa dei motori di sostegno e dei motori per le manovre e la correzione dell'orbita, prevedono la consegna degli astronauti in uno speciale modulo di atterraggio sulla superficie di un altro pianeta e il loro ritorno alla nave da trasporto principale, e poi il ritorno della spedizione sulla Terra.
Le conoscenze ingegneristiche accumulate e l'energia chimica dei motori rendono possibile tornare sulla Luna e raggiungere Marte, quindi c'è un'alta probabilità che l'umanità visiterà il Pianeta Rosso nel prossimo decennio.
Se facciamo affidamento solo sulle tecnologie spaziali esistenti, la massa minima del modulo abitabile per un volo con equipaggio su Marte o sui satelliti di Giove e Saturno sarà di circa 90 tonnellate, ovvero 3 volte superiore a quella delle navi lunari dei primi anni '70. , il che significa che i veicoli di lancio per il lancio in orbite di riferimento per un ulteriore volo su Marte saranno molto superiori al Saturn 5 (peso di lancio 2965 tonnellate) del progetto lunare Apollo o alla portaerei sovietica Energia (peso di lancio 2400 tonnellate). Sarà necessario creare un complesso interplanetario in orbita del peso fino a 500 tonnellate. Un volo su una nave interplanetaria con motori a razzo chimici richiederà da 8 mesi a 1 anno in una sola direzione, perché dovrai effettuare manovre gravitazionali, sfruttando la forza gravitazionale dei pianeti e una colossale scorta di carburante per accelerare ulteriormente la nave .
Ma usando l'energia chimica dei motori a razzo, l'umanità non volerà oltre l'orbita di Marte o Venere. Abbiamo bisogno di diverse velocità di volo dei veicoli spaziali e di altre energie di movimento più potenti.

Design moderno di un motore a razzo nucleare Princeton Satellite Systems

Per esplorare lo spazio profondo, è necessario aumentare significativamente il rapporto spinta-peso e l'efficienza di un motore a razzo, e quindi aumentarne l'impulso specifico e la durata. E per fare ciò, è necessario riscaldare un gas o una sostanza fluida di lavoro con una bassa massa atomica all'interno della camera del motore a temperature molte volte superiori alla temperatura di combustione chimica delle tradizionali miscele di combustibili, e questo può essere fatto utilizzando una reazione nucleare.
Se, invece di una camera di combustione convenzionale, si posizionasse all'interno di un motore a razzo reattore nucleare, nella zona attiva di cui verrà fornita una sostanza in forma liquida o gassosa, quindi, riscaldandosi ad alta pressione fino a diverse migliaia di gradi, inizierà ad essere espulsa attraverso il canale dell'ugello, creando una spinta del getto. L'impulso specifico di un tale motore a reazione nucleare sarà molte volte maggiore di quello di uno convenzionale con componenti chimici, il che significa che l'efficienza sia del motore stesso che del veicolo di lancio nel suo insieme aumenterà molte volte. In questo caso, non sarà necessario un ossidante per la combustione del carburante e l'idrogeno leggero può essere utilizzato come sostanza che crea la spinta del getto. Sappiamo che minore è la massa molecolare del gas, maggiore sarà l'impulso, e ciò aumenterà notevolmente; ridurre la massa del razzo con una migliore potenza del motore.
Un motore nucleare sarà migliore di uno convenzionale, poiché nella zona del reattore il gas leggero può essere riscaldato a temperature superiori a 9mila gradi Kelvin e un getto di tale gas surriscaldato fornirà un impulso specifico molto più elevato di quello che possono fornire i motori chimici convenzionali . Ma questo è in teoria.
Il pericolo non è nemmeno che quando viene lanciato un veicolo di lancio con un tale impianto nucleare, possa verificarsi una contaminazione radioattiva dell'atmosfera e dello spazio attorno alla rampa di lancio, il problema principale è che quando alte temperature Il motore stesso potrebbe fondersi insieme al veicolo spaziale. Designer e ingegneri lo capiscono e da decenni cercano di trovare soluzioni adeguate.
I motori a razzo nucleare (NRE) hanno già una propria storia di creazione e funzionamento nello spazio. Il primo sviluppo di motori nucleari iniziò a metà degli anni '50, cioè ancor prima del volo umano nello spazio, e quasi contemporaneamente sia in URSS che negli Stati Uniti, e l'idea stessa di utilizzare reattori nucleari per riscaldare le parti in funzione La sostanza in un motore a razzo è nata insieme ai primi rettori a metà degli anni '40, cioè più di 70 anni fa.
Nel nostro paese, l'iniziatore della creazione della propulsione nucleare è stato il fisico termico Vitaly Mikhailovich Ievlev. Nel 1947 presentò un progetto sostenuto da S. P. Korolev, I. V. Kurchatov e M. V. Keldysh. Inizialmente, si prevedeva di utilizzare tali motori per i missili da crociera e quindi installarli sui missili balistici. Lo sviluppo è stato effettuato dai principali uffici di progettazione della difesa dell'Unione Sovietica, nonché dagli istituti di ricerca NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Il motore nucleare sovietico RD-0410 fu assemblato a metà degli anni '60 presso il Voronezh Chemical Automatics Design Bureau, dove furono creati la maggior parte dei motori a razzo liquidi per la tecnologia spaziale.
L'idrogeno è stato utilizzato come fluido di lavoro nell'RD-0410, che in forma liquida è passato attraverso una "camicia di raffreddamento", rimuovendo il calore in eccesso dalle pareti dell'ugello e impedendone la fusione, per poi entrare nel nocciolo del reattore, dove è stato riscaldato a 3000K e rilasciata attraverso gli ugelli del canale, convertendo così l'energia termica in energia cinetica e creando un impulso specifico di 9100 m/s.
Negli Stati Uniti, il progetto di propulsione nucleare fu lanciato nel 1952, e il primo motore funzionante fu creato nel 1966 e prese il nome NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Negli anni ’60 e ’70 l’Unione Sovietica e gli Stati Uniti cercarono di non cedere l’uno all’altro.
È vero, sia il nostro RD-0410 che l'americano NERVA erano motori nucleari in fase solida (il combustibile nucleare a base di carburi di uranio era nel reattore allo stato solido) e il loro temperatura di lavoro era compreso tra 2300 e 3100 K.
Per aumentare la temperatura del nocciolo senza il rischio di esplosione o fusione delle pareti del reattore, è necessario creare condizioni di reazione nucleare in cui il combustibile (uranio) passa allo stato gassoso o si trasforma in plasma e viene trattenuto all'interno del reattore da un forte campo magnetico, senza toccare le pareti. E poi l'idrogeno che entra nel nocciolo del reattore “circola” l'uranio in fase gassosa e, trasformandosi in plasma, viene espulso ad altissima velocità attraverso il canale dell'ugello.
Questo tipo di motore è chiamato motore a propulsione nucleare in fase gassosa. La temperatura del combustibile gassoso di uranio in tali motori nucleari può variare da 10mila a 20mila gradi Kelvin e l'impulso specifico può raggiungere i 50.000 m/s, ovvero 11 volte superiore a quello dei più efficienti motori a razzo chimici.
La creazione e l'uso di motori di propulsione nucleare in fase gassosa di tipo aperto e chiuso nella tecnologia spaziale è la direzione più promettente nello sviluppo di motori a razzo spaziale ed esattamente ciò di cui l'umanità ha bisogno per esplorare i pianeti del Sistema Solare e i loro satelliti.
Le prime ricerche sul progetto di propulsione nucleare in fase gassosa iniziarono in URSS nel 1957 presso l'Istituto di ricerca sui processi termici (Centro nazionale di ricerca intitolato a M. V. Keldysh) e la decisione di sviluppare centrali nucleari spaziali basate su reattori nucleari in fase gassosa è stato realizzato nel 1963 dall'accademico V. P. Glushko (NPO Energomash), e poi approvato con una risoluzione del Comitato Centrale del PCUS e del Consiglio dei Ministri dell'URSS.
Lo sviluppo dei motori di propulsione nucleare in fase gassosa è stato portato avanti nell'Unione Sovietica per due decenni, ma sfortunatamente non è mai stato completato a causa di finanziamenti insufficienti e della necessità di ulteriori ricerche fondamentali nel campo della termodinamica del combustibile nucleare e del plasma di idrogeno. fisica dei neutroni e magnetoidrodinamica.
Gli scienziati nucleari e gli ingegneri progettisti sovietici dovettero affrontare una serie di problemi, come raggiungere la criticità e garantire la stabilità del funzionamento di un reattore nucleare in fase gassosa, ridurre la perdita di uranio fuso durante il rilascio di idrogeno riscaldato a diverse migliaia di gradi, protezione termica dell'ugello e del generatore di campo magnetico, nonché l'accumulo di prodotti di fissione dell'uranio, la selezione di materiali da costruzione chimicamente resistenti, ecc.
E quando per Programma sovietico"Mars-94" del primo volo con equipaggio su Marte, iniziò a essere creato il veicolo di lancio Energia, il progetto del motore nucleare fu rinviato a tempo indeterminato. L’Unione Sovietica non ebbe abbastanza tempo e, soprattutto, volontà politica ed efficienza economica per far atterrare i nostri cosmonauti sul pianeta Marte nel 1994. Questo sarebbe un risultato innegabile e una prova della nostra leadership nell’alta tecnologia nei prossimi decenni. Ma lo spazio, come molte altre cose, è stato tradito dall’ultima leadership dell’URSS. La storia non può essere cambiata, gli scienziati e gli ingegneri scomparsi non possono essere riportati indietro e la conoscenza perduta non può essere ripristinata. Molto dovrà essere creato di nuovo.
Ma l’energia nucleare spaziale non si limita solo alla sfera dei motori di propulsione nucleare in fase solida e gassosa. L'energia elettrica può essere utilizzata per creare un flusso riscaldato di materia in un motore a reazione. Questa idea fu espressa per la prima volta da Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky nel 1903 nella sua opera "Esplorazione degli spazi del mondo utilizzando strumenti a getto".
E il primo motore a razzo elettrotermico nell'URSS fu creato negli anni '30 da Valentin Petrovich Glushko, futuro accademico dell'Accademia delle scienze dell'URSS e capo della NPO Energia.
I principi di funzionamento dei motori a razzo elettrici possono essere diversi. Solitamente si dividono in quattro tipologie:

• elettrotermico (riscaldamento o arco elettrico). In essi, il gas viene riscaldato a temperature comprese tra 1000 e 5000 K ed espulso dall'ugello allo stesso modo di un motore a razzo nucleare.
• motori elettrostatici (colloidali e ionici), in cui la sostanza di lavoro viene prima ionizzata, quindi gli ioni positivi (atomi privi di elettroni) vengono accelerati in un campo elettrostatico e vengono anche espulsi attraverso il canale dell'ugello, creando una spinta del getto. I motori elettrostatici includono anche motori al plasma stazionari.
• magnetoplasma e motori a razzo magnetodinamici. Lì, il plasma gassoso viene accelerato a causa della forza Ampere nei campi magnetico ed elettrico che si intersecano perpendicolarmente.
• motori a razzo a impulsi, che utilizzano l'energia dei gas risultanti dall'evaporazione di un fluido di lavoro in una scarica elettrica.

Il vantaggio di questi motori a razzo elettrici è il basso consumo del fluido di lavoro, l'efficienza fino al 60% e l'elevata velocità del flusso di particelle, che può ridurre significativamente la massa del veicolo spaziale, ma c'è anche uno svantaggio: bassa densità di spinta e quindi bassa potenza, nonché l’alto costo del fluido di lavoro (gas o vapori inerti). metalli alcalini) per creare plasma.
Tutti i tipi di motori elettrici elencati sono stati implementati nella pratica e sono stati ripetutamente utilizzati nello spazio su veicoli spaziali sia sovietici che americani dalla metà degli anni '60, ma a causa della loro bassa potenza sono stati utilizzati principalmente come motori di correzione dell'orbita.
Dal 1968 al 1988, l'URSS lanciò tutta una serie di satelliti Cosmos impianti nucleari a bordo. I tipi di reattori furono chiamati: “Buk”, “Topaz” e “Yenisei”.
Il reattore del progetto Yenisei aveva una potenza termica fino a 135 kW e energia elettrica circa 5kW. Il liquido di raffreddamento era una fusione di sodio e potassio. Questo progetto è stato chiuso nel 1996.
Un vero motore a razzo di propulsione richiede una fonte di energia molto potente. E la migliore fonte di energia per tali motori spaziali è un reattore nucleare.
L'energia nucleare è uno dei settori ad alta tecnologia in cui il nostro Paese mantiene una posizione di leadership. E in Russia è già stato creato un motore a razzo fondamentalmente nuovo e questo progetto è prossimo al completamento con successo nel 2018. Le prove di volo sono previste per il 2020.
E se la propulsione nucleare in fase gassosa è un argomento per i decenni futuri su cui si dovrà ritornare dopo la ricerca fondamentale, allora la sua alternativa odierna è un sistema di propulsione nucleare di classe megawatt (NPPU), ed è già stato creato da Rosatom e Imprese Roscosmos dal 2009.
La NPO Krasnaya Zvezda, che attualmente è l'unico sviluppatore e produttore al mondo di centrali nucleari spaziali, nonché il Centro di ricerca intitolato ad A. M. V. Keldysh, NIKIET im. N. A. Dollezhala, Istituto di ricerca NPO “Luch”, “Istituto Kurchatov”, IRM, IPPE, RIAR e NPO Mashinostroeniya.
Il sistema di propulsione nucleare comprende un reattore nucleare a neutroni veloci raffreddato a gas ad alta temperatura con un sistema di turbomacchina per convertire l'energia termica in energia elettrica, un sistema di emettitori di frigorifero per rimuovere il calore in eccesso nello spazio, un vano strumentazione, un blocco di sostenitore motori elettrici al plasma o ionici e un contenitore per accogliere il carico utile.
In un sistema di propulsione elettrica, un reattore nucleare funge da fonte di elettricità per il funzionamento di motori elettrici al plasma, mentre il gas refrigerante del reattore che passa attraverso il nocciolo entra nella turbina del generatore elettrico e del compressore e ritorna al reattore in un circuito chiuso e non viene lanciato nello spazio come in un motore a propulsione nucleare, il che rende il progetto più affidabile e sicuro, e quindi adatto al volo spaziale con equipaggio.
Si prevede che la centrale nucleare venga utilizzata per un rimorchiatore spaziale riutilizzabile per garantire la consegna di merci durante l'esplorazione della Luna o la creazione di complessi orbitali multiuso. Il vantaggio non sarà solo l’uso riutilizzabile degli elementi del sistema di trasporto (che Elon Musk sta cercando di realizzare nei suoi progetti spaziali SpaceX), ma anche la capacità di trasportare tre volte più carico rispetto ai razzi con sostanze chimiche. motori jet potenza comparabile riducendo la massa iniziale del sistema di trasporto. Lo speciale design dell'installazione lo rende sicuro per le persone e per l'ambiente sulla Terra.
Nel 2014, il primo elemento di combustibile dal design standard (elemento di combustibile) per questo sistema di propulsione elettrica nucleare è stato assemblato presso JSC Mashinostroitelny Zavod a Elektrostal e nel 2016 sono stati effettuati test di un simulatore del cestello del nocciolo del reattore.
Ora (nel 2017) sono in corso i lavori per la produzione di elementi strutturali dell'installazione e il collaudo di componenti e assiemi su modelli, nonché il collaudo autonomo dei sistemi di conversione dell'energia delle turbomacchine e dei prototipi di propulsori. Il completamento dei lavori è previsto per la fine del prossimo 2018, tuttavia, dal 2015, il ritardo del programma ha iniziato ad accumularsi.
Quindi, non appena verrà realizzata questa installazione, la Russia diventerà il primo Paese al mondo a possedere tecnologie spaziali nucleari, che costituiranno la base non solo per futuri progetti di esplorazione del Sistema solare, ma anche per l'energia terrestre ed extraterrestre. . Le centrali nucleari spaziali possono essere utilizzate per creare sistemi per la trasmissione remota di elettricità alla Terra o a moduli spaziali utilizzando radiazioni elettromagnetiche. E questa diventerà anche la tecnologia avanzata del futuro, dove il nostro Paese avrà una posizione di leadership.
Sulla base dei motori elettrici al plasma in fase di sviluppo, verranno creati potenti sistemi di propulsione per i voli umani a lunga distanza nello spazio e, prima di tutto, per l'esplorazione di Marte, la cui orbita può essere raggiunta in appena 1,5 mesi, e non in più di un anno, come quando si utilizzano motori a reazione chimici convenzionali.
E il futuro inizia sempre con una rivoluzione energetica. E nient'altro. L'energia è primaria ed è la quantità di consumo energetico che incide sul progresso tecnico, sulla capacità di difesa e sulla qualità della vita delle persone.

Motore sperimentale a razzo al plasma della NASA

L’astrofisico sovietico Nikolai Kardashev propose una scala di sviluppo delle civiltà nel 1964. Secondo questa scala, il livello di sviluppo tecnologico delle civiltà dipende dalla quantità di energia che la popolazione del pianeta utilizza per i propri bisogni. Pertanto, la civiltà di tipo I utilizza tutte le risorse disponibili sul pianeta; Civiltà di tipo II: riceve l'energia della sua stella nel cui sistema si trova; e una civiltà di tipo III utilizza l'energia disponibile nella sua galassia. L’umanità non è ancora matura per una civiltà di tipo I su questa scala. Utilizziamo solo lo 0,16% della riserva energetica potenziale totale del pianeta Terra. Ciò significa che la Russia e il mondo intero hanno spazio per crescere, e queste tecnologie nucleari apriranno la strada al nostro Paese non solo allo spazio, ma anche alla futura prosperità economica.
E, forse, l’unica opzione per la Russia nella sfera scientifica e tecnica è ora fare una svolta rivoluzionaria nelle tecnologie spaziali nucleari al fine di superare con un “salto” il ritardo di molti anni rispetto ai leader ed essere proprio all’origine di una nuova rivoluzione tecnologica nel prossimo ciclo di sviluppo della civiltà umana. Un’occasione così unica capita a un particolare paese solo una volta ogni pochi secoli.
Purtroppo la Russia, che negli ultimi 25 anni non ha prestato sufficiente attenzione alle scienze fondamentali e alla qualità dell’istruzione superiore e secondaria, rischia di perdere per sempre questa opportunità se il programma verrà ridotto e una nuova generazione di ricercatori non sostituirà gli attuali scienziati e ricercatori. ingegneri. Le sfide geopolitiche e tecnologiche che la Russia dovrà affrontare tra 10-12 anni saranno molto gravi, paragonabili alle minacce della metà del XX secolo. Per preservare la sovranità e l’integrità della Russia in futuro, è ora urgentemente necessario iniziare a formare specialisti in grado di rispondere a queste sfide e creare qualcosa di fondamentalmente nuovo.
Mancano solo dieci anni circa per trasformare la Russia in un centro intellettuale e tecnologico globale, e ciò non potrà essere fatto senza un serio cambiamento nella qualità dell’istruzione. Per una svolta scientifica e tecnologica, è necessario restituire al sistema educativo (sia scolastico che universitario) visioni sistematiche sul quadro del mondo, fondamentalità scientifica e integrità ideologica.
Per quanto riguarda l'attuale stagnazione dell'industria spaziale, questo non è spaventoso. Principi fisici, su cui si basano le moderne tecnologie spaziali, sarà richiesto per molto tempo nel settore dei servizi satellitari convenzionali. Ricordiamo che l'umanità ha utilizzato la vela per 5,5 mila anni, e l'era del vapore è durata quasi 200 anni, e solo nel XX secolo il mondo ha cominciato a cambiare rapidamente, perché ha avuto luogo un'altra rivoluzione scientifica e tecnologica, che ha lanciato un'ondata di innovazione e un cambiamento nelle strutture tecnologiche, che alla fine sono cambiate e economia mondiale e politica. L’importante è essere all’origine di questi cambiamenti.

Impulso YARDè stato sviluppato secondo il principio proposto nel 1945 dal Dr. S. Ulam del Laboratorio di ricerca di Los Alamos, secondo il quale si propone di utilizzare una carica nucleare come fonte di energia (carburante) di un lanciarazzi spaziale altamente efficiente.

A quei tempi, come nei molti anni che seguirono, le cariche nucleari e termonucleari erano le fonti di energia più potenti e compatte rispetto a qualsiasi altra. Come sapete, siamo attualmente sul punto di scoprire modi per controllare una fonte di energia ancora più concentrata, poiché siamo già abbastanza avanzati nello sviluppo della prima unità che utilizza l'antimateria. Se procediamo solo dalla quantità di energia disponibile, le cariche nucleari forniscono una spinta specifica di oltre 200.000 secondi e le cariche termonucleari fino a 400.000 secondi. Questi valori di spinta specifici sono proibitivi per la maggior parte dei voli all’interno del sistema solare. Inoltre, quando si utilizza il combustibile nucleare nella sua forma “pura”, sorgono molti problemi che, anche al momento attuale, non sono stati ancora del tutto risolti. Quindi, l'energia rilasciata durante l'esplosione deve essere trasferita al fluido di lavoro, che si riscalda e poi fuoriesce dal motore, creando spinta. Secondo i metodi convenzionali per risolvere un simile problema, una carica nucleare viene posta in una "camera di combustione" riempita con un fluido di lavoro (ad esempio acqua o altra sostanza liquida), che evapora e quindi si espande con un grado maggiore o minore di diabaticità nell'ugello.

Un tale sistema, che chiamiamo motore di propulsione nucleare a impulsi interni, è molto efficace, poiché tutti i prodotti dell'esplosione e l'intera massa del fluido di lavoro vengono utilizzati per creare la spinta. Un ciclo di funzionamento instabile consente a tale sistema di sviluppare pressioni e temperature più elevate nella camera di combustione e, di conseguenza, una spinta specifica più elevata rispetto ad un ciclo di funzionamento continuo. Tuttavia, il fatto stesso che le esplosioni avvengano all'interno di un determinato volume impone restrizioni significative sulla pressione e sulla temperatura nella camera e, di conseguenza, sul valore di spinta specifica ottenibile. In considerazione di ciò, nonostante i numerosi vantaggi di una NRE pulsata interna, una NRE pulsata esterna si è rivelata più semplice ed efficiente grazie all'utilizzo dell'enorme quantità di energia rilasciata durante le esplosioni nucleari.

In un motore di propulsione nucleare ad azione esterna, non l'intera massa del carburante e del fluido di lavoro prende parte alla creazione della spinta del getto. Tuttavia, qui anche con efficienza inferiore. Viene utilizzata più energia, con conseguente prestazione del sistema più efficiente. Una NPP pulsata esterna (di seguito denominata semplicemente NPP pulsata) utilizza l'energia dell'esplosione di un gran numero di piccole cariche nucleari a bordo del razzo. Queste cariche nucleari vengono espulse in sequenza dal razzo e fatte esplodere dietro di esso a una certa distanza ( disegno qui sotto). Ad ogni esplosione, alcuni dei frammenti di fissione gassosa in espansione sotto forma di plasma ad alta densità e velocità si scontrano con la base del razzo: la piattaforma di spinta. La quantità di moto del plasma viene trasferita alla piattaforma di spinta, che si muove in avanti con grande accelerazione. L'accelerazione viene ridotta a diversi da un dispositivo di smorzamento G nel compartimento anteriore del razzo, che non supera i limiti di resistenza del corpo umano. Dopo il ciclo di compressione, il dispositivo ammortizzante riporta la piattaforma di spinta nella posizione iniziale, dopodiché è pronta a ricevere l'impulso successivo.

L'aumento di velocità totale acquisito dal veicolo spaziale ( disegno, preso in prestito dal lavoro ), dipende dal numero di esplosioni e, quindi, è determinato dal numero di cariche nucleari spese durante una determinata manovra. Lo sviluppo sistematico di un tale progetto di propulsione nucleare è stato avviato dal Dr. T. B. Taylor (Divisione Generale Atomica della General Dynamics) e continuato con il supporto dell'Agenzia per i Progetti di Ricerca Avanzata (ARPA), dell'Aeronautica Militare degli Stati Uniti, della NASA e della General Dynamic" per nove anni, trascorsi i quali i lavori in questa direzione furono temporaneamente sospesi per riprenderli in futuro, poiché questo tipo di sistema di propulsione fu scelto come uno dei due principali propulsori dei veicoli spaziali che volano all'interno del sistema solare.

Principio di funzionamento di un motore a propulsione nucleare ad azione esterna pulsata

Una prima versione dell'installazione, sviluppata dalla NASA nel 1964-1965, era paragonabile (in diametro) al razzo Saturn 5 e forniva una spinta specifica di 2500 secondi e una spinta effettiva di 350 g; il peso "a secco" (senza carburante) del vano motore principale era di 90,8 tonnellate. La versione iniziale del motore a razzo nucleare a impulsi utilizzava le cariche nucleari precedentemente menzionate e si presumeva che avrebbe funzionato in orbite terrestri basse e nelle radiazioni. zona della cintura a causa del pericolo di contaminazione radioattiva dell'atmosfera da parte dei prodotti di decadimento rilasciati durante le esplosioni. Quindi la spinta specifica dei motori a propulsione nucleare a impulsi è stata aumentata a 10.000 secondi e le potenziali capacità di questi motori hanno permesso di raddoppiare questa cifra in futuro.

Un sistema di propulsione nucleare a impulsi potrebbe essere già stato sviluppato negli anni '70, in vista di effettuare il primo volo spaziale con equipaggio sui pianeti all'inizio degli anni '80. Tuttavia, lo sviluppo di questo progetto non è stato portato avanti in pieno vigore a causa dell'approvazione del programma per la creazione di un motore di propulsione nucleare in fase solida. Inoltre, lo sviluppo di un motore a razzo nucleare a impulsi era associato a un problema politico, poiché utilizzava cariche nucleari.

Erica K.A. (Krafft A. Ehricke)