Tekniske detaljer: atomdrevet rakett. Atomdrevet kryssermissil

Ofte i generelle pedagogiske publikasjoner om astronautikk skiller de ikke forskjellen mellom en kjernefysisk rakettmotor (NRE) og en kjernefysisk rakett installasjon av elektrisk motor(YAEDU). Imidlertid skjuler disse forkortelsene ikke bare forskjellen i prinsippene for å konvertere atomenergi til rakettkraft, men også en veldig dramatisk historie om utviklingen av astronautikk.

Dramaet i historien ligger i det faktum at hvis de var innom hovedsakelig økonomiske årsaker Siden forskning på kjernefysisk fremdrift og kjernefysisk fremdrift i både USSR og USA fortsatte, ville menneskelige flyreiser til Mars for lenge siden blitt vanlig.

Det hele startet med atmosfæriske fly med en ramjet-atommotor

Designere i USA og USSR vurderte å "puste" atominstallasjoner som var i stand til å trekke inn uteluft og varme den opp til kolossale temperaturer. Sannsynligvis ble dette prinsippet om skyvekraft lånt fra direktestrømsluft jetmotorer, bare i stedet rakettdrivstoff Spaltningsenergien til atomkjerner av urandioksid 235 ble brukt.

I USA ble en slik motor utviklet som en del av Pluto-prosjektet. Amerikanerne klarte å lage to prototyper av den nye motoren - Tory-IIA og Tory-IIC, som til og med drev reaktorene. Installasjonskapasiteten skulle være 600 megawatt.

Motorene utviklet som en del av Pluto-prosjektet var planlagt installert på kryssermissiler, som på 1950-tallet ble skapt under betegnelsen SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, supersonisk lavhøydemissil).

USA planla å bygge en rakett som var 26,8 meter lang, tre meter i diameter og veide 28 tonn. Rakettkroppen skulle inneholde et kjernefysisk stridshode, samt et kjernefysisk fremdriftssystem med en lengde på 1,6 meter og en diameter på 1,5 meter. Sammenlignet med andre størrelser så installasjonen veldig kompakt ut, noe som forklarer dets direktestrømsprinsipp for drift.

Utviklerne trodde at takket være atommotoren ville SLAM-missilets flyrekkevidde være minst 182 tusen kilometer.

I 1964 avsluttet det amerikanske forsvarsdepartementet prosjektet. Den offisielle årsaken var at en kryssermissil med kjernefysisk motor forurenser alt for mye. Men faktisk var årsaken de betydelige kostnadene ved å vedlikeholde slike raketter, spesielt siden raketter utviklet seg raskt basert på rakettmotorer med flytende drivstoff, hvis vedlikehold var mye billigere.

USSR forble trofast mot ideen om å lage en ramjet-design for en atomdrevet motor mye lenger enn USA, og avsluttet prosjektet først i 1985. Men resultatene viste seg å være mye mer betydningsfulle. Dermed ble den første og eneste sovjetiske kjernefysiske rakettmotoren utviklet ved designbyrået Khimavtomatika, Voronezh. Dette er RD-0410 (GRAU Index - 11B91, også kjent som "Irbit" og "IR-100").

RD-0410 brukte en heterogen termisk nøytronreaktor, moderatoren var zirkoniumhydrid, nøytronreflektorene var laget av beryllium, kjernebrenselet var et materiale basert på uran og wolframkarbider, med omtrent 80 % anrikning i 235 isotopen.

Designet inkluderte 37 drivstoffelementer, dekket med termisk isolasjon som skilte dem fra moderatoren. Prosjektet forutsetter at hydrogenstrømmen først passerte gjennom reflektoren og moderatoren, og holdt temperaturen ved romtemperatur, og deretter inn i kjernen, hvor den avkjølte drivstoffelementene, og varmet opp til 3100 K. På stativet ble reflektoren og moderatoren avkjøles av en separat hydrogenstrøm.

Reaktoren gjennomgikk en betydelig serie med tester, men ble aldri testet i hele driftstiden. Imidlertid var de utvendige reaktorkomponentene fullstendig oppbrukt.

