Šķidruma raķešu dzinēji ir ļāvuši cilvēkiem doties kosmosā - Zemes orbītās. Bet strūklas plūsmas ātrums šķidrās degvielas raķešu dzinējā nepārsniedz 4,5 km/s, un lidojumiem uz citām planētām ir nepieciešami desmitiem kilometru sekundē. Iespējamais risinājums ir kodolreakciju enerģijas izmantošana.

Kodolraķešu dzinēju (NRE) praktisko izveidi veica tikai PSRS un ASV. 1955. gadā ASV sāka īstenot Rover programmu, lai izstrādātu kodolraķešu dzinēju kosmosa kuģiem. Trīs gadus vēlāk, 1958. gadā, projektā iesaistījās NASA, kas kuģiem ar kodoldzinējiem noteica konkrētu uzdevumu – lidojumu uz Mēnesi un Marsu. Kopš tā laika programmu sāka saukt par NERVA, kas nozīmē "kodoldzinējs uzstādīšanai raķetēs".

Līdz 70. gadu vidum šīs programmas ietvaros bija plānots konstruēt kodolraķešu dzinēju ar aptuveni 30 tonnu vilces spēku (salīdzinājumam – tā laika šķidro raķešu dzinēju tipiskā vilce bija aptuveni 700 tonnas), bet ar gāzes izplūdes ātrumu 8,1 km/s. Tomēr 1973. gadā programma tika slēgta, jo ASV intereses tika novirzītas uz kosmosa kuģi.

PSRS pirmo kodoldzinēju projektēšana tika veikta 50. gadu otrajā pusē. Tajā pašā laikā padomju dizaineri tā vietā, lai izveidotu pilna mēroga modeli, sāka izgatavot atsevišķas kodolpiedziņas sistēmas daļas. Un tad šīs izstrādes tika pārbaudītas mijiedarbībā ar īpaši izstrādātu impulsa grafīta reaktoru (IGR).

Pagājušā gadsimta 70.–80. gados Salyut dizaina birojs, Khimavtomatiki dizaina birojs un Luch NPO izveidoja kosmosa kodoldzinēju RD-0411 un RD-0410 projektus ar attiecīgi 40 un 3,6 tonnu vilci. Projektēšanas procesā testēšanai tika izgatavots reaktors, aukstais dzinējs un stenda prototips.

1961. gada jūlijā padomju akadēmiķis Andrejs Saharovs vadošo kodolzinātnieku sanāksmē Kremlī paziņoja par kodolsprādziena projektu. Spridzinātājam bija parastie šķidro raķešu dzinēji pacelšanās vajadzībām, taču kosmosā tam bija jādetonē nelieli kodollādiņi. Sprādziena laikā radušies skaldīšanas produkti pārnesa savu impulsu uz kuģi, liekot tam lidot. Tomēr 1963. gada 5. augustā Maskavā tika parakstīts līgums par izmēģinājumu aizliegumu atomieroči atmosfērā, kosmosā un zem ūdens. Tas bija iemesls kodolsprādziena programmas slēgšanai.

Iespējams, ka kodoldzinēju izstrāde apsteidza savu laiku. Tomēr tie nebija pārāk priekšlaicīgi. Galu galā, gatavošanās pilotētam lidojumam uz citām planētām ilgst vairākas desmitgades, un tā dzinējspēki ir jāsagatavo iepriekš.

Kodolraķešu dzinēju dizains

Kodolraķešu dzinējs (NRE) ir reaktīvais dzinējs, kurā kodola sabrukšanas vai kodolsintēzes reakcijas laikā radītā enerģija silda darba šķidrumu (visbiežāk ūdeņradi vai amonjaku).

Atkarībā no reaktora degvielas veida ir trīs veidu kodoldzinēji:

• cietā fāze;
• šķidrā fāze;
• gāzes fāze.

Vispilnīgākais ir cietā fāze dzinēja iespēja. Attēlā parādīta vienkāršākā kodoldzinēja shēma ar cietā kodoldegvielas reaktoru. Darba šķidrums atrodas ārējā tvertnē. Izmantojot sūkni, tas tiek piegādāts motora kamerā. Kamerā darba šķidrums tiek izsmidzināts, izmantojot sprauslas, un tas nonāk saskarē ar kodoldegvielu, kas rada degvielu. Sildot, tas izplešas un lielā ātrumā izlido no kameras caur sprauslu.

Šķidrā fāze — kodoldegvielašāda dzinēja reaktora aktīvā ir šķidrā veidā. Šādu dzinēju vilces parametri ir augstāki nekā cietfāzes dzinējiem, jo ​​reaktora temperatūra ir augstāka.

IN gāzes fāze NRE degviela (piemēram, urāns) un darba šķidrums atrodas gāzveida stāvoklī (plazmas veidā), un tos darba zonā notur elektromagnētiskais lauks. Urāna plazma, kas uzkarsēta līdz desmitiem tūkstošu grādu, nodod siltumu darba šķidrumam (piemēram, ūdeņradim), kas savukārt, uzkarsējot līdz augstām temperatūrām, veido strūklas plūsmu.

Pamatojoties uz kodolreakcijas veidu, izšķir radioizotopu raķešu dzinēju, kodoltermisko raķešu dzinēju un pašu kodoldzinēju (tiek izmantota kodola skaldīšanas enerģija).

Interesants variants ir arī impulsa kodolraķešu dzinējs - tiek ierosināts izmantot kodollādiņu kā enerģijas (degvielas) avotu. Šādas iekārtas var būt iekšēja un ārēja veida.

Galvenās kodoldzinēju priekšrocības ir:

• augsts īpatnējais impulss;
• ievērojamas enerģijas rezerves;
• piedziņas sistēmas kompaktums;
• iespēja iegūt ļoti lielu vilci - desmitiem, simtiem un tūkstošiem tonnu vakuumā.

Galvenais trūkums ir piedziņas sistēmas augstais radiācijas risks:

• penetrējošā starojuma plūsmas (gamma starojums, neitroni) kodolreakciju laikā;
• augsti radioaktīvu urāna un tā sakausējumu savienojumu atdalīšana;
• radioaktīvo gāzu aizplūšana ar darba šķidrumu.

Tāpēc palaidiet kodoldzinējs nepieņemami palaišanai no Zemes virsmas radioaktīvā piesārņojuma riska dēļ.

PSRS tika izgudrota droša kodolenerģijas izmantošanas metode kosmosā, un šobrīd notiek darbs, lai uz tās bāzes izveidotu kodoliekārtu, sacīja valsts ģenerāldirektors. zinātniskais centrs Krievijas Federācija "Keldiša vārdā nosauktais pētniecības centrs", akadēmiķis Anatolijs Korotejevs.

“Tagad institūts aktīvi strādā šajā virzienā lielā sadarbībā starp Roscosmos un Rosatom uzņēmumiem. Un es ceru, ka ar laiku mēs šeit iegūsim pozitīvu efektu,” otrdien ikgadējā “Karaliskajos lasījumos” Maskavas Valsts tehniskajā universitātē Bauman teica A. Korotejevs.

Pēc viņa teiktā, Keldisas centrs ir izgudrojis shēmu drošai kodolenerģijas izmantošanai kosmosā, kas ļauj iztikt bez emisijām un darbojas slēgtā ķēdē, kas padara iekārtu drošu arī tad, ja tā neizdodas un nokrīt uz Zemes. .

“Šī shēma ievērojami samazina kodolenerģijas izmantošanas risku, īpaši ņemot vērā, ka viens no fundamentālajiem punktiem ir šīs sistēmas darbība orbītās virs 800-1000 km. Tad kļūmes gadījumā “zibspuldzes” laiks ir tāds, ka pēc ilgāka laika šie elementi var droši atgriezties uz Zemes,” skaidroja zinātnieks.

A. Korotejevs stāstīja, ka PSRS jau iepriekš izmantoja ar kodolenerģiju darbināmus kosmosa kuģus, taču tie bija Zemei potenciāli bīstami un pēc tam nācās no tiem atteikties. “PSRS izmantoja kodolenerģiju kosmosā. Kosmosā atradās 34 kosmosa kuģi ar kodolenerģiju, no kuriem 32 bija padomju un divi amerikāņu,” atceras akadēmiķis.

Pēc viņa teiktā, Krievijā izstrādātā kodoliekārta tiks padarīta vieglāka, izmantojot bezrāmju dzesēšanas sistēmu, kurā kodolreaktora dzesēšanas šķidrums cirkulēs tieši kosmosā bez cauruļvadu sistēmas.

Taču jau 60. gadu sākumā dizaineri uzskatīja kodolraķešu dzinējus par vienīgo reālo alternatīvu ceļošanai uz citām Saules sistēmas planētām. Noskaidrosim šī jautājuma vēsturi.

Sacensības starp PSRS un ASV, tostarp kosmosā, tajā laikā norisinājās pilnās burās, inženieri un zinātnieki iesaistījās sacīkstēs, lai izveidotu kodoldzinēju, un arī militārpersonas sākotnēji atbalstīja kodolraķešu dzinēja projektu. Sākumā uzdevums šķita ļoti vienkāršs – vajag tikai uztaisīt reaktoru, kas paredzēts dzesēšanai ar ūdeņradi, nevis ūdeni, piestiprināt tam sprauslu un – uz priekšu uz Marsu! Amerikāņi devās uz Marsu desmit gadus pēc Mēness un pat nevarēja iedomāties, ka astronauti kādreiz to sasniegs bez kodoldzinējiem.

Amerikāņi ļoti ātri uzbūvēja pirmo reaktora prototipu un jau izmēģināja to 1959. gada jūlijā (tos sauca par KIWI-A). Šie testi tikai parādīja, ka reaktoru var izmantot ūdeņraža sildīšanai. Reaktora konstrukcija - ar neaizsargātu urāna oksīda degvielu - nebija piemērota augstām temperatūrām, un ūdeņradis uzkarsa tikai līdz pusotram tūkstotim grādu.

Gūstot pieredzi, kodolraķešu dzinēju – NRE – reaktoru projektēšana kļuva sarežģītāka. Urāna oksīds tika aizstāts ar karstumizturīgāku karbīdu, papildus tam tika pārklāts ar niobija karbīdu, bet, mēģinot sasniegt projektēto temperatūru, reaktors sāka sabrukt. Turklāt, pat ja nebija makroskopiskas iznīcināšanas, notika urāna degvielas difūzija dzesēšanas ūdeņradi, un masas zudums sasniedza 20% piecu stundu laikā pēc reaktora darbības. Nekad nav atrasts materiāls, kas spēj darboties 2700-3000 0 C temperatūrā un izturētu karstā ūdeņraža iznīcināšanu.

Tāpēc amerikāņi nolēma upurēt efektivitāti un lidojuma dzinēja konstrukcijā iekļāva īpašu impulsu (vilces spēks kilogramos, kas sasniegts, katru sekundi atbrīvojot vienu kilogramu darba šķidruma masas; mērvienība ir sekunde). 860 sekundes. Tas bija divreiz lielāks par tā laika skābekļa-ūdeņraža dzinējiem. Bet, kad amerikāņiem sāka gūt panākumus, interese par pilotētiem lidojumiem jau bija samazinājusies, Apollo programma tika ierobežota, un 1973. gadā projekts NERVA (tā saucās dzinējs pilotējamai ekspedīcijai uz Marsu) beidzot tika slēgts. Uzvarējuši Mēness skrējienā, amerikāņi nevēlējās organizēt Marsa sacīkstes.

Taču mācības, kas gūtas no desmitiem uzbūvētiem reaktoriem un vairākiem desmitiem veikto testu, liecina, ka amerikāņu inženieri ir pārāk aizrāvušies ar pilna mēroga kodolizmēģinājumi, nevis izstrādāt galvenos elementus, neiesaistot kodoltehnoloģiju, ja no tā var izvairīties. Un kur nevar, izmantojiet mazākus statīvus. Amerikāņi gandrīz visus reaktorus darbināja ar pilnu jaudu, taču nespēja sasniegt projektēto ūdeņraža temperatūru – reaktors sāka sabrukt agrāk. Kopumā no 1955. līdz 1972. gadam kodolraķešu dzinēju programmai tika iztērēti 1,4 miljardi dolāru – aptuveni 5% no Mēness programmas izmaksām.

Arī ASV tika izgudrots Orion projekts, kas apvienoja abas kodoldzinēju sistēmas versijas (strūklas un impulsa). Tas tika darīts šādi: no kuģa astes tika izmesti nelieli kodollādiņi ar aptuveni 100 tonnu trotila ietilpību. Pēc tiem tika izšauti metāla diski. Attālumā no kuģa lādiņš tika uzspridzināts, disks iztvaikojis un viela izkaisīta dažādos virzienos. Daļa no tā iekrita kuģa pastiprinātajā astes daļā un virzīja to uz priekšu. Nelielam vilces spēka palielinājumam vajadzēja nodrošināt sitienus uzņemošās plāksnes iztvaikošanu. Šāda lidojuma vienības izmaksām tad vajadzēja būt tikai 150 dolāru par kilogramu kravnesība.

Tas pat nonāca līdz pārbaudei: pieredze liecināja, ka ir iespējama kustība ar secīgu impulsu palīdzību, kā arī pietiekami izturīgas pakaļgala plāksnes izveidošana. Bet Orion projekts tika slēgts 1965. gadā kā neperspektīvs. Tomēr šī pagaidām ir vienīgā esošā koncepcija, kas var atļaut ekspedīcijas vismaz visā Saules sistēmā.

60. gadu pirmajā pusē padomju inženieri uztvēra ekspedīciju uz Marsu kā loģisku turpinājumu tolaik izstrādātajai pilotēta lidojuma uz Mēnesi programmai. Pēc saviļņojuma, ko izraisīja PSRS prioritāte kosmosā, pat tik ārkārtīgi sarežģītas problēmas tika vērtētas ar paaugstinātu optimismu.

Viena no svarīgākajām problēmām bija (un paliek līdz šai dienai) elektroapgādes problēma. Bija skaidrs, ka šķidrās degvielas raķešu dzinēji, pat daudzsološi skābekļa-ūdeņraža dzinēji, principā var nodrošināt pilotētu lidojumu uz Marsu, tad tikai ar milzīgām starpplanētu kompleksa palaišanas masām, ar lielu skaitu atsevišķu bloku dokstaciju. montāžas zemās Zemes orbīta.

Meklēju optimāli risinājumi Zinātnieki un inženieri pievērsās kodolenerģijai, pakāpeniski pievēršoties šai problēmai tuvāk.

PSRS kodolenerģijas izmantošanas problēmas raķešu un kosmosa tehnoloģijās sāka pētīt 50. gadu otrajā pusē, vēl pirms pirmo satelītu palaišanas. Vairākos pētniecības institūtos radās nelielas entuziastu grupas ar mērķi izveidot raķešu un kosmosa kodoldzinējus un spēkstacijas.

OKB-11 dizaineri S.P.Korolev kopā ar speciālistiem no NII-12 V.Ya Likhushin vadībā apsvēra vairākas iespējas kosmosa un kaujas (!) raķetēm, kas aprīkotas ar kodolraķešu dzinējiem (NRE). Kā darba šķidrums tika novērtēts ūdens un sašķidrinātās gāzes - ūdeņradis, amonjaks un metāns.

Izredzes bija daudzsološas; pamazām darbs guva izpratni un finansiālu atbalstu PSRS valdībā.

Jau pirmā analīze parādīja, ka no daudzajām iespējamām kosmosa kodolenerģijas piedziņas sistēmu (NSPS) shēmām trim ir vislielākās perspektīvas:

• ar cietās fāzes kodolreaktoru;
• ar gāzes fāzes kodolreaktoru;
• elektroniskās kodolraķešu vilces sistēmas.

Shēmas bija principiāli atšķirīgas; Katrai no tām tika iezīmētas vairākas iespējas teorētiskā un eksperimentālā darba izstrādei.

Vistuvāk ieviešanai šķita cietās fāzes kodoldzinējs. Impulsu darba attīstībai šajā virzienā deva līdzīga attīstība ASV kopš 1955. gada programmas ROVER ietvaros, kā arī izredzes (kā toreiz likās) izveidot iekšzemes starpkontinentālo pilotējamu bumbvedēju ar kodolpiedziņu. sistēma.

Cietās fāzes kodoldzinējs darbojas kā tiešās plūsmas dzinējs. Šķidrais ūdeņradis iekļūst sprauslas daļā, atdzesē reaktora tvertni, degvielas blokus (FA), moderatoru un pēc tam apgriežas un nokļūst FA iekšpusē, kur tas uzsilst līdz 3000 K un tiek iemests sprauslā, paātrinot līdz lieliem ātrumiem.

Kodoldzinēju sistēmas darbības principi neradīja šaubas. Tomēr tā dizains (un raksturlielumi) lielā mērā bija atkarīgi no dzinēja "sirds" - kodolreaktora, un tos, pirmkārt, noteica tā "pildījums" - kodols.

Pirmo amerikāņu (un padomju) kodoldzinēju izstrādātāji iestājās par viendabīgu reaktoru ar grafīta serdi. 1958. gadā NII-93 laboratorijā Nr. 21 (vadītājs G. A. Mērsons) (direktors A. A. Bočvars) (direktors A. A. Bočvars) 1958. gadā izveidotās jauna veida augstas temperatūras degvielu meklēšanas grupas darbs noritēja atsevišķi. Tolaik notiekošā gaisa kuģa reaktora (berilija oksīda šūnveida) ietekmē grupa mēģināja (atkal pētnieciski) iegūt materiālus uz silīcija un cirkonija karbīda bāzes, kas būtu izturīgi pret oksidēšanos.

Saskaņā ar memuāriem R.B. NII-9 darbiniekam Koteļņikovam 1958.gada pavasarī laboratorijas Nr.21 vadītājam bija tikšanās ar NII-1 pārstāvi V.N.Boginu. Viņš teica, ka kā galvenais materiāls reaktora degvielas elementiem (degvielas stieņiem) viņu institūtā (starp citu, tajā laikā raķešu nozares vadītājs; institūta vadītājs V. Ya. Likhushin, zinātniskais direktors M. V. Keldišs, laboratorijas vadītājs V.M.Ievlev) izmanto grafītu. Jo īpaši viņi jau ir iemācījušies, kā paraugiem uzklāt pārklājumus, lai pasargātu tos no ūdeņraža. NII-9 ierosināja apsvērt iespēju izmantot UC-ZrC karbīdus kā degvielas elementu pamatu.

Vēlāk īsu laiku Parādījās vēl viens degvielas stieņu klients - M.M. Bondaryuk dizaina birojs, kas ideoloģiski konkurēja ar NII-1. Ja pēdējais apzīmēja daudzkanālu visu bloku dizainu, tad M.M. Bondaryuk Dizaina birojs izvēlējās saliekamo plākšņu versiju, koncentrējoties uz grafīta apstrādes vieglumu un neapmulsinot detaļu sarežģītību - milimetru biezumu. plāksnes ar vienādām ribām. Karbīdus ir daudz grūtāk apstrādāt; tajā laikā no tiem nebija iespējams izgatavot tādas detaļas kā daudzkanālu blokus un plāksnes. Kļuva skaidrs, ka nepieciešams izveidot kādu citu dizainu, kas atbilstu karbīdu specifikai.

1959. gada beigās - 1960. gada sākumā tika atrasts NRE degvielas stieņu izšķirošais nosacījums - stieņa tipa serde, kas apmierina pasūtītājus - Likhushin pētniecības institūtu un Bondaryuk projektēšanas biroju. Neviendabīga reaktora konstrukcija uz termiskiem neitroniem tiem tika pamatota kā galvenā; tā galvenās priekšrocības (salīdzinājumā ar alternatīvo viendabīgā grafīta reaktoru) ir:

• ir iespējams izmantot zemas temperatūras ūdeņradi saturošu moderatoru, kas ļauj izveidot kodoldzinējus ar augstu masas pilnību;
• ir iespējams izstrādāt maza izmēra kodoldzinēja prototipu ar vilces spēku ap 30...50 kN ar augstu nepārtrauktības pakāpi nākamās paaudzes dzinējiem un kodoldzinēju sistēmām;
• ir iespējams plaši izmantot ugunsizturīgos karbīdus degvielas stieņos un citās reaktora konstrukcijas daļās, kas ļauj maksimāli palielināt darba šķidruma sildīšanas temperatūru un nodrošināt paaugstinātu īpatnējo impulsu;
• iespējams autonomi, pa elementam, pārbaudīt kodoldzinēju sistēmas (AES) galvenās sastāvdaļas un sistēmas, piemēram, degvielas komplektus, moderatoru, reflektoru, turbosūkņa bloku (TPU), vadības sistēmu, sprauslu u.c.; tas ļauj testēšanu veikt paralēli, samazinot elektrostacijas dārgās kompleksās pārbaudes apjomu kopumā.

Apmēram 1962.–1963 Darbu pie kodolpiedziņas problēmas vadīja NII-1, kam ir spēcīga eksperimentālā bāze un lielisks personāls. Viņiem trūka tikai urāna tehnoloģiju, kā arī kodolzinātnieku. Iesaistoties NII-9 un pēc tam IPPE, izveidojās sadarbība, kas par savu ideoloģiju pieņēma minimālas vilces (apmēram 3,6 tf), bet “īstā” vasaras dzinēja ar “taisni cauri” reaktoru IR- 100 (pārbaude vai izpēte, 100 MW, galvenais dizaineris - Yu.A. Treskin). Atbalstīti ar valdības noteikumiem, NII-1 uzbūvēja elektriskos loka statīvus, kas nemainīgi pārsteidza iztēli - desmitiem 6-8 m augstu cilindru, milzīgas horizontālas kameras ar jaudu virs 80 kW, bruņu stikli kastēs. Sanāksmes dalībniekus iedvesmojuši krāsaini plakāti ar lidojumu plāniem uz Mēnesi, Marsu u.c. Tika pieņemts, ka kodoldzinēja izveides un testēšanas procesā tiks atrisināti dizaina, tehnoloģiskie un fizikālie jautājumi.

Pēc R. Koteļņikova teiktā, lietu diemžēl sarežģīja raķešu zinātnieku ne pārāk skaidrā nostāja. Vispārīgo inženierzinātņu ministrijai (VM) bija lielas grūtības finansēt testēšanas programmu un izmēģinājumu stenda bāzes būvniecību. Šķita, ka IOM nebija ne vēlēšanās, ne kapacitātes virzīt tālāk NRD programmu.

Līdz 1960. gadu beigām atbalsts NII-1 konkurentiem - IAE, PNITI un NII-8 - bija daudz nopietnāks. Vidējo inženierzinātņu ministrija ("kodolzinātnieki") aktīvi atbalstīja to attīstību; IVG “cilpas” reaktors (ar serdi un stieņa tipa centrālo kanālu blokiem, ko izstrādāja NII-9) beidzot izvirzījās priekšplānā līdz 70. gadu sākumam; tur sākās degvielas komplektu testēšana.

Tagad, 30 gadus vēlāk, šķiet, ka IAE līnija bija pareizāka: vispirms - uzticama "zemes" cilpa - degvielas stieņu un mezglu pārbaude un pēc tam nepieciešamās jaudas kodoldzinēja lidojuma izveide. Bet tad likās, ka var ļoti ātri uztaisīt īstu dzinēju, lai arī mazu... Taču, tā kā dzīve ir pierādījusi, ka nav objektīvas (vai pat subjektīvas) nepieciešamības pēc tāda dzinēja (uz to varam arī piebilst, ka šī virziena negatīvo aspektu nopietnība, piemēram, starptautiskie līgumi par kodolierīces kosmosā, sākumā tika krietni par zemu novērtēta), tad fundamentālā programma, kuras mērķi nebija šauri un konkrēti, izrādījās attiecīgi pareizāka un produktīvāka.

1965. gada 1. jūlijā tika pārskatīts reaktora IR-20-100 sākotnējais projekts. Kulminācija bija IR-100 degvielas komplektu tehniskā projekta izdošana (1967), kas sastāvēja no 100 stieņiem (UC-ZrC-NbC un UC-ZrC-C ieplūdes sekcijām un UC-ZrC-NbC izvadam). . NII-9 bija gatavs ražot lielu galveno elementu partiju nākotnes IR-100 kodolam. Projekts bija ļoti progresīvs: pēc aptuveni 10 gadiem praktiski bez būtiskām izmaiņām tas tika izmantots 11B91 aparāta zonā, un arī tagad visi galvenie risinājumi tiek saglabāti līdzīgu reaktoru mezglos citiem mērķiem, ar pavisam cita aprēķina un eksperimentālā pamatojuma pakāpe.

Pirmās vietējās kodolenerģijas RD-0410 “raķetes” daļu izstrādāja Voroņežas Ķīmiskās automatizācijas projektēšanas birojā (KBHA), bet “reaktora” daļu (neitronu reaktors un radiācijas drošības jautājumi) - Fizikas un enerģētikas institūts (Obninska). ) un Kurčatova Atomenerģijas institūtu.

KBHA ir pazīstama ar savu darbu ballistisko raķešu, kosmosa kuģu un nesējraķešu šķidro degvielu dzinēju jomā. Šeit tika izstrādāti aptuveni 60 paraugi, no kuriem 30 tika nodoti masveida ražošanai. Līdz 1986. gadam KBHA bija izveidojis valstī jaudīgāko vienkameras skābekļa-ūdeņraža dzinēju RD-0120 ar 200 tf vilci, kas tika izmantots kā dzinējspēks energo-Buran kompleksa otrajā posmā. Kodolmateriāls RD-0410 tika izveidots kopīgi ar daudziem aizsardzības uzņēmumiem, projektēšanas birojiem un pētniecības institūtiem.

Saskaņā ar pieņemto koncepciju šķidrais ūdeņradis un heksāns (inhibējoša piedeva, kas samazina karbīdu hidrogenēšanu un palielina degvielas elementu kalpošanas laiku) tika piegādāti, izmantojot TNA, neviendabīgā termiskā neitronu reaktorā ar degvielas komplektiem, ko ieskauj cirkonija hidrīda moderators. Viņu čaumalas tika atdzesētas ar ūdeņradi. Atstarotājam bija piedziņas absorbcijas elementu (bora karbīda cilindru) rotēšanai. Sūknis ietvēra trīspakāpju centrbēdzes sūkni un vienpakāpes aksiālo turbīnu.

Piecos gados, no 1966. līdz 1971. gadam, tika izveidoti reaktoru-dzinēju tehnoloģijas pamati, un dažus gadus vēlāk tika nodota ekspluatācijā jaudīga eksperimentālā bāze ar nosaukumu “ekspedīcija Nr. 10”, pēc tam NPO “Luch” eksperimentālā ekspedīcija plkst. Semipalatinskas kodolizmēģinājumu poligons.
Pārbaudes laikā radās īpašas grūtības. Radiācijas dēļ nebija iespējams izmantot parastos statīvus pilna mēroga kodolraķešu dzinēja palaišanai. Tika nolemts izmēģināt reaktoru kodolizmēģinājumu poligonā Semipalatinskā un “raķešu daļu” NIIkhimmash (Zagorskā, tagad Sergiev Posad).

Lai izpētītu iekšējos procesus, tika veikti vairāk nekā 250 testi 30 “aukstajiem dzinējiem” (bez reaktora). Kā modele sildelements tika izmantota KBkhimmash (galvenais konstruktors - A.M. Isaev) izstrādātā skābekļa-ūdeņraža šķidrās degvielas raķešu dzinēja 11D56 sadegšanas kamera. Maksimālais laiks darbības laiks bija 13 tūkstoši sekunžu ar deklarēto resursu 3600 sekundes.

Lai pārbaudītu reaktoru Semipalatinskas poligonā, tika uzbūvētas divas speciālas šahtas ar pazemes servisa telpām. Viena no šahtām bija savienota ar pazemes rezervuāru saspiestai ūdeņraža gāzei. Šķidrā ūdeņraža izmantošana tika pārtraukta finansiālu apsvērumu dēļ.

1976. gadā tika veikta pirmā IVG-1 reaktora jaudas iedarbināšana. Tajā pašā laikā OE tika izveidots stends, lai pārbaudītu IR-100 reaktora “piedziņas” versiju, un dažus gadus vēlāk tas tika pārbaudīts ar dažādām jaudām (viena no IR-100 pēc tam tika pārveidota par zemu -enerģētikas materiālu zinātnes pētniecības reaktors, kas darbojas joprojām).

Pirms eksperimentālās palaišanas reaktors tika nolaists šahtā, izmantojot uz virsmas uzstādītu portālceltni. Pēc reaktora iedarbināšanas ūdeņradis no apakšas iekļuva “katlā”, uzkarsēja līdz 3000 K un ugunīgā plūsmā izlauzās no šahtas. Neskatoties uz nenozīmīgo izplūstošo gāzu radioaktivitāti, diennakts laikā ārā pusotra kilometra rādiusā no poligona atrasties nedrīkstēja. Mēnesi nebija iespējams pietuvoties pašai raktuvei. Pusotru kilometru garš pazemes tunelis no drošās zonas veda vispirms uz vienu bunkuru, bet no turienes uz otru, kas atrodas netālu no raktuvēm. Speciālisti pārvietojās pa šiem unikālajiem "koridoriem".

Ievļevs Vitālijs Mihailovičs

1978.–1981.gadā ar reaktoru veikto eksperimentu rezultāti apstiprināja projekta risinājumu pareizību. Principā PAGALMS tika izveidots. Atlika tikai savienot abas daļas un veikt visaptverošus testus.

Ap 1985. gadu RD-0410 (saskaņā ar citu apzīmējumu sistēmu 11B91) varēja veikt savu pirmo lidojumu kosmosā. Bet tam bija nepieciešams attīstīties paātrinājuma bloks pamatojoties uz to. Diemžēl šis darbs netika pasūtīts nevienam kosmosa projektēšanas birojam, un tam ir daudz iemeslu. Galvenā ir tā sauktā perestroika. Pārsteidzoši soļi noveda pie tā, ka visa kosmosa industrija acumirklī nokļuva “kaunā” un 1988. gadā PSRS (toreiz PSRS vēl pastāvēja) darbs pie kodolpiedziņas tika pārtraukts. Tas notika nevis tehnisku problēmu, bet īslaicīgu ideoloģisku iemeslu dēļ. Un 1990. gadā viņš nomira ideoloģiskais iedvesmotājs kodolieroču programmas PSRS Vitālijs Mihailovičs Ievļevs...

Kādus galvenos panākumus izstrādātāji ir guvuši, veidojot “A” kodolenerģijas piedziņas sistēmu?

Reaktoram IVG-1 tika veikts vairāk nekā pusotrs desmits pilna mēroga testu un iegūti šādi rezultāti: maksimālā ūdeņraža temperatūra - 3100 K, īpatnējais impulss - 925 sek, īpatnējā siltuma izdalīšanās līdz 10 MW/l. , kopējais resurss vairāk nekā 4000 sekundes ar 10 secīgiem reaktora iedarbinājumiem. Šie rezultāti ievērojami pārsniedz amerikāņu sasniegumus grafīta zonās.

Jāatzīmē, ka visā kodoldzinēja dzinēja testēšanas laikā, neskatoties uz atvērto izplūdi, radioaktīvo skaldīšanas fragmentu iznākums nepārsniedza pieņemamiem standartiem ne izmēģinājumu poligonā, ne ārpus tās un nav reģistrēts kaimiņvalstu teritorijā.

Svarīgākais darba rezultāts bija vietējo tehnoloģiju izveide šādiem reaktoriem, jaunu ugunsizturīgu materiālu ražošana, un reaktora dzinēja izveides fakts radīja virkni jaunu projektu un ideju.

Lai gan tālākai attīstībaišādi kodoldzinēji tika apturēti, iegūtie sasniegumi ir unikāli ne tikai mūsu valstī, bet arī pasaulē. Tas pēdējos gados ir vairākkārt apstiprināts starptautiskos kosmosa enerģētikas simpozijos, kā arī pašmāju un amerikāņu speciālistu sanāksmēs (pēdējās tika atzīts, ka IVG reaktora stends ir vienīgais šobrīd pasaulē funkcionējošs testa aparāts, kas var spēlē nozīmīgu lomu FA un atomelektrostaciju eksperimentālajā izstrādē).

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

Oriģinālais raksts ir vietnē InfoGlaz.rf Saite uz rakstu, no kura tika izveidota šī kopija -

Sergejevs Aleksejs, 9 “A” klase, Pašvaldības izglītības iestāde “84.vidusskola”

Zinātniskais konsultants: , Bezpeļņas partnerības zinātniskās un inovatīvās darbības "Tomskas atomcentrs" direktora vietnieks

Vadītājs: , fizikas skolotājs, Pašvaldības izglītības iestāde “84.vidusskola” CATO Seversk

Ievads

Vilces sistēmas uz kosmosa kuģa ir paredzētas, lai radītu vilci vai impulsu. Atkarībā no izmantotā vilces veida piedziņas sistēmu iedala ķīmiskajā (CHRD) un neķīmiskajā (NCRD). CRD tiek iedalītas šķidrās degvielas dzinējos (LPRE), cietās degvielas raķešu dzinējos (cietās degvielas dzinējos) un kombinētajos raķešu dzinējos (RCR). Savukārt neķīmiskās piedziņas sistēmas iedala kodolenerģijas (NRE) un elektriskās (EP). Lielais zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis pirms gadsimta izveidoja pirmo vilces sistēmas modeli, kas darbojās uz cietas un šķidrā degviela. Pēc tam 20. gadsimta otrajā pusē tika veikti tūkstošiem lidojumu, izmantojot galvenokārt šķidrās degvielas dzinējus un cietās degvielas raķešu dzinējus.

Taču šobrīd lidojumiem uz citām planētām, nemaz nerunājot par zvaigznēm, šķidro degvielu raķešu dzinēju un cietās degvielas raķešu dzinēju izmantošana kļūst arvien neizdevīgāka, lai gan ir izstrādāti daudzi raķešu dzinēji. Visticamāk, šķidrās degvielas raķešu dzinēju un cietās degvielas raķešu dzinēju iespējas ir sevi pilnībā izsmēlušas. Iemesls šeit ir tāds, ka visu ķīmisko dzinēju īpatnējais impulss ir zems un nepārsniedz 5000 m/s, kas prasa ilgstošu dzinera darbību, lai attīstītu pietiekami lielus ātrumus un attiecīgi lielas degvielas rezerves vai, kā tas ir pieņemts. astronautikā nepieciešamo lielas vērtības Ciolkovska skaitlis, t.i., ar degvielu darbinātas raķetes masas attiecība pret tukšas raķetes masu. Tādējādi nesējraķetei Energia, kas zemā orbītā palaiž 100 tonnas kravnesības, palaišanas masa ir aptuveni 3000 tonnu, kas Ciolkovska skaitlim piešķir vērtību 30 robežās.

Piemēram, lidojumam uz Marsu Ciolkovska skaitlim vajadzētu būt vēl lielākam, sasniedzot vērtības no 30 līdz 50. Ir viegli aprēķināt, ka ar kravnesību aptuveni 1000 tonnu, un šajās robežās ir minimālā masa. Nepieciešams nodrošināt visu nepieciešamo apkalpei, kas dotos uz Marsu, mainās Ņemot vērā degvielas padevi atgriešanās lidojumam uz Zemi, kosmosa kuģa sākotnējai masai jābūt vismaz 30 000 tonnu, kas nepārprotami pārsniedz mūsdienu astronautikas attīstības līmeni, pamatojoties uz šķidro degvielu dzinēju un cietās degvielas raķešu dzinēju izmantošanu.

Tādējādi, lai apkalpes varētu sasniegt pat tuvākās planētas, ir jāizstrādā nesējraķetes ar dzinējiem, kas darbojas pēc citiem principiem, nevis ķīmiskās piedziņas. Visdaudzsološākie šajā ziņā ir elektriskie reaktīvie dzinēji (EPE), termoķīmiskie raķešu dzinēji un kodolreaktīvās dzinēji (NRE).

1.Pamatjēdzieni

Raķešu dzinējs ir reaktīvais dzinējs, kas ekspluatācijai neizmanto apkārtējo vidi (gaisu, ūdeni). Visplašāk tiek izmantoti ķīmiskie raķešu dzinēji. Tiek izstrādāti un testēti arī cita veida raķešu dzinēji - elektriskie, kodolieroči un citi. Ieslēgts kosmosa stacijas Ierīcēs plaši izmanto arī vienkāršākos raķešu dzinējus, kas darbojas ar saspiestām gāzēm. Parasti viņi izmanto slāpekli kā darba šķidrumu. /1/

Vilces sistēmu klasifikācija

2. Raķešu dzinēju mērķis

Atbilstoši to mērķim raķešu dzinējus iedala vairākos galvenajos veidos: paātrinājuma (iedarbināšanas), bremzēšanas, piedziņas, vadības un citos. Raķešu dzinējus galvenokārt izmanto raķetēs (tātad nosaukums). Turklāt aviācijā dažreiz tiek izmantoti raķešu dzinēji. Raķešu dzinēji ir galvenie astronautikas dzinēji.

Militārajām (kaujas) raķetēm parasti ir cietās degvielas dzinēji. Tas ir saistīts ar faktu, ka šāds dzinējs tiek uzpildīts rūpnīcā, un tam nav nepieciešama apkope visā pašas raķetes glabāšanas un kalpošanas laikā. Cietās degvielas dzinējus bieži izmanto kā kosmosa raķešu pastiprinātājus. Īpaši plaši tos šajā jomā izmanto ASV, Francijā, Japānā un Ķīnā.

Šķidruma raķešu dzinējiem ir augstāki vilces raksturlielumi nekā cietajiem raķešu dzinējiem. Tāpēc tos izmanto kosmosa raķešu palaišanai orbītā ap Zemi un starpplanētu lidojumiem. Galvenās raķešu šķidrās degvielas ir petroleja, heptāns (dimetilhidrazīns) un šķidrais ūdeņradis. Šādiem degvielas veidiem ir nepieciešams oksidētājs (skābeklis). Slāpekļskābi un sašķidrināto skābekli šādos dzinējos izmanto kā oksidētājus. Slāpekļskābe oksidējošo īpašību ziņā ir zemāka par sašķidrināto skābekli, taču tai nav nepieciešams uzturēt īpašu temperatūras režīmu uzglabāšanas, degvielas uzpildes un raķešu izmantošanas laikā.

Kosmosa lidojumiem paredzētie dzinēji atšķiras no tiem, kas ir uz Zemes, ar to, ka tiem jārada pēc iespējas lielāka jauda ar mazāko iespējamo masu un tilpumu. Turklāt uz tiem attiecas tādas prasības kā īpaši augsta efektivitāte un uzticamība, kā arī ievērojams darbības laiks. Pamatojoties uz izmantotās enerģijas veidu, kosmosa kuģu piedziņas sistēmas iedala četros veidos: termoķīmiskās, kodolenerģijas, elektriskās, saules buras. Katram no uzskaitītajiem veidiem ir savas priekšrocības un trūkumi, un tos var izmantot noteiktos apstākļos.

Pašlaik kosmosa kuģus, orbitālās stacijas un bezpilota Zemes pavadoņus kosmosā palaiž ar raķetēm, kas aprīkotas ar jaudīgiem termoķīmiskiem dzinējiem. Ir arī miniatūri dzinēji ar zemu vilces spēku. Šī ir mazāka jaudīgu dzinēju kopija. Daži no tiem var ietilpt plaukstā. Šādu dzinēju vilces spēks ir ļoti mazs, taču ar to pietiek, lai kontrolētu kuģa stāvokli kosmosā

3.Termoķīmiskie raķešu dzinēji.

Ir zināms, ka iekšdedzes dzinējā tvaika katla krāsns - visur, kur notiek sadegšana, atmosfēras skābeklis aizņem visaktīvāko daļu. Kosmosā nav gaisa, un, lai raķešu dzinēji darbotos kosmosā, ir nepieciešamas divas sastāvdaļas - degviela un oksidētājs.

Šķidrajos termoķīmiskos raķešu dzinējos kā degvielu izmanto spirtu, petroleju, benzīnu, anilīnu, hidrazīnu, dimetilhidrazīnu un šķidru ūdeņradi. Kā oksidētājs tiek izmantots šķidrais skābeklis, ūdeņraža peroksīds un slāpekļskābe. Varbūt nākotnē šķidrais fluors tiks izmantots kā oksidētājs, kad tiks izgudrotas šādas aktīvās ķīmiskās vielas uzglabāšanas un izmantošanas metodes

Degviela un oksidētājs šķidro reaktīvo dzinēju tiek uzglabātas atsevišķi īpašās tvertnēs un tiek piegādātas sadegšanas kamerā, izmantojot sūkņus. Savienojot tos sadegšanas kamerā, temperatūra sasniedz 3000 – 4500 °C.

Degšanas produkti, izplešoties, iegūst ātrumu no 2500 līdz 4500 m/s. Atstumjoties no dzinēja korpusa, tie rada strūklas vilci. Tajā pašā laikā, jo lielāka ir gāzes plūsmas masa un ātrums, jo lielāka ir dzinēja vilce.

Dzinēju īpatnējo vilci parasti aprēķina pēc vilces daudzuma, kas radīts uz vienas sekundes laikā sadedzinātās degvielas masas vienību. Šo lielumu sauc par raķešu dzinēja īpatnējo impulsu, un to mēra sekundēs (kg vilces / kg sadedzinātās degvielas sekundē). Labākajiem cietā kurināmā raķešu dzinējiem īpatnējais impulss ir līdz 190 s, tas ir, 1 kg degvielas, sadegot vienā sekundē, rada 190 kg vilces spēku. Ūdeņraža-skābekļa raķešu dzinēja īpatnējais impulss ir 350 s. Teorētiski ūdeņraža-fluora dzinējs var attīstīt īpašu impulsu, kas pārsniedz 400 s.

Parasti izmantotā šķidrā raķešu dzinēja shēma darbojas šādi. Saspiestā gāze rada nepieciešamo spiedienu tvertnēs ar kriogēno degvielu, lai novērstu gāzes burbuļu rašanos cauruļvados. Sūkņi piegādā degvielu raķešu dzinējiem. Degviela tiek iesmidzināta sadegšanas kamerā caur lielu skaitu inžektoru. Sadegšanas kamerā caur sprauslām tiek ievadīts arī oksidētājs.

Jebkurā automašīnā, degot degvielai, veidojas lielas siltuma plūsmas, kas silda dzinēja sienas. Ja kameras sienas neatdzesēsiet, tā ātri izdegs neatkarīgi no tā, no kāda materiāla tā ir izgatavota. Šķidruma reaktīvo dzinēju parasti dzesē viena no degvielas sastāvdaļām. Šim nolūkam kamera ir izgatavota no divām sienām. Degvielas aukstā sastāvdaļa plūst spraugā starp sienām.

Alumīnijs" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">alumīnijs utt. Īpaši kā piedeva tradicionālajām degvielām, piemēram, ūdeņradim-skābeklim. Šādi "trīs komponenti" var nodrošināt vislielāko ātrumu ķīmiskajām vielām degvielas izsīkums - līdz 5 km/s Bet tas praktiski vairs nespēj, lai gan piedāvātajā aprakstā joprojām dominē šķidro raķešu dzinēji, jāsaka, ka vēsturē cilvēces tika izveidots termoķīmisks raķešu dzinējs, izmantojot cieto degvielu - piemēram, speciālu šaujampulveri -, kas atrodas tieši sadegšanas kamerā ar strūklas sprauslu, kas piepildīta ar cieto degvielu - tas ir viss cietās degvielas sadegšanas režīms ir atkarīgs no cietās degvielas raķešu dzinēja mērķa (palaišanas, uzturēšanas vai kombinētās militārās darbības raksturo palaišanas un piedziņas dzinēju klātbūtne). raķetes palaišana. palaidējs un tā sākotnējais paātrinājums. Cietās degvielas raķešu motors ir paredzēts, lai uzturētu nemainīgu raķetes lidojuma ātrumu lidojuma trajektorijas galvenajā (piedziņas) daļā. Atšķirības starp tām galvenokārt slēpjas sadegšanas kameras konstrukcijā un degvielas lādiņa sadegšanas virsmas profilā, kas nosaka degvielas sadegšanas ātrumu, no kura atkarīgs darbības laiks un dzinēja vilce. Atšķirībā no šādām raķetēm, kosmiskās nesējraķetes Zemes pavadoņu palaišanai, orbitālās stacijas un kosmosa kuģi, kā arī starpplanētu stacijas darbojas tikai starta režīmā no raķetes palaišanas līdz objekta palaišanai orbītā ap Zemi vai starpplanētu trajektorijā. Kopumā cietajiem raķešu motoriem nav daudz priekšrocību salīdzinājumā ar šķidrās degvielas dzinējiem: tos ir viegli izgatavot, ilgu laiku var uzglabāt, vienmēr gatavs darbībai, salīdzinoši sprādziendrošas. Bet īpatnējās vilces ziņā cietā kurināmā dzinēji ir par 10-30% zemāki nekā šķidrie dzinēji.

4. Elektriskie raķešu dzinēji

Gandrīz visi iepriekš apspriestie raķešu dzinēji attīsta milzīgu vilci un ir paredzēti, lai palaistu kosmosa kuģus orbītā ap Zemi un paātrinātu tos līdz kosmiskam ātrumam starpplanētu lidojumiem. Pavisam cita lieta ir vilces sistēmas kosmosa kuģiem, kas jau ir palaisti orbītā vai starpplanētu trajektorijā. Šeit, kā likums, ir nepieciešami mazjaudas motori (vairāki kilovati vai pat vati), kas spēj darboties simtiem un tūkstošiem stundu un tiek atkārtoti ieslēgti un izslēgti. Tie ļauj uzturēt lidojumu orbītā vai pa noteiktu trajektoriju, kompensējot radīto lidojuma pretestību augšējie slāņi atmosfēra un saules vējš. Elektrisko raķešu dzinējos darba šķidrums tiek paātrināts līdz noteiktam ātrumam, sildot to ar elektrisko enerģiju. Elektrību iegūst no saules paneļiem vai atomelektrostacijas. Darba šķidruma sildīšanas metodes ir atšķirīgas, taču patiesībā galvenokārt tiek izmantots elektriskais loks. Tas ir izrādījies ļoti uzticams un var izturēt lielu skaitu startu. Ūdeņradi izmanto kā darba šķidrumu elektroloka motoros. Izmantojot elektrisko loku, ūdeņradis tiek uzkarsēts līdz ļoti augstai temperatūrai, un tas pārvēršas plazmā – elektriski neitrālā pozitīvo jonu un elektronu maisījumā. Plazmas izplūdes ātrums no dzinēja sasniedz 20 km/s. Kad zinātnieki atrisinās plazmas magnētiskās izolācijas problēmu no dzinēja kameras sienām, tad būs iespējams būtiski paaugstināt plazmas temperatūru un palielināt izplūdes ātrumu līdz 100 km/s. Pirmais elektriskais raķešu dzinējs tika izstrādāts Padomju Savienībā gados. vadībā (vēlāk kļuva par padomju kosmosa raķešu dzinēju veidotāju un akadēmiķi) slavenajā Gāzes dinamikas laboratorijā (GDL)./10/

5.Cita veida dzinēji

Ir arī eksotiskākas kodolraķešu dzinēju konstrukcijas, kurās skaldāmais materiāls atrodas šķidrā, gāzveida vai pat plazmas stāvoklī, taču šādu konstrukciju īstenošana ir sarežģīta. mūsdienīgs līmenis tehnoloģija un tehnoloģija ir nereālas. Teorētiskā vai laboratorijas stadijā joprojām pastāv šādi raķešu dzinēju projekti:

Impulsa kodolraķešu dzinēji, kas izmanto mazu kodollādiņu sprādzienu enerģiju;

Kodoltermiskās raķešu dzinēji, kas var izmantot ūdeņraža izotopu kā degvielu. Ūdeņraža enerģētiskā produktivitāte šādā reakcijā ir 6,8 * 1011 KJ/kg, tas ir, aptuveni par divām kārtām augstāka nekā kodola skaldīšanas reakciju produktivitāte;

Saules buru dzinēji - kuros tiek izmantots saules gaismas spiediens (saules vējš), kuru esamību empīriski pierādīja krievu fiziķis tālajā 1899. gadā. Pēc aprēķiniem zinātnieki ir noskaidrojuši, ka 1 tonnu smaga ierīce, kas aprīkota ar buru ar 500 m diametru, spēj no Zemes uz Marsu aizlidot aptuveni 300 dienās. Tomēr saules buras efektivitāte strauji samazinās līdz ar attālumu no Saules.

6.Kodolraķešu dzinēji

Viens no galvenajiem trūkumiem raķešu dzinējiem, kas darbojas ar šķidro degvielu, ir saistīts ar ierobežoto gāzu plūsmas ātrumu. Kodolraķešu dzinējos šķiet iespējams izmantot kolosālo enerģiju, kas izdalās kodoldegvielas sadalīšanās laikā, lai sildītu darba vielu. Kodolraķešu dzinēju darbības princips gandrīz neatšķiras no termoķīmisko dzinēju darbības principa. Atšķirība ir tāda, ka darba šķidrums tiek uzkarsēts nevis savas ķīmiskās enerģijas dēļ, bet gan "svešas" enerģijas dēļ, kas izdalās intranukleārās reakcijas laikā. Darba šķidrums tiek izvadīts caur kodolreaktoru, kurā notiek atomu kodolu (piemēram, urāna) skaldīšanas reakcija, un tiek uzkarsēts. Kodolraķešu dzinēji novērš nepieciešamību pēc oksidētāja, tāpēc var izmantot tikai vienu šķidrumu. Kā darba šķidrumu vēlams izmantot vielas, kas ļauj dzinējam attīstīt lielāku vilces spēku. Šo nosacījumu vispilnīgāk apmierina ūdeņradis, kam seko amonjaks, hidrazīns un ūdens. Procesi, kuros izdalās kodolenerģija, ir sadalīti radioaktīvās pārvērtības, smago kodolu dalīšanās reakcijas, vieglo kodolu saplūšanas reakcijas. Radioizotopu transformācijas tiek realizētas tā sauktajos izotopu enerģijas avotos. Mākslīgo radioaktīvo izotopu īpatnējā masas enerģija (enerģija, ko var izdalīt viela, kas sver 1 kg) ir ievērojami lielāka nekā ķīmiskās degvielas. Tātad 210Po tas ir vienāds ar 5*10 8 KJ/kg, savukārt energoefektīvākajai ķīmiskajai degvielai (berilijam ar skābekli) šī vērtība nepārsniedz 3*10 4 KJ/kg. Diemžēl pagaidām nav racionāli izmantot šādus dzinējus kosmiskajās nesējraķetēs. Iemesls tam ir izotopu vielas augstās izmaksas un ekspluatācijas grūtības. Galu galā izotops nepārtraukti atbrīvo enerģiju pat tad, ja to transportē īpašā konteinerā un kad raķete ir novietota palaišanas vietā. Kodolreaktoros tiek izmantota energoefektīvāka degviela. Tādējādi 235U (urāna skaldāmā izotopa) īpatnējā masas enerģija ir vienāda ar 6,75 * 10 9 KJ/kg, tas ir, aptuveni par kārtu augstāka nekā 210Po izotopam. Šos dzinējus var “ieslēgt” un “izslēgt” (233U, 235U, 238U, 239Pu) ir daudz lētāka nekā izotopu degviela. Šādos dzinējos kā darba šķidrumu var izmantot ne tikai ūdeni, bet arī efektīvākas darba vielas - spirtu, amonjaku, šķidro ūdeņradi. Dzinēja ar šķidro ūdeņradi īpatnējā vilce ir 900 s. Vienkāršākajā kodolraķešu dzinēja konstrukcijā ar reaktoru, kas darbojas ar cieto kodoldegvielu, darba šķidrumu ievieto tvertnē. Sūknis to piegādā motora kamerai. Izsmidzinot, izmantojot sprauslas, darba šķidrums nonāk saskarē ar degvielu radošo kodoldegvielu, uzsilst, izplešas un lielā ātrumā tiek izmests caur sprauslu. Kodoldegviela ir pārāka enerģijas rezervju ziņā nekā jebkura cita veida degviela. Tad rodas loģisks jautājums: kāpēc iekārtām, kurās izmanto šo degvielu, joprojām ir salīdzinoši zema īpatnējā vilce un liela masa? Fakts ir tāds, ka cietās fāzes kodolraķešu dzinēja īpatnējo vilci ierobežo skaldāmā materiāla temperatūra, un spēkstacija darbības laikā izstaro spēcīgu jonizējošo starojumu, kas kaitīgi ietekmē dzīvos organismus. Bioloģiskā aizsardzība pret šādu starojumu ir ļoti svarīga un nav piemērojama kosmosā. lidmašīna. Praktiskā kodolraķešu dzinēju izstrāde, izmantojot cieto kodoldegvielu, sākās 20. gadsimta 50. gadu vidū Padomju Savienībā un ASV, gandrīz vienlaikus ar pirmo atomelektrostaciju būvniecību. Darbs tika veikts paaugstinātas slepenības gaisotnē, taču ir zināms, ka šādi raķešu dzinēji vēl nav saņēmuši reālu izmantošanu astronautikā. Līdz šim viss ir aprobežojies ar salīdzinoši zemas jaudas izotopu elektroenerģijas avotu izmantošanu bezpilota mākslīgajos Zemes pavadoņos, starpplanētu kosmosa kuģos un pasaulslavenajā padomju “mēness roverā”.

7.Kodolstrūklas dzinēji, darbības principi, impulsa iegūšanas metodes kodoldzinēja dzinējā.

Kodolraķešu dzinēji savu nosaukumu ieguvuši tāpēc, ka tie rada vilci, izmantojot kodolenerģiju, tas ir, enerģiju, kas izdalās kodolreakciju rezultātā. Vispārīgā nozīmē šīs reakcijas nozīmē jebkuras izmaiņas atomu kodolu enerģētiskajā stāvoklī, kā arī dažu kodolu transformācijas citos, kas saistītas ar kodolu struktūras pārstrukturēšanu vai tajos esošo elementārdaļiņu skaita izmaiņām. nukleoni. Turklāt kodolreakcijas, kā zināms, var notikt vai nu spontāni (t.i., spontāni), vai mākslīgi izraisītas, piemēram, kad dažus kodolus bombardē citi (vai elementārdaļiņas). Kodola dalīšanās un kodolsintēzes reakcijas pārsniedz enerģijas apjomu ķīmiskās reakcijas attiecīgi miljoniem un desmitiem miljonu reižu. Tas izskaidrojams ar to, ka enerģija ķīmiskā saite atomi molekulās ir daudzkārt mazāki par kodola nukleonu kodolsaites enerģiju kodolā. Kodolenerģiju raķešu dzinējos var izmantot divos veidos:

1. Izdalītā enerģija tiek izmantota darba šķidruma sildīšanai, kas pēc tam sprauslā izplešas, tāpat kā parastajā raķešu dzinējā.

2. Kodolenerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā un pēc tam tiek izmantota, lai jonizētu un paātrinātu darba šķidruma daļiņas.

3. Visbeidzot, impulsu rada paši skaldīšanas produkti, kas veidojas procesā (piemēram, ugunsizturīgie metāli - volframs, molibdēns) tiek izmantoti, lai skaldāmajām vielām piešķirtu īpašas īpašības.

Cietfāzes reaktora degvielas elementi ir caurstrāvoti ar kanāliem, pa kuriem plūst kodoldzinēja darba šķidrums, pakāpeniski uzkarstot. Kanālu diametrs ir aptuveni 1-3 mm, un to kopējā platība ir 20-30% no aktīvās zonas šķērsgriezuma. Kodols ir piekārts speciālā režģī enerģijas tvertnes iekšpusē, lai tas varētu izplesties, reaktoram uzkarstot (pretējā gadījumā tas sabruktu termiskās slodzes dēļ).

Kodols piedzīvo lielas mehāniskās slodzes, kas saistītas ar ievērojamiem hidrauliskā spiediena kritumiem (līdz pat vairākiem desmitiem atmosfēru) no plūstošā darba šķidruma, termiskajiem spriegumiem un vibrācijām. Aktīvās zonas lieluma palielināšanās, reaktoram uzsilstot, sasniedz vairākus centimetrus. Aktīvā zona un reflektors ir ievietoti izturīgā jaudas korpusā, kas absorbē darba šķidruma spiedienu un strūklas sprauslas radīto vilci. Korpuss ir aizvērts ar izturīgu vāku. Tajā atrodas pneimatiskie, atsperu vai elektriskie mehānismi regulējošo institūciju vadīšanai, kodoldzinēja piestiprināšanas punkti kosmosa kuģim un atloki kodoldzinēja savienošanai ar darba šķidruma padeves cauruļvadiem. Uz vāka var atrasties arī turbo sūkņa bloks.

8 - Uzgalis,

9 - Paplašināmā sprauslas sprausla,

10 - Turbīnas darba vielas izvēle,

11 - Spēka korpuss,

12 - vadības cilindrs,

13 - Turbīnas izplūdes gāze (izmanto, lai kontrolētu stāvokli un palielinātu vilci),

14 - Vadības trumuļu piedziņas gredzens)

1957. gada sākumā tika noteikts Losalamos laboratorijas galīgais darba virziens un pieņemts lēmums būvēt grafīta kodolreaktoru ar grafītā izkliedētu urāna degvielu. Šajā virzienā radītais reaktors Kiwi-A tika pārbaudīts 1959. gadā 1. jūlijā.

Amerikāņu cietās fāzes kodolreaktīvā dzinējs XE Prime uz pārbaudes stenda (1968)

Papildus reaktora celtniecībai Los Alamos laboratorija pilnā sparā darbojās speciāla izmēģinājumu poligona celtniecībā Nevadā, kā arī veica vairākus īpašus pasūtījumus no ASV gaisa spēkiem saistītajās jomās (individuālu TURE vienības). Los Alamos laboratorijas uzdevumā visus īpašos pasūtījumus atsevišķu komponentu ražošanai veica šādi uzņēmumi: Aerojet General, Ziemeļamerikas aviācijas nodaļa Rocketdyne. 1958. gada vasarā visa Rover programmas kontrole tika nodota no ASV gaisa spēkiem jaunizveidotajai Nacionālajai aeronautikas un kosmosa pārvaldei (NASA). Īpašas vienošanās rezultātā starp AEC un NASA 1960. gada vasaras vidū G. Fingera vadībā tika izveidots Kosmosa kodolieroču birojs, kas vēlāk vadīja Rover programmu.

Sešu kodolreaktīvo dzinēju "karsto testu" rezultāti bija ļoti iepriecinoši, un 1961. gada sākumā tika sagatavots ziņojums par reaktora lidojuma pārbaudi (RJFT). Pēc tam 1961. gada vidū tika uzsākts Nerva projekts (kodoldzinēja izmantošana kosmosa raķetēm). Par ģenerāluzņēmēju tika izvēlēts Aerojet General, bet par reaktora būvniecību atbildīgo apakšuzņēmēju – Westinghouse.

10.2. Darbs pie TURE Krievijā

Amerikāņu" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">Amerikāņu, krievu zinātnieki pētniecības reaktoros izmantoja visekonomiskākos un efektīvākos atsevišķu degvielas elementu testus. Viss darbs tika veikts 70.-80. ļāva projektēšanas birojam "Salyut", Ķīmiskās automātikas projektēšanas birojam, IAE, NIKIET un NPO "Luch" (PNITI) izstrādāt dažādus kosmosa kodoldzinēju un hibrīdu kodolspēkstaciju projektus Ķīmiskās automātikas projektēšanas birojā NIITP vadība (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO bija atbildīgi par reaktora elementiem, Luch", MAI). PAGALMS RD 0411 un minimālā izmēra kodoldzinējs RD 0410 vilces spēks attiecīgi 40 un 3,6 tonnas.

Rezultātā testēšanai ar ūdeņraža gāzi tika izgatavots reaktors, “aukstais” dzinējs un stenda prototips. Atšķirībā no amerikāņu, ar īpatnējo impulsu, kas nepārsniedz 8250 m/s, padomju TNRE, pateicoties karstumizturīgāku un uzlabotas konstrukcijas degvielas elementu izmantošanai un augstai temperatūrai kodolā, šis rādītājs bija vienāds ar 9100 m. /s un augstāk. Sola bāze NPO "Luch" kopīgās ekspedīcijas TURE testēšanai atradās 50 km uz dienvidrietumiem no Semipalatinskas-21 pilsētas. Viņa sāka strādāt 1962. gadā. In Izmēģinājumu poligonā tika izmēģināti ar kodolenerģiju darbināmu raķešu dzinēju prototipu pilna mēroga degvielas elementi. Šajā gadījumā izplūdes gāzes iekļuva slēgtajā izplūdes sistēmā. Izmēģinājumu stenda komplekss Baikal-1 pilna izmēra kodoldzinēju testēšanai atrodas 65 km uz dienvidiem no Semipalatinskas-21. No 1970. līdz 1988. gadam tika veikti aptuveni 30 reaktoru “karstie iedarbinājumi”. Tajā pašā laikā jauda nepārsniedza 230 MW ar ūdeņraža patēriņu līdz 16,5 kg/sek un tā temperatūru pie reaktora izejas 3100 K. Visas palaišanas bija veiksmīgas, bez problēmām un saskaņā ar plānu.

Padomju TNRD RD-0410 ir vienīgais strādājošais un uzticamais rūpnieciskais kodolraķešu dzinējs pasaulē

Šobrīd šādi darbi objektā ir pārtraukti, lai gan tehnika tiek uzturēta samērā darba stāvoklī. NPO Luch stenda bāze ir vienīgais eksperimentālais komplekss pasaulē, kurā bez ievērojamām finansiālām un laika izmaksām iespējams pārbaudīt kodolreaktoru elementus. Iespējams, ka ASV atsāktais darbs pie kodoldzinēju dzinējiem lidojumiem uz Mēnesi un Marsu Kosmosa izpētes iniciatīvas programmas ietvaros ar plānoto Krievijas un Kazahstānas speciālistu piedalīšanos novedīs pie darbības atsākšanas plkst. Semipalatinskas bāze un “marsiešu” ekspedīcijas īstenošana 2020. gados.

Galvenās īpašības

Īpatnējais impulss uz ūdeņradi: 910 - 980 sek(teorētiski līdz 1000 sek).

· Darba šķidruma (ūdeņraža) izplūdes ātrums: 9100 - 9800 m/sek.

· Sasniedzamā vilce: līdz simtiem un tūkstošiem tonnu.

· Maksimālās darba temperatūras: 3000°С - 3700°С (īslaicīga ieslēgšana).

· Darbības laiks: līdz vairākiem tūkstošiem stundu (periodiska aktivizēšana). /5/

11.Ierīce

Padomju cietās fāzes kodolraķešu dzinēja RD-0410 dizains

1 - līnija no darba šķidruma tvertnes

2 - turbo sūkņa bloks

3 - kontrolēt bungu piedziņu

4 - aizsardzība pret radiāciju

5 - regulēšanas cilindrs

6 - palēninātājs

7 - degvielas komplekts

8 - reaktora tvertne

9 - uguns dibens

10 - sprauslu dzesēšanas līnija

11- sprauslu kamera

12 - uzgalis

12.Darbības princips

Pēc darbības principa TNRE ir augstas temperatūras reaktors-siltummainis, kurā zem spiediena tiek ievadīts darba šķidrums (šķidrais ūdeņradis) un, uzkarsējot līdz augstām temperatūrām (virs 3000°C), tas tiek izvadīts caur atdzesēta sprausla. Siltuma reģenerācija sprauslā ir ļoti izdevīga, jo ļauj daudz ātrāk uzsildīt ūdeņradi un, izmantojot ievērojamu daudzumu siltumenerģijas, īpatnējo impulsu var palielināt līdz 1000 sek (9100-9800 m/s).

Kodolraķešu dzinēja reaktors

MsoNormalTable">

Darba šķidrums

Blīvums, g/cm3

īpatnējā vilce (pie norādītām temperatūrām sildīšanas kamerā, °K), sek

0,071 (šķidrums)

0,682 (šķidrums)

1000 (šķidrums)

Nē. Dann

Nē. Dann

Nē. Dann

(Piezīme: spiediens sildīšanas kamerā ir 45,7 atm, izplešanās līdz spiedienam 1 atm pie nemainīgas ķīmiskais sastāvs darba šķidrums) /6/

15. Ieguvumi

Galvenā TNRE priekšrocība salīdzinājumā ar ķīmiskajiem raķešu dzinējiem ir augstāka īpatnējā impulsa sasniegšana, ievērojamas enerģijas rezerves, sistēmas kompaktums un spēja iegūt ļoti lielu vilci (desmitiem, simtiem un tūkstošiem tonnu vakuumā. Kopumā Vakuumā sasniegtais specifiskais impulss ir lielāks nekā izlietotai divkomponentu ķīmiskai vielai raķešu degviela(petroleja-skābeklis, ūdeņradis-skābeklis) 3-4 reizes, bet, strādājot ar augstāko siltuma intensitāti, 4-5 reizes. Šobrīd ASV un Krievijā ir ievērojama pieredze šādu dzinēju izstrādē un konstruēšanā, un nepieciešamības gadījumā (speciālas kosmosa izpētes programmas) šādus dzinējus var izgatavot īsā laikā un par tiem būs saprātīgas izmaksas. Ja TURE izmanto kosmosa kuģu paātrināšanai kosmosā un papildus tiek izmantoti perturbācijas manevri, izmantojot gravitācijas lauku lielākās planētas(Jupiters, Urāns, Saturns, Neptūns) Saules sistēmas izpētes sasniedzamās robežas ievērojami paplašinās, un ievērojami samazinās laiks, kas nepieciešams tālu planētu sasniegšanai. Turklāt TNRE var veiksmīgi izmantot ierīcēm, kas darbojas zemās milzu planētu orbītās, izmantojot to reto atmosfēru kā darba šķidrumu, vai darbam to atmosfērā. /8/

16.Trūkumi

Galvenais TNRE trūkums ir spēcīgas caurlaidīga starojuma (gamma starojuma, neitronu) plūsmas klātbūtne, kā arī ļoti radioaktīvu urāna savienojumu, ugunsizturīgo savienojumu ar inducēto starojumu un radioaktīvo gāzu noņemšana ar darba šķidrumu. Šajā sakarā TURE nav pieņemams palaišanai uz zemes, lai izvairītos no vides situācijas pasliktināšanās palaišanas vietā un atmosfērā. /14/

17.TURD īpašību uzlabošana. Hibrīdie turbopropelleru dzinēji

Tāpat kā jebkurai raķetei vai jebkuram dzinējam kopumā, arī cietfāzes kodolreaktīvajam dzinējam ir būtiski ierobežojumi attiecībā uz svarīgākajām sasniedzamajām īpašībām. Šie ierobežojumi norāda uz ierīces (TJRE) nespēju darboties temperatūras diapazonā, kas pārsniedz motora konstrukcijas materiālu maksimālo darba temperatūru diapazonu. Lai paplašinātu iespējas un būtiski palielinātu TNRE galvenos darbības parametrus, var izmantot dažādas hibrīdshēmas, kurās TNRE spēlē siltuma un enerģijas avota lomu un tiek izmantotas papildu fizikālās metodes darba šķidrumu paātrināšanai. Visuzticamākā, praktiski iespējama un ar augstiem īpatnējo impulsu un vilces raksturlielumiem ir hibrīda shēma ar papildu MHD ķēdi (magnetohidrodinamisko ķēdi) jonizētā darba šķidruma (ūdeņraža un speciālu piedevu) paātrināšanai. /13/

18. Kodoldzinēju radītā radiācijas bīstamība.

Darbojošs kodoldzinējs ir spēcīgs starojuma avots – gamma un neitronu starojums. Neveicot īpašus pasākumus, starojums var izraisīt nepieņemamu darba šķidruma un konstrukcijas uzkaršanu kosmosa kuģī, metāla konstrukciju materiālu trauslumu, plastmasas iznīcināšanu un gumijas detaļu novecošanos, elektrisko kabeļu izolācijas bojājumus, elektronisko iekārtu bojājumus. Radiācija var izraisīt materiālu inducētu (mākslīgu) radioaktivitāti – to aktivizāciju.

Šobrīd problēma aizsardzība pret radiāciju principā tiek uzskatīts par atrisinātu kosmosa kuģi ar kodoldzinējiem. Atrisināti arī fundamentāli jautājumi, kas saistīti ar kodoldzinēju apkopi izmēģinājumu stendos un palaišanas vietās. Lai gan strādājošs kodoldzinējs rada apdraudējumu apkalpojošajam personālam, jau vienu dienu pēc kodoldzinēja darbības beigām tas ir iespējams bez jebkādiem līdzekļiem personīgā aizsardzība atrasties dažu desmitu minūšu laikā 50 m attālumā no atomelektrostacijas un pat tai tuvoties. Vienkāršākie aizsardzības līdzekļi ļauj apkopes personālam iekļūt kodoldzinēja darba zonā neilgi pēc testēšanas.

Palaišanas kompleksu un vides piesārņojuma līmenis acīmredzot nebūs šķērslis kodoldzinēju izmantošanai kosmosa raķešu zemākajās pakāpēs. Radiācijas apdraudējuma problēmu videi un apkalpojošajam personālam lielā mērā mazina fakts, ka ūdeņradis, ko izmanto kā darba šķidrumu, praktiski neaktivizējas, ejot cauri reaktoram. Tāpēc ar kodoldzinēju darbināma dzinēja strūkla nav bīstamāka par šķidrās degvielas raķešu dzinēja strūklu./4/

Secinājums

Apsverot kodoldzinēju attīstības un izmantošanas perspektīvas astronautikā, ir jāvadās no dažādu veidu kodoldzinēju dzinēju sasniegtajiem un sagaidāmajiem raksturlielumiem, no tā, ko to pielietojums var dot astronautikai, un, visbeidzot, no ciešā savienojuma. kodoldzinēju problēma ar energoapgādes problēmu kosmosā un vispār ar enerģijas attīstības jautājumiem.

Kā minēts iepriekš, no visiem iespējamiem kodolieroču dzinēju veidiem visattīstītākie ir termiskais radioizotopu dzinējs un dzinējs ar cietās fāzes skaldīšanas reaktoru. Bet, ja radioizotopu kodoldzinēju raksturlielumi neļauj cerēt uz to plašu izmantošanu astronautikā (vismaz tuvākajā nākotnē), tad cietfāzes kodoldzinēju radīšana paver lielas perspektīvas astronautikai.

Piemēram, ir ierosināta ierīce ar sākotnējo masu 40 000 tonnu (t.i., aptuveni 10 reizes lielāka nekā lielākajām modernajām nesējraķetēm), un 1/10 no šīs masas veido lietderīgā krava un 2/3 — kodolieroču masa. maksas . Ja jūs detonējat vienu lādiņu ik pēc 3 sekundēm, tad ar to padevi pietiks 10 dienām nepārtrauktai kodoldzinēju sistēmas darbībai. Šajā laikā ierīce paātrināsies līdz 10 000 km/s un nākotnē pēc 130 gadiem tā var sasniegt zvaigzni Alfa Kentauri.

Atomelektrostacijām ir unikālas īpašības, kas ietver praktiski neierobežotu enerģijas intensitāti, darbības neatkarību no vides un imunitāti pret ārējām ietekmēm ( kosmiskais starojums, meteorītu bojājumi, augsta un zema temperatūra utt.). Tomēr kodolradioizotopu iekārtu maksimālā jauda ir ierobežota līdz vairākiem simtiem vatu. Šis ierobežojums nepastāv kodolreaktoru elektrostacijām, kas nosaka to izmantošanas rentabilitāti smago kosmosa kuģu ilgstošos lidojumos Zemei tuvajā kosmosā, lidojumu laikā uz Saules sistēmas tālajām planētām un citos gadījumos.

Cietfāzes un citu kodolieroču dzinēju ar skaldīšanas reaktoriem priekšrocības vispilnīgāk atklājas tādu sarežģītu kosmosa programmu izpētē kā pilotēti lidojumi uz Saules sistēmas planētām (piemēram, ekspedīcijas laikā uz Marsu). Šajā gadījumā dzinēja īpatnējā impulsa palielināšanās ļauj atrisināt kvalitatīvi jaunas problēmas. Visas šīs problēmas tiek ievērojami atvieglotas, ja tiek izmantots cietās fāzes kodoldegvielas raķešu dzinējs ar specifisku impulsu, kas ir divreiz lielāks nekā mūsdienu šķidrās degvielas raķešu dzinējiem. Šajā gadījumā kļūst iespējams arī ievērojami samazināt lidojumu laiku.

Visticamāk, ka tuvākajā nākotnē cietās fāzes kodoldzinēji kļūs par vienu no visizplatītākajiem raķešu dzinējiem. Cietās fāzes kodoldzinējus var izmantot kā ierīces tālsatiksmes lidojumiem, piemēram, uz tādām planētām kā Neptūns, Plutons un pat lidošanai ārpus Saules sistēmas. Tomēr lidojumiem uz zvaigznēm nav piemērots kodoldzinējs, kas balstīts uz skaldīšanas principiem. Šajā gadījumā perspektīvi ir kodoldzinēji jeb, precīzāk, kodoltermiskās reaktīvie dzinēji (TRE), kas darbojas pēc kodolsintēzes reakciju principa, un fotoniskie reaktīvie dzinēji (PRE), kuru impulsa avots ir vielas un antimateriāla anihilācijas reakcija. . Tomēr, visticamāk, cilvēce izmantos citu pārvietošanās metodi, lai ceļotu starpzvaigžņu telpā, kas atšķiras no reaktīvo lidmašīnu.

Nobeigumā pārfrāzēšu Einšteina slaveno frāzi - lai ceļotu uz zvaigznēm, cilvēcei ir jāizdomā kaut kas, kas pēc sarežģītības un uztveres būtu salīdzināms ar kodolreaktoru neandertālietim!

LITERATŪRA

Avoti:

1. "Raķetes un cilvēki. 4. grāmata Moon Race" - M: Znanie, 1999.
2. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
3. Pervušins "Cīņa par zvaigznēm" - M: zināšanas, 1998.
4. L. Gilberga “Debesu iekarošana” - M: Znanie, 1994.g.
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodcovs
6. “Dzinējs”, “Kosmosa kuģu kodoldzinēji”, Nr.5 1999.g.

7. "Dzinējs", "Gāzes fāzes kodoldzinēji kosmosa kuģiem",

1999.gada 6.nr
7. http://www. *****/content/numbers/263/03.shtml
8. http://www. lpre. de/energomash/index. htm
9. http://www. *****/content/numbers/219/37.shtml
10., Čekalina nākotnes transports.

M.: Zināšanas, 1983. gads.

11. , Čekalina kosmosa izpēte - M.:

Zināšanas, 1988.

12. Gubanovs B. “Enerģija - Buran” - solis nākotnē // Zinātne un dzīve.-

13. Gatland K. Kosmosa tehnoloģija - M.: Mir, 1986.

14., Sergejs un tirdzniecība - M.: APN, 1989.

15.PSRS kosmosā. 2005 - M.: APN, 1989.

16. Ceļā uz dziļo kosmosu // Enerģija. - 1985. - Nr.6.

PIETEIKUMS

Cietfāzes kodolreaktīvo dzinēju galvenie raksturlielumi

Ražotājvalsts	Dzinējs	Vilces spēks vakuumā, kN	specifisks impulss, sek		Projekta darbs, gads
	NERVA/Lox jauktais cikls

Aleksandrs Losevs

Raķešu un kosmosa tehnoloģiju straujo attīstību 20. gadsimtā noteica abu lielvaru – PSRS un ASV – militāri stratēģiskie, politiskie un zināmā mērā arī ideoloģiskie mērķi un intereses, un visas valsts kosmosa programmas bija a savu militāro projektu turpināšanu, kur galvenais uzdevums bija nodrošināt aizsardzības spējas un stratēģisko paritāti ar potenciālo ienaidnieku. Iekārtu izveides izmaksām un ekspluatācijas izmaksām toreiz nebija būtiskas nozīmes. Nesējraķešu un kosmosa kuģu izveidei tika atvēlēti milzīgi resursi, un Jurija Gagarina 108 minūšu lidojums 1961. gadā un Nīla Ārmstronga un Buza Oldrina televīzijas pārraide no Mēness virsmas 1969. gadā nebija tikai zinātnes un tehnikas triumfi. domāja, ka tās tika uzskatītas arī par stratēģiskām uzvarām aukstā kara kaujās.

Bet pēc tam, kad Padomju Savienība sabruka un izstājās no sacensībām par pasaules līdera lomu, tās ģeopolitiskajiem pretiniekiem, galvenokārt ASV, vairs nebija jāīsteno prestiži, bet ārkārtīgi dārgi kosmosa projekti, lai pierādītu visai pasaulei Rietumu ekonomikas pārākumu. sistēma un ideoloģiskie jēdzieni.
90. gados zaudēja aktualitāti iepriekšējo gadu galvenie politiskie uzdevumi, bloku konfrontācija padevās globalizācijai, pasaulē valdīja pragmatisms, tāpēc lielākā daļa kosmosa programmu tika ierobežotas vai atliktas tikai kā mantojums no vērienīgajiem projektiem pagātne. Turklāt Rietumu demokrātija visas dārgās valdības programmas ir padarījusi atkarīgas no vēlēšanu cikliem.
Vēlētāju atbalsts, kas nepieciešams, lai iegūtu vai saglabātu varu, liek politiķiem, parlamentiem un valdībām sliecas uz populismu un risināt īstermiņa problēmas, tāpēc izdevumi kosmosa izpētei gadu no gada tiek samazināti.
Lielākā daļa fundamentālo atklājumu tika veikti divdesmitā gadsimta pirmajā pusē, un mūsdienās zinātne un tehnika ir sasniegušas zināmas robežas, turklāt zinātnisko zināšanu popularitāte ir samazinājusies visā pasaulē, matemātikas, fizikas un citu dabaszinātņu mācīšanas kvalitāte. zinātnes ir pasliktinājušās. Tas ir kļuvis par pēdējo divu desmitgažu stagnācijas iemeslu, tostarp kosmosa nozarē.
Taču tagad kļūst acīmredzams, ka pasaule tuvojas cita tehnoloģiskā cikla beigām, kas balstīts uz pagājušā gadsimta atklājumiem. Tāpēc jebkura vara, kurai globālās tehnoloģiskās struktūras izmaiņu laikā iegūs principiāli jaunas perspektīvas tehnoloģijas, automātiski nodrošinās pasaules līdera pozīcijas vismaz nākamajiem piecdesmit gadiem.

Kodoldzinēja ar ūdeņradi kā darba šķidrumu pamata konstrukcija

Tas tiek realizēts gan ASV, kas ir noteikusi kursu Amerikas varenības atdzimšanai visās darbības sfērās, gan Ķīnā, kas izaicina Amerikas hegemoniju, gan Eiropas Savienībā, kas visiem spēkiem cenšas saglabāt savu svaru pasaules ekonomikā.
Tur ir industriāla politika un viņi nopietni nodarbojas ar sava zinātniskā, tehniskā un ražošanas potenciāla attīstību, un kosmosa sfēra var kļūt par labāko izmēģinājumu poligonu jaunu tehnoloģiju testēšanai un zinātnisku hipotēžu pierādīšanai vai atspēkošanai, kas var likt pamatu. principiāli atšķirīgas, progresīvākas nākotnes tehnoloģijas radīšanai.
Un gluži dabiski ir cerība, ka ASV būs pirmā valsts, kurā tiks atsākti dziļās kosmosa izpētes projekti, lai radītu unikālas inovatīvas tehnoloģijas ieroču, transporta un konstrukciju materiālu jomā, kā arī biomedicīnā un telekomunikācijās.
Tiesa, pat ASV nav garantēti panākumi revolucionāru tehnoloģiju radīšanā. Ēst augsta riska nonākt strupceļā, uzlabojot pusgadsimtu vecus raķešu dzinējus, kuru pamatā ir ķīmiskā degviela, kā to dara Elona Muska SpaceX, vai radot dzīvības uzturēšanas sistēmas ilgiem lidojumiem, kas ir līdzīgas tām, kas jau ir ieviestas SKS.
Vai Krievija, kuras stagnācija kosmosa nozarē ar katru gadu kļūst arvien pamanāmāka, var veikt lēcienu sacīkstēs par to, lai nākotnes tehnoloģiskā līderība paliktu lielvaru klubā, nevis attīstības valstu sarakstā?
Jā, protams, Krievija var, un turklāt jau ir sperts manāms solis uz priekšu kodolenerģētikā un kodolraķešu dzinēju tehnoloģijās, neskatoties uz hronisko kosmosa industrijas nepietiekamo finansējumu.
Astronautikas nākotne ir kodolenerģijas izmantošana. Lai saprastu, kā kodoltehnoloģijas un kosmoss ir savienotas, ir jāapsver reaktīvās piedziņas pamatprincipi.
Tātad, galvenie veidi mūsdienu kosmosa dzinēji radīts uz ķīmiskās enerģijas principiem. Tie ir cietā kurināmā akseleratori un šķidro raķešu dzinēji, kuru sadegšanas kamerās degvielas komponenti (degviela un oksidētājs) nonāk eksotermiskā fizikālā un ķīmiskā degšanas reakcijā, veidojot strūklas strūklu, kas ik sekundi izspiež tonnas vielas no dzinēja sprauslas. Strūklas darba šķidruma kinētiskā enerģija tiek pārveidota par reaktīvo spēku, kas ir pietiekams, lai virzītu raķeti. Šādu ķīmisko dzinēju īpatnējais impulss (radītā vilces spēka attiecība pret izmantotās degvielas masu) ir atkarīgs no degvielas sastāvdaļām, spiediena un temperatūras sadegšanas kamerā, kā arī no gāzveida maisījuma molekulmasas, kas tiek izvadīts caur degvielu. dzinēja sprausla.
Un jo augstāka ir vielas temperatūra un spiediens sadegšanas kamerā, un jo mazāka ir gāzes molekulmasa, jo lielāks ir īpašais impulss un līdz ar to arī dzinēja efektivitāte. Īpatnējais impulss ir kustības daudzums, un to parasti mēra metros sekundē, tāpat kā ātrumu.
Ķīmiskajos dzinējos vislielāko īpatnējo impulsu nodrošina skābekļa-ūdeņraža un fluora-ūdeņraža degvielas maisījumi (4500–4700 m/s), bet par populārākajiem (un ērtākajiem ekspluatācijā) kļuvuši raķešu dzinēji, kas darbojas ar petroleju un skābekli, jo piemēram, Sojuz un Musk's Falcon raķetes, kā arī dzinēji, kuros izmanto nesimetrisko dimetilhidrazīnu (UDMH) ar oksidētāju slāpekļa tetroksīda un slāpekļskābes maisījuma veidā (padomju un krievu protons, franču Ariane, amerikāņu Titāns). To efektivitāte ir 1,5 reizes zemāka nekā ūdeņraža degvielas dzinējiem, taču ar 3000 m/s impulsu un jaudu ir pilnīgi pietiekami, lai būtu ekonomiski izdevīgi palaist tonnu kravnesību Zemes orbītās.
Taču lidojumi uz citām planētām prasa daudz lielāks izmērs kosmosa kuģi nekā visi, ko cilvēce ir radījusi iepriekš, tostarp moduļu SKS. Šajos kuģos ir nepieciešams nodrošināt ilgtermiņa autonoma eksistence apkalpes, noteiktas degvielas padeves un ekspluatācijas dzinēju un manevru un orbītas korekcijas dzinēju ekspluatācijas laiks nodrošina astronautu nogādāšanu īpašā nosēšanās modulī uz citas planētas virsmu un atgriešanos galvenajā transporta kuģī, un tad ekspedīcijas atgriešanās uz Zemi.
Uzkrātās inženierzinātnes un dzinēju ķīmiskā enerģija dod iespēju atgriezties uz Mēness un sasniegt Marsu, tāpēc pastāv liela varbūtība, ka tuvākajā desmitgadē cilvēce apmeklēs Sarkano planētu.
Ja paļaujamies tikai uz esošajām kosmosa tehnoloģijām, tad apdzīvojamā moduļa minimālā masa pilotējamam lidojumam uz Marsu vai Jupitera un Saturna pavadoņiem būs aptuveni 90 tonnas, kas ir 3 reizes vairāk nekā 70. gadu sākuma Mēness kuģiem. , kas nozīmē, ka nesējraķetes palaišanai atsauces orbītās tālākam lidojumam uz Marsu būs daudz pārākas par Apollo mēness projekta Saturn 5 (palaišanas svars 2965 tonnas) vai padomju nesējraķeti Energia (palaišanas svars 2400 tonnas). Būs nepieciešams orbītā izveidot starpplanētu kompleksu, kas sver līdz 500 tonnām. Lidojums uz starpplanētu kuģa ar ķīmisko raķešu dzinējiem prasīs no 8 mēnešiem līdz 1 gadam tikai vienā virzienā, jo būs jāveic gravitācijas manevri, izmantojot planētu gravitācijas spēku un kolosālu degvielas padevi, lai papildus paātrinātu kuģi. .
Bet, izmantojot raķešu dzinēju ķīmisko enerģiju, cilvēce nelidos tālāk par Marsa vai Veneras orbītu. Mums ir vajadzīgi dažādi kosmosa kuģu lidojuma ātrumi un cita jaudīgāka kustības enerģija.

Moderns kodolraķešu dzinēja dizains Princeton Satellite Systems

Lai izpētītu dziļo kosmosu, ir būtiski jāpalielina raķešu dzinēja vilces un svara attiecība un efektivitāte, tādējādi palielinot tā specifisko impulsu un kalpošanas laiku. Un, lai to izdarītu, ir nepieciešams uzsildīt gāzi vai darba šķidruma vielu ar zemu atommasu motora kamerā līdz temperatūrai, kas vairākas reizes pārsniedz tradicionālo degvielas maisījumu ķīmiskās sadegšanas temperatūru, un to var izdarīt, izmantojot kodolreakciju.
Ja parastās sadegšanas kameras vietā ievietojat raķešu dzinēju kodolreaktors, kuras aktīvajā zonā tiks ievadīta viela šķidrā vai gāzveida formā, tad tā, uzkarstot zem augsta spiediena līdz pat vairākiem tūkstošiem grādu, sāks izmest caur sprauslas kanālu, radot strūklas vilci. Šāda kodolreaktīvā dzinēja specifiskais impulss būs vairākas reizes lielāks nekā parastajam ar ķīmiskajām sastāvdaļām, kas nozīmē, ka gan paša dzinēja, gan nesējraķetes efektivitāte kopumā pieaugs daudzkārt. Šajā gadījumā oksidētājs degvielas sadedzināšanai nebūs vajadzīgs, un vieglo ūdeņraža gāzi var izmantot kā vielu, kas rada strūklas vilci, mēs zinām, ka jo mazāka ir gāzes molekulmasa, jo lielāks impulss, un tas ievērojami palielinās samazināt raķetes masu ar labāku dzinēja jaudu.
Kodoldzinējs būs labāks par parasto, jo reaktora zonā vieglo gāzi var uzkarsēt līdz temperatūrai, kas pārsniedz 9 tūkstošus Kelvina grādu, un šādas pārkarsētas gāzes strūkla nodrošinās daudz lielāku īpatnējo impulsu, nekā spēj nodrošināt parastie ķīmiskie dzinēji. . Bet tas ir teorētiski.
Bīstamība nav pat tā, ka, palaižot nesējraķeti ar šādu kodoliekārtu, var rasties atmosfēras un telpas ap palaišanas platformu radioaktīvs piesārņojums, galvenā problēma ir tā, ka augstas temperatūras Pats dzinējs var izkust kopā ar kosmosa kuģi. Dizaineri un inženieri to saprot un jau vairākus gadu desmitus ir mēģinājuši atrast piemērotus risinājumus.
Kodolraķešu dzinējiem (NRE) jau ir sava radīšanas un darbības vēsture kosmosā. Pirmā kodoldzinēju izstrāde sākās 1950. gadu vidū, tas ir, pat pirms cilvēka lidojuma kosmosā un gandrīz vienlaikus gan PSRS, gan ASV, un pati ideja par kodolreaktoru izmantošanu darba sildīšanai. viela raķešu dzinējā dzima kopā ar pirmajiem rektoriem 40. gadu vidū, tas ir, vairāk nekā pirms 70 gadiem.
Mūsu valstī kodolpiedziņas izveides iniciators bija siltumfiziķis Vitālijs Mihailovičs Ievļevs. 1947. gadā viņš prezentēja projektu, kuru atbalstīja S. P. Koroļovs, I. V. Kurčatovs un M. V. Keldišs. Sākotnēji šādus dzinējus bija plānots izmantot spārnotajām raķetēm un pēc tam uzstādīt uz ballistiskajām raķetēm. Izstrādi veica Padomju Savienības vadošie aizsardzības projektēšanas biroji, kā arī pētniecības institūti NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Padomju kodoldzinējs RD-0410 tika montēts 60. gadu vidū Voroņežas ķīmiskās automātikas projektēšanas birojā, kur tika radīta lielākā daļa šķidro raķešu dzinēju kosmosa tehnoloģijām.
RD-0410 kā darba šķidrumu izmantoja ūdeņradi, kas šķidrā veidā izgāja cauri “dzesēšanas apvalkam”, noņemot lieko siltumu no sprauslas sieniņām un neļaujot tam izkust, un pēc tam iekļuva reaktora aktīvā, kur tas tika uzkarsēts līdz. 3000K un izdalās caur kanālu sprauslām, tādējādi pārvēršot siltumenerģiju kinētiskā enerģijā un radot specifisku impulsu 9100 m/s.
ASV kodolpiedziņas projekts tika uzsākts 1952. gadā, un pirmais darbojošais dzinējs tika izveidots 1966. gadā un tika nosaukts par NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). 60. un 70. gados Padomju Savienība un ASV centās viena otrai nepakļauties.
Tiesa, gan mūsu RD-0410, gan amerikāņu NERVA bija cietfāzes kodoldzinēji (uz urāna karbīdiem balstīta kodoldegviela reaktorā atradās cietā stāvoklī), un to darba temperatūra bija diapazonā no 2300 līdz 3100 000.
Lai paaugstinātu aktīvās zonas temperatūru bez eksplozijas vai reaktora sienu kušanas riska, ir jārada tādi kodolreakcijas apstākļi, kuros degviela (urāns) pārvēršas gāzveida stāvoklī vai pārvēršas plazmā un tiek turēta reaktora iekšpusē. spēcīga magnētiskā lauka dēļ, nepieskaroties sienām. Un tad ūdeņradis, kas nonāk reaktora aktīvā, gāzes fāzē “applūst” ap urānu un, pārvēršoties plazmā, tiek izvadīts ļoti lielā ātrumā pa sprauslas kanālu.
Šāda veida dzinēju sauc par gāzes fāzes kodoldzinēju. Gāzveida urāna degvielas temperatūra šādos kodoldzinējos var svārstīties no 10 tūkstošiem līdz 20 tūkstošiem Kelvina grādu, un īpatnējais impulss var sasniegt 50 000 m/s, kas ir 11 reizes lielāks nekā efektīvākajiem ķīmiskajiem raķešu dzinējiem.
Atvērta un slēgta tipa gāzes fāzes kodoldzinēju izveide un izmantošana kosmosa tehnoloģijās ir visdaudzsološākais virziens kosmosa raķešu dzinēju attīstībā un tieši tas, kas cilvēcei nepieciešams, lai izpētītu Saules sistēmas planētas un to pavadoņus.
Pirmie pētījumi par gāzes fāzes kodolieroču projektu sākās PSRS 1957. gadā Termisko procesu pētniecības institūtā (M. V. Keldiša vārdā nosauktais Nacionālais pētniecības centrs), un tika pieņemts lēmums attīstīt atomelektrostacijas, kuru pamatā ir gāzes fāzes kodolreaktori. 1963. gadā izgatavoja akadēmiķis V. P. Gluško (NPO Energomash), un pēc tam to apstiprināja ar PSKP CK un PSRS Ministru padomes lēmumu.
Gāzes fāzes kodoldzinēju dzinēju izstrāde Padomju Savienībā tika veikta divus gadu desmitus, bet diemžēl tā netika pabeigta nepietiekamā finansējuma un nepieciešamības pēc papildu fundamentāliem pētījumiem kodoldegvielas un ūdeņraža plazmas termodinamikas jomā. neitronu fizika un magnetohidrodinamika.
Padomju kodolzinātnieki un projektēšanas inženieri saskārās ar vairākām problēmām, piemēram, kritiskuma panākšanu un gāzes fāzes kodolreaktora darbības stabilitātes nodrošināšanu, izkausētā urāna zudumu samazināšanu līdz vairākiem tūkstošiem grādu uzkarsēta ūdeņraža izlaišanas laikā, termisko aizsardzību. sprauslas un magnētiskā lauka ģeneratora, kā arī urāna skaldīšanas produktu uzkrāšanās, ķīmiski izturīgu būvmateriālu izvēle utt.
Un kad par Padomju programma Pirmā pilotētā lidojuma uz Marsu "Mars-94" sāka veidot nesējraķeti Energia, kodoldzinēja projekts tika atlikts uz nenoteiktu laiku. Padomju Savienībai nebija pietiekami daudz laika un, pats galvenais, politiskās gribas un ekonomiskās efektivitātes, lai 1994. gadā nosēdinātu mūsu kosmonautus uz planētas Marss. Tas būtu nenoliedzams sasniegums un pierādījums mūsu vadošajai lomai augsto tehnoloģiju jomā nākamajās desmitgadēs. Taču kosmosu, tāpat kā daudzas citas lietas, nodeva pēdējā PSRS vadība. Vēsturi nevar mainīt, aizgājušos zinātniekus un inženierus nevar atgriezt, un zaudētās zināšanas nevar atjaunot. Daudz kas būs jārada no jauna.
Taču kosmosa kodolenerģija neaprobežojas tikai ar cietās un gāzes fāzes kodoldzinēju sfēru. Elektrisko enerģiju var izmantot, lai reaktīvā dzinējā radītu apsildāmu vielu plūsmu. Šo ideju pirmo reizi izteica Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis tālajā 1903. gadā savā darbā “Pasaules telpu izpēte, izmantojot reaktīvos instrumentus”.
Un pirmo elektrotermisko raķešu dzinēju PSRS izveidoja 30. gados Valentīns Petrovičs Gluško, topošais PSRS Zinātņu akadēmijas akadēmiķis un NPO Energia vadītājs.
Elektrisko raķešu dzinēju darbības principi var būt dažādi. Tos parasti iedala četros veidos:

• elektrotermiskais (apkure vai elektriskā loka). Tajos gāze tiek uzkarsēta līdz 1000–5000 K temperatūrai un tiek izvadīta no sprauslas tāpat kā kodolraķešu dzinējā.
• elektrostatiskie dzinēji (koloidālie un jonu), kuros vispirms tiek jonizēta darba viela, bet pēc tam pozitīvie joni (atomi, kuros nav elektronu) tiek paātrināti elektrostatiskā laukā un arī tiek izmesti caur sprauslas kanālu, radot strūklas vilci. Elektrostatiskie dzinēji ietver arī stacionārus plazmas dzinējus.
• magnetoplazmas un magnetodinamiskie raķešu dzinēji. Tur gāzes plazma tiek paātrināta, pateicoties ampēra spēkam magnētiskajos un elektriskajos laukos, kas krustojas perpendikulāri.
• impulsu raķešu dzinēji, kas izmanto gāzu enerģiju, kas rodas, iztvaicējot darba šķidrumu elektriskā izlāde.

Šo elektrisko raķešu dzinēju priekšrocība ir zemais darba šķidruma patēriņš, efektivitāte līdz 60% un liels daļiņu plūsmas ātrums, kas var būtiski samazināt kosmosa kuģa masu, taču ir arī trūkums – mazs vilces blīvums, un līdz ar to. maza jauda, ​​kā arī augstās darba šķidruma izmaksas (inertās gāzes vai tvaiki sārmu metāli), lai izveidotu plazmu.
Visi uzskaitītie elektromotoru veidi ir ieviesti praksē un jau kopš 60. gadu vidus vairākkārt izmantoti kosmosā gan padomju, gan amerikāņu kosmosa kuģos, taču zemās jaudas dēļ tos galvenokārt izmantoja kā orbītas korekcijas dzinējus.
No 1968. līdz 1988. gadam PSRS palaida veselu virkni Cosmos satelītu ar kodoliekārtas uz klāja. Reaktoru veidi tika nosaukti: "Buk", "Topaz" un "Jeņisejs".
Jeņisejas projekta reaktora siltuma jauda bija līdz 135 kW un elektriskā jauda apmēram 5 kW. Dzesēšanas šķidrums bija nātrija-kālija kausējums. Šis projekts tika slēgts 1996. gadā.
Īstam piedziņas raķešu motoram ir nepieciešams ļoti spēcīgs enerģijas avots. Un labākais enerģijas avots šādiem kosmosa dzinējiem ir kodolreaktors.
Kodolenerģija ir viena no augsto tehnoloģiju nozarēm, kurā mūsu valsts saglabā vadošās pozīcijas. Un Krievijā jau tiek radīts principiāli jauns raķešu dzinējs un šis projekts ir tuvu veiksmīgai pabeigšanai 2018. gadā. Lidojumu pārbaudes ir paredzētas 2020. gadā.
Un, ja gāzes fāzes kodoldzinējspēks ir turpmāko gadu desmitu tēma, pie kuras būs jāatgriežas pēc fundamentāliem pētījumiem, tad tās šodienas alternatīva ir megavatu klases kodolenerģijas piedziņas sistēma (NPPU), un to jau ir radījusi Rosatom un Roscosmos uzņēmumi kopš 2009. gada.
NPO Krasnaya Zvezda, kas šobrīd ir pasaulē vienīgais kosmisko atomelektrostaciju izstrādātājs un ražotājs, kā arī A. vārdā nosauktais pētniecības centrs. M. V. Keldišs, NIKIET im. N.A. Dollezhala, Pētniecības institūts NPO “Luch”, “Kurchatov Institute”, IRM, IPPE, RIAR un NPO Mashinostroeniya.
Kodolenerģijas piedziņas sistēma ietver augstas temperatūras gāzi dzesējamu ātro neitronu kodolreaktoru ar turbomašīnas sistēmu siltumenerģijas pārvēršanai elektroenerģijā, ledusskapju izstarotāju sistēmu liekā siltuma izvadīšanai kosmosā, instrumentu nodalījumu, barošanas bloku. plazmas vai jonu elektromotori un konteiners lietderīgās kravas ievietošanai.
Jaudas piedziņas sistēmā kodolreaktors kalpo kā elektroenerģijas avots elektrisko plazmas dzinēju darbībai, savukārt reaktora gāzes dzesēšanas šķidrums, kas iet cauri serdei, nonāk elektriskā ģeneratora un kompresora turbīnā un atgriežas atpakaļ reaktorā. slēgta cilpa, un netiek izmesta kosmosā kā kodoldzinējā, kas padara konstrukciju uzticamāku un drošāku, un tāpēc ir piemērota pilotējamiem kosmosa lidojumiem.
Plānots, ka atomelektrostacija tiks izmantota atkārtoti izmantojamam kosmosa velkonim, lai nodrošinātu kravu piegādi Mēness izpētes vai daudzfunkcionālu orbitālo kompleksu izveides laikā. Priekšrocība būs ne tikai transporta sistēmas elementu atkārtota izmantošana (ko Elons Masks cenšas panākt savos SpaceX kosmosa projektos), bet arī iespēja ar ķīmisko vielu nogādāt trīs reizes vairāk kravas nekā ar raķetēm. reaktīvie dzinēji salīdzināmu jaudu, samazinot transporta sistēmas sākuma svaru. Instalācijas īpašais dizains padara to drošu cilvēkiem un videi uz Zemes.
2014. gadā AS Mashinostroitelny Zavod elektrostalā tika samontēts pirmais standarta konstrukcijas degvielas elements (degvielas elements) šai kodolelektriskās piedziņas sistēmai, bet 2016. gadā tika veikti reaktora serdes groza simulatora testi.
Šobrīd (2017. gadā) notiek darbs pie konstrukcijas elementu izgatavošanas un detaļu un mezglu uzstādīšanas un testēšanas uz maketiem, kā arī turbomašīnu enerģijas pārveidošanas sistēmu un spēka agregātu prototipu autonomās testēšanas. Darbu pabeigšana plānota nākamā 2018. gada beigās, tomēr kopš 2015. gada sāka uzkrāties kavējuma grafiks.
Tātad, tiklīdz šī instalācija tiks izveidota, Krievija kļūs par pirmo valsti pasaulē, kuras rīcībā būs kodoltehnoloģijas, kas veidos pamatu ne tikai turpmākajiem Saules sistēmas izpētes projektiem, bet arī zemes un ārpuszemes enerģijai. . Kosmosa atomelektrostacijas var izmantot, lai izveidotu sistēmas attālai elektroenerģijas pārvadīšanai uz Zemi vai kosmosa moduļiem, izmantojot elektromagnētisko starojumu. Un šī arī kļūs par progresīvu nākotnes tehnoloģiju, kurā mūsu valstij būs vadošās pozīcijas.
Pamatojoties uz topošajiem plazmas elektromotoriem, tiks radītas jaudīgas piedziņas sistēmas cilvēku tālsatiksmes lidojumiem kosmosā un, pirmkārt, Marsa izpētei, kura orbītu var sasniegt tikai 1,5 mēnešu laikā, nevis vairāk nekā gadu, tāpat kā izmantojot parastos ķīmiskos reaktīvos dzinējus.
Un nākotne vienmēr sākas ar revolūciju enerģētikā. Un nekas cits. Enerģija ir primāra, un tieši enerģijas patēriņa apjoms ietekmē tehnikas progresu, aizsardzības spējas un cilvēku dzīves kvalitāti.

NASA eksperimentālais plazmas raķešu dzinējs

Padomju astrofiziķis Nikolajs Kardaševs ierosināja civilizāciju attīstības mērogu jau 1964. gadā. Saskaņā ar šo skalu civilizāciju tehnoloģiskās attīstības līmenis ir atkarīgs no enerģijas daudzuma, ko planētas iedzīvotāji izmanto savām vajadzībām. Tādējādi I tipa civilizācija izmanto visus pieejamos resursus, kas pieejami uz planētas; II tipa civilizācija - saņem savas zvaigznes enerģiju, kuras sistēmā tā atrodas; un III tipa civilizācija izmanto savas galaktikas pieejamo enerģiju. Cilvēce vēl nav nobriedusi līdz I tipa civilizācijai šādā mērogā. Mēs izmantojam tikai 0,16% no planētas Zeme kopējās potenciālās enerģijas rezerves. Tas nozīmē, ka Krievijai un visai pasaulei ir kur augt, un šīs kodoltehnoloģijas pavērs mūsu valstij ceļu ne tikai uz kosmosu, bet arī uz turpmāko ekonomisko uzplaukumu.
Un, iespējams, vienīgā iespēja Krievijai zinātnes un tehnikas jomā ir tagad veikt revolucionāru izrāvienu kosmosa kodoltehnoloģijās, lai vienā “lēcienā” pārvarētu daudzu gadu atpalicību no līderiem un būtu tieši pie tās pirmsākumiem. jauna tehnoloģiskā revolūcija nākamajā cilvēces civilizācijas attīstības ciklā. Šāda unikāla iespēja konkrētai valstij rodas tikai reizi dažos gadsimtos.
Diemžēl Krievija, kas pēdējo 25 gadu laikā nav pievērsusi pietiekamu uzmanību fundamentālajām zinātnēm un augstākās un vidējās izglītības kvalitātei, riskē zaudēt šo iespēju uz visiem laikiem, ja programma tiks ierobežota un jauna pētnieku paaudze neaizstās pašreizējos zinātniekus un inženieri. Ģeopolitiskie un tehnoloģiskie izaicinājumi, ar kuriem Krievija saskarsies pēc 10–12 gadiem, būs ļoti nopietni, salīdzināmi ar divdesmitā gadsimta vidus draudiem. Lai nākotnē saglabātu Krievijas suverenitāti un integritāti, šobrīd ir steidzami jāsāk sagatavot speciālisti, kas spēj reaģēt uz šiem izaicinājumiem un radīt kaut ko principiāli jaunu.
Ir tikai aptuveni 10 gadi, lai Krieviju pārveidotu par globālu intelektuālo un tehnoloģisko centru, un to nevar izdarīt bez nopietnām izglītības kvalitātes izmaiņām. Zinātniski tehnoloģiskam izrāvienam ir jāatgriežas izglītības sistēmā (gan skolā, gan augstskolā) sistemātiski uzskati par pasaules ainu, zinātnes fundamentālismu un ideoloģisko integritāti.
Kas attiecas uz pašreizējo stagnāciju kosmosa nozarē, tas nav biedējoši. Fiziskie principi, uz kura balstās modernās kosmosa tehnoloģijas, vēl ilgu laiku būs pieprasījums parasto satelītpakalpojumu sektorā. Atcerēsimies, ka cilvēce buru izmantoja 5,5 tūkstošus gadu, un tvaika laikmets ilga gandrīz 200 gadus, un tikai divdesmitajā gadsimtā pasaule sāka strauji mainīties, jo notika kārtējā zinātniski tehnoloģiskā revolūcija, kas uzsāka inovācijas un tehnoloģisko struktūru maiņa, kas galu galā mainījās un pasaules ekonomika un politika. Galvenais ir atrasties pie šo izmaiņu pirmsākumiem.

Pulsa PAGALMS tika izstrādāts saskaņā ar 1945. gadā Losalamos pētniecības laboratorijas doktora S. Ulama piedāvāto principu, saskaņā ar kuru tiek ierosināts izmantot kodollādiņu kā ļoti efektīvas kosmosa raķešu palaišanas iekārtas enerģijas avotu (degvielu).

Tajos laikos, tāpat kā daudzos turpmākajos gados, kodolenerģijas un kodoltermiskās lādiņi bija visspēcīgākie un kompaktākie enerģijas avoti salīdzinājumā ar citiem. Kā jūs zināt, mēs šobrīd atrodamies uz sliekšņa, lai atklātu veidus, kā kontrolēt vēl koncentrētāku enerģijas avotu, jo mēs jau esam diezgan progresējuši pirmās vienības, izmantojot antimateriālu, izstrādes jomā. Ja mēs izejam tikai no pieejamās enerģijas daudzuma, tad kodollādiņi nodrošina īpatnējo vilci vairāk nekā 200 000 sekunžu, bet kodoltermiskās lādiņi - līdz 400 000 sekundēm. Šīs īpašās vilces vērtības ir pārmērīgi augstas lielākajai daļai lidojumu Saules sistēmā. Turklāt, izmantojot kodoldegvielu “tīrā” veidā, rodas daudzas problēmas, kuras pat šobrīd vēl nav pilnībā atrisinātas. Tātad sprādziena laikā izdalītā enerģija jānodod darba šķidrumam, kas uzsilst un pēc tam izplūst no dzinēja, radot vilci. Saskaņā ar tradicionālajām metodes šādas problēmas risināšanai kodollādiņu ievieto “sadegšanas kamerā”, kas piepildīta ar darba šķidrumu (piemēram, ūdeni vai citu šķidru vielu), kas iztvaiko un pēc tam izplešas ar lielāku vai mazāku diabētiskums sprauslā.

Šāda sistēma, ko mēs saucam par iekšējo impulsu kodoldzinēju, ir ļoti efektīva, jo visi sprādziena produkti un visa darba šķidruma masa tiek izmantoti, lai radītu vilci. Nestabils darbības cikls ļauj šādai sistēmai attīstīt augstāku spiedienu un temperatūru sadegšanas kamerā, kā rezultātā lielāku īpatnējo vilci, salīdzinot ar nepārtrauktu darbības ciklu. Tomēr pats fakts, ka sprādzieni notiek noteiktā tilpumā, uzliek ievērojamus ierobežojumus spiedienam un temperatūrai kamerā un līdz ar to arī konkrētās vilces spēka sasniedzamajai vērtībai. Ņemot to vērā, neskatoties uz daudzajām iekšējā impulsa NRE priekšrocībām, ārējais impulsa NRE izrādījās vienkāršāks un efektīvāks, jo tika izmantots milzīgs kodolsprādzienu laikā izdalītais enerģijas daudzums.

Ārējās darbības kodoldzinēja dzinējā strūklas vilces radīšanā piedalās ne visa degvielas un darba šķidruma masa. Tomēr šeit pat ar zemāku efektivitāti. Tiek patērēts vairāk enerģijas, kā rezultātā sistēma darbojas efektīvāk. Ārējā impulsa AES (turpmāk tekstā vienkārši impulsa AES) izmanto enerģiju, ko rada liela skaita mazu kodollādiņu sprādziens uz raķetes klāja. Šie kodollādiņi tiek secīgi izmesti no raķetes un uzspridzināti aiz tās noteiktā attālumā ( zīmējums zemāk). Ar katru sprādzienu daži izplešanās gāzveida skaldīšanas fragmenti plazmas veidā ar lielu blīvumu un ātrumu saduras ar raķetes pamatni - stūmējplatformu. Plazmas impulss tiek pārnests uz stumšanas platformu, kas virzās uz priekšu ar lielu paātrinājumu. Paātrinājums tiek samazināts ar slāpēšanas ierīci līdz vairākiem g raķetes deguna nodalījumā, kas nepārsniedz cilvēka ķermeņa izturības robežas. Pēc saspiešanas cikla amortizācijas ierīce atgriež stumšanas platformu sākotnējā stāvoklī, pēc kuras tā ir gatava saņemt nākamo impulsu.

Kopējais ātruma pieaugums, ko ieguvis kosmosa kuģis ( zīmējums, aizņēmies no darba ), ir atkarīgs no sprādzienu skaita, un tāpēc to nosaka konkrētā manevra laikā iztērēto kodollādiņu skaits. Šāda kodolenerģijas piedziņas projekta sistemātisku izstrādi uzsāka Dr. T. B. Teilors (Vispārējās dinamikas vispārējā atomu nodaļa) un turpināja ar Uzlaboto pētījumu projektu aģentūras (ARPA), ASV gaisa spēku, NASA un General Dynamic atbalstu. deviņus gadus, pēc tam darbs šajā virzienā uz laiku tika pārtraukts, lai nākotnē atsāktu, jo šāda veida vilces sistēma tika izvēlēta kā viens no diviem galvenajiem Saules sistēmā lidojošo kosmosa kuģu dzinējspēkiem.

Impulsa ārējās darbības kodoldzinēja darbības princips

Agrīna instalācijas versija, ko NASA izstrādāja 1964.–1965. gadā, bija salīdzināma (diametrs) ar raķeti Saturn 5 un nodrošināja īpatnējo vilci 2500 s un efektīvo 350 g; galvenā dzinēja nodalījuma “sausais” svars (bez degvielas) bija 90,8 tonnas. Sākotnējā impulsa kodolraķetes dzinēja versijā tika izmantoti iepriekš minētie kodollādiņi, un tika pieņemts, ka tas darbosies zemās Zemes orbītās un starojumā. joslas zona sakarā ar radioaktīvā piesārņojuma briesmām atmosfērā ar sabrukšanas produktiem, kas izdalās sprādzienu laikā. Tad impulsa kodoldzinēju īpatnējais vilces spēks tika palielināts līdz 10 000 sekundēm, un šo dzinēju potenciālās iespējas ļāva nākotnē šo skaitli dubultot.

Impulsu kodoldzinēju sistēma, iespējams, jau tika izstrādāta 70. gados, lai 80. gadu sākumā veiktu pirmo pilotējamo kosmosa lidojumu uz planētām. Tomēr šī projekta izstrāde netika veikta pilnā apjomā, jo tika apstiprināta cietfāzes kodoldzinēja izveides programma. Turklāt impulsa kodolraķešu dzinēja izstrāde bija saistīta ar politisku problēmu, jo tajā tika izmantoti kodollādiņi.

Ērika K.A. (Krafts A. Ēriks)