Tekniske egenskaper for RD 0410

Skyvekraft i tomhet: 3,59 tf (35,2 kN)
Reaktor termisk effekt: 196 MW
Spesifikk skyveimpuls i vakuum: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Antall starter: 10
Arbeidsressurs: 1 time
Drivstoffkomponenter: arbeidsvæske - flytende hydrogen, hjelpestoff - heptan
Vekt s strålevern: 2 tonn
Motordimensjoner: høyde 3,5 m, diameter 1,6 m.

Relativt små totalmål og vekt, høy temperatur kjernebrensel(3100 K) med et effektivt kjølesystem med hydrogenstrøm indikerer at RD0410 er en nesten ideell prototype av en kjernefysisk fremdriftsmotor for moderne kryssermissiler. Og med tanke på moderne teknologierå skaffe selvstoppende kjernebrensel, å øke ressursen fra en time til flere timer er en veldig reell oppgave.

Design av kjernefysiske rakettmotorer

Nuclear rakettmotor (NRE) er en jetmotor der energien som genereres når kjernefysisk reaksjon forfall eller syntese, varmer arbeidsvæsken (oftest hydrogen eller ammoniakk).

Det er tre typer kjernefysiske fremdriftsmotorer avhengig av typen drivstoff for reaktoren:

• fast fase;
• flytende fase;
• gassfase.

Den mest komplette er solid-fase-versjonen av motoren. Figuren viser et diagram over den enkleste atomdrevne motoren med en fast kjernebrenselreaktor. Arbeidsvæsken er plassert i en ekstern tank. Ved hjelp av en pumpe tilføres den til motorkammeret. I kammeret sprøytes arbeidsvæsken ved hjelp av dyser og kommer i kontakt med det drivstoffgenererende kjernebrenselet. Når den varmes opp, utvider den seg og flyr ut av kammeret gjennom dysen med stor hastighet.

I gassfase kjernefysiske drivstoffmotorer er drivstoffet (for eksempel uran) og arbeidsvæsken i gassform (i form av plasma) og holdes i arbeidsområdet av et elektromagnetisk felt. Uranplasma oppvarmet til titusenvis av grader overfører varme til arbeidsvæsken (for eksempel hydrogen), som igjen blir oppvarmet til høye temperaturer danner en jetstrøm.

Basert på typen kjernefysisk reaksjon skilles det mellom en radioisotoprakettmotor, en termonukleær rakettmotor og selve kjernefysisk motor (energien fra kjernefysisk fisjon brukes).

Et interessant alternativ er også en pulserende kjernefysisk rakettmotor - det foreslås å bruke en atomladning som energikilde (drivstoff). Slike installasjoner kan være av innvendig og utvendig type.

De viktigste fordelene med atomdrevne motorer er:

• høy spesifikk impuls;
• betydelige energireserver;
• kompaktheten til fremdriftssystemet;
• muligheten for å oppnå svært høy skyvekraft - titalls, hundrevis og tusenvis av tonn i et vakuum.

Den største ulempen er den høye strålingsfaren til fremdriftssystemet:

• flukser av penetrerende stråling (gammastråling, nøytroner) under kjernefysiske reaksjoner;
• fjerning av høyradioaktive forbindelser av uran og dets legeringer;
• utstrømning av radioaktive gasser med arbeidsvæsken.

Kjernefysisk fremdriftssystem

Med tanke på at det er umulig å få noen pålitelig informasjon om kjernekraftverk fra publikasjoner, inkludert fra vitenskapelige artikler, vurderes driftsprinsippet for slike installasjoner best ved å bruke eksempler på åpne patentmaterialer, selv om de inneholder kunnskap.

For eksempel ga den fremragende russiske forskeren Anatoly Sazonovich Koroteev, forfatteren av oppfinnelsen under patentet, en teknisk løsning for sammensetningen av utstyr for en moderne YARDU. Nedenfor presenterer jeg en del av nevnte patentdokument ordrett og uten kommentarer.

Essensen av den foreslåtte tekniske løsningen er illustrert av diagrammet presentert på tegningen. Et kjernefysisk fremdriftssystem som opererer i fremdriftsenergimodus inneholder et elektrisk fremdriftssystem (EPS) (eksempeldiagrammet viser to elektriske rakettmotorer 1 og 2 med tilsvarende matesystem 3 og 4), en reaktorinstallasjon 5, en turbin 6, en kompressor 7, en generator 8, varmeveksler-gjenvinner 9, Ranck-Hilsch virvelrør 10, kjøleskap-radiator 11. I dette tilfellet er turbin 6, kompressor 7 og generator 8 kombinert til en enkelt enhet - en turbogenerator-kompressor. Den kjernefysiske fremdriftsenheten er utstyrt med rørledninger 12 av arbeidsfluidet og elektriske ledninger 13 som forbinder generatoren 8 og den elektriske fremdriftsenheten. Varmeveksler-gjenvinneren 9 har de såkalte høytemperatur 14 og lavtemperatur 15 arbeidsfluidinnganger, samt høytemperatur 16 og lavtemperatur 17 arbeidsfluidutganger.

Utgangen til reaktorenheten 5 er koblet til inngangen til turbinen 6, utgangen til turbinen 6 er koblet til høytemperaturinngangen 14 til varmeveksleren-gjenvinneren 9. Lavtemperaturutgangen 15 til varmeveksleren-gjenvinneren 9 er koblet til inngangen til Ranck-Hilsch-virvelrøret 10. Ranck-Hilsch-virvelrøret 10 har to utganger, hvorav den ene (via den "varme" arbeidsvæsken) er koblet til radiatorkjøleskapet 11, og den andre ( via den "kalde" arbeidsvæsken) kobles til inngangen til kompressoren 7. Utgangen til radiatorkjøleskapet 11 er også koblet til inngangen til kompressoren 7. Kompressorutgangen 7 er koblet til lavtemperaturinngangen 15 til varmeveksler-rekuperator 9. Høytemperaturutgangen 16 til varmeveksler-rekuperatoren 9 er koblet til inngangen til reaktorinstallasjonen 5. Dermed er hovedelementene til kjernekraftverket sammenkoblet av en enkelt krets av arbeidsfluidet .

Kjernekraftverket fungerer som følger. Arbeidsfluidet oppvarmet i reaktorinstallasjonen 5 sendes til turbinen 6, som sikrer driften av kompressoren 7 og generatoren 8 til turbogenerator-kompressoren. Generator 8 genererer elektrisk energi, som sendes gjennom elektriske ledninger 13 til elektriske rakettmotorer 1 og 2 og deres forsyningssystem 3 og 4, for å sikre deres drift. Etter å ha forlatt turbinen 6, sendes arbeidsfluidet gjennom høytemperaturinnløpet 14 til varmeveksler-rekuperatoren 9, hvor arbeidsfluidet blir delvis avkjølt.

Deretter, fra lavtemperaturutløpet 17 til varmeveksler-rekuperatoren 9, ledes arbeidsfluidet inn i Ranque-Hilsch-virvelrøret 10, i hvilket arbeidsfluidstrømmen er delt inn i "varme" og "kalde" komponenter. Den "varme" delen av arbeidsfluidet går deretter til kjøleemitteren 11, hvor denne delen av arbeidsfluidet effektivt avkjøles. Den "kalde" delen av arbeidsfluidet går til innløpet til kompressoren 7, og etter avkjøling følger også den delen av arbeidsfluidet som forlater det utstrålende kjøleskapet 11 dit.

Kompressoren 7 tilfører det avkjølte arbeidsfluidet til varmeveksler-rekuperatoren 9 gjennom lavtemperaturinnløpet 15. Dette avkjølte arbeidsfluidet i varmeveksler-rekuperatoren 9 gir delvis kjøling av motstrømmen av arbeidsfluidet som kommer inn i varmeveksler-rekuperatoren 9 fra turbinen 6 gjennom høytemperaturinnløpet 14. Deretter det delvis oppvarmede arbeidsfluidet (på grunn av varmeveksling med motstrømmen av arbeidsfluidet fra turbinen 6) fra varmeveksler-rekuperatoren 9 gjennom høytemperaturen utløpet 16 går igjen inn i reaktorinstallasjonen 5, syklusen gjentas igjen.

Således sikrer et enkelt arbeidsfluid plassert i en lukket sløyfe kontinuerlig drift av kjernekraftverket, og bruken av et Ranque-Hilsch virvelrør som en del av kjernekraftverket i samsvar med kravet teknisk løsning gir en forbedring i vekt- og størrelsesegenskapene til kjernefysiske fremdriftssystemet, øker driftssikkerheten, forenkler utformingen og gjør det mulig å øke effektiviteten til kjernefysisk fremdriftssystem som helhet.

Linker:

En sikker metode for å bruke atomenergi i verdensrommet ble oppfunnet i USSR, og det jobbes nå med å lage en atominstallasjon basert på den, sa han administrerende direktør Statens vitenskapelige senter i den russiske føderasjonen "Research Center oppkalt etter Keldysh", akademiker Anatoly Koroteev.

"Nå jobber instituttet aktivt i denne retningen i et stort samarbeid mellom Roscosmos og Rosatom-bedrifter. Og jeg håper at vi i god tid vil få en positiv effekt her, sa A. Koroteev på den årlige «Royal Readings» ved Bauman Moscow State Technical University tirsdag.

Ifølge ham har Keldysh-senteret funnet opp en ordning for sikker bruk av atomenergi i verdensrommet, som lar deg klare deg uten utslipp og opererer i en lukket krets, noe som gjør installasjonen trygg selv om den svikter og faller til jorden.

"Denne ordningen reduserer risikoen for å bruke kjernekraft betydelig, spesielt med tanke på at et av de grunnleggende punktene er driften av dette systemet i baner over 800-1000 km. Så, i tilfelle feil, er den "blinkende" tiden slik at den gjør det trygt for disse elementene å returnere til jorden etter en lang periode,» avklarte forskeren.

A. Koroteev sa at tidligere hadde USSR allerede brukt romfartøy drevet av atomenergi, men de var potensielt farlige for Jorden, og måtte deretter forlates. "USSR brukte atomenergi i verdensrommet. Det var 34 romfartøyer med atomenergi i verdensrommet, hvorav 32 var sovjetiske og to amerikanske», husket akademikeren.

Ifølge ham vil atominstallasjonen som utvikles i Russland gjøres lettere ved bruk av et rammeløst kjølesystem, der kjernefysisk reaktorkjølevæske vil sirkulere direkte i verdensrommet uten et rørledningssystem.

Men tilbake på begynnelsen av 1960-tallet vurderte designere atomkraft rakettmotorer som det eneste reelle alternativet for å reise til andre planeter i solsystemet. La oss finne ut historien til dette problemet.

Konkurransen mellom USSR og USA, inkludert i verdensrommet, pågikk på den tiden full sving, ingeniører og forskere deltok i kappløpet om å lage en kjernefysisk fremdriftsmotor, og militæret støttet også opprinnelig kjernefysisk rakettmotorprosjekt. Til å begynne med virket oppgaven veldig enkel - du trenger bare å lage en reaktor designet for å bli avkjølt med hydrogen i stedet for vann, feste en dyse til den, og - videre til Mars! Amerikanerne skulle til Mars ti år etter Månen og kunne ikke engang forestille seg at astronauter noen gang ville nå den uten atommotorer.

Amerikanerne bygde veldig raskt den første prototypereaktoren og testet den allerede i juli 1959 (de ble kalt KIWI-A). Disse testene viste bare at reaktoren kunne brukes til å varme hydrogen. Reaktordesignet - med ubeskyttet uranoksidbrensel - var ikke egnet for høye temperaturer, og hydrogenet ble bare varmet opp til halvannet tusen grader.

Etter hvert som man høstet erfaringer ble utformingen av reaktorer for kjernefysiske rakettmotorer - NRE - mer kompleks. Uranoksidet ble erstattet med et mer varmebestandig karbid, i tillegg ble det belagt med niobkarbid, men da man forsøkte å nå designtemperaturen begynte reaktoren å kollapse. Dessuten, selv i fravær av makroskopisk ødeleggelse, skjedde diffusjon av uranbrensel til kjølende hydrogen, og massetapet nådde 20 % innen fem timer etter reaktordrift. Et materiale som er i stand til å operere ved 2700-3000 0 C og motstå ødeleggelse av varmt hydrogen har aldri blitt funnet.

Derfor bestemte amerikanerne seg for å ofre effektivitet og inkluderte spesifikke impulser i flymotordesignen (skyvekraft i kilogram kraft oppnådd med frigjøring av ett kilo arbeidsvæskemasse hvert sekund; måleenheten er et sekund). 860 sekunder. Dette var det dobbelte av tilsvarende tall for oksygen-hydrogen-motorer på den tiden. Men da amerikanerne begynte å lykkes, hadde interessen for bemannede flyreiser allerede falt, Apollo-programmet ble innskrenket, og i 1973 ble NERVA-prosjektet (det var navnet på motoren for en bemannet ekspedisjon til Mars) endelig stengt. Etter å ha vunnet måneløpet, ønsket ikke amerikanerne å organisere et marsløp.

Men lærdommen fra et dusin reaktorer bygget og flere dusin tester utført var at amerikanske ingeniører ble for revet med av fullskala kjernefysiske tester, heller enn å utarbeide nøkkelelementer uten å involvere kjernefysisk teknologi der dette kan unngås. Og der det ikke er mulig, bruk mindre stativ. Amerikanerne kjørte nesten alle reaktorene på full effekt, men klarte ikke å nå designtemperaturen til hydrogen - reaktoren begynte å kollapse tidligere. Totalt, fra 1955 til 1972, ble 1,4 milliarder dollar brukt på programmet for kjernefysiske rakettmotorer - omtrent 5 % av kostnadene måneprogram.

Også i USA ble Orion-prosjektet oppfunnet, som kombinerte begge versjonene av kjernefysisk fremdriftssystem (jet og puls). Dette ble gjort på følgende måte: Små atomladninger med en kapasitet på ca. 100 tonn TNT ble kastet ut fra halen på skipet. Metallskiver ble avfyrt etter dem. På avstand fra skipet ble ladningen detonert, skiven fordampet og stoffet spredt inn i forskjellige sider. En del av den falt ned i den forsterkede haledelen av skipet og flyttet den fremover. En liten økning i skyvekraften burde vært gitt ved at fordampningen av platen tok slagene. Enhetskostnaden for en slik flytur skulle da kun vært 150,- dollar per kilo nyttelast.

Det kom til og med til testpunktet: erfaring viste at bevegelse ved hjelp av påfølgende impulser er mulig, og det samme er å lage en hekkplate med tilstrekkelig styrke. Men Orion-prosjektet ble stengt i 1965 som lite lovende. Imidlertid er dette så langt det eneste eksisterende konseptet som kan tillate ekspedisjoner i det minste på tvers av solsystemet.

I første halvdel av 1960-tallet så sovjetiske ingeniører på ekspedisjonen til Mars som en logisk fortsettelse av det da utviklede programmet for bemannet flyging til månen. I kjølvannet av spenningen forårsaket av USSRs prioritering i verdensrommet, ble selv slike ekstremt komplekse problemer vurdert med økt optimisme.

Et av de viktigste problemene var (og er fortsatt den dag i dag) problemet med strømforsyning. Det var klart at rakettmotorer med flytende drivstoff, til og med lovende oksygen-hydrogenmotorer, i prinsippet kunne gi en bemannet flytur til Mars, da bare med enorme utskytningsmasser av det interplanetære komplekset, med et stort antall dokkinger av individuelle blokker i sammenstillingen lav-jordbane.

Ser etter optimale løsninger Forskere og ingeniører vendte seg til kjernekraft, og tok gradvis en nærmere titt på dette problemet.

I USSR begynte forskning på problemene med å bruke atomenergi i rakett- og romteknologi i andre halvdel av 50-tallet, selv før oppskytingen av de første satellittene. Små grupper av entusiaster dukket opp i flere forskningsinstitutter med mål om å lage rakett- og romatommotorer og kraftverk.

Designerne av OKB-11 S.P. Korolev, sammen med spesialister fra NII-12 under ledelse av V.Ya Likhushin, vurderte flere alternativer for rom- og kampraketter utstyrt med kjernefysiske rakettmotorer (NRE). Vann og flytende gasser - hydrogen, ammoniakk og metan - ble evaluert som arbeidsvæske.

Utsiktene var lovende; gradvis fant arbeidet forståelse og økonomisk støtte i USSR-regjeringen.

Allerede den aller første analysen viste at blant de mange mulige ordningene for fremdriftssystemer for romkraft (NSPS), har tre de største utsiktene:

• med en fastfase atomreaktor;
• med en gassfase atomreaktor;
• elektroniske rakettfremdriftssystemer.

Ordningene var fundamentalt forskjellige; For hver av dem ble det skissert flere alternativer for utvikling av teoretisk og eksperimentelt arbeid.

Nærmest implementering så ut til å være en solid-fase kjernefysisk fremdriftsmotor. Drivkraften for utviklingen av arbeidet i denne retningen ble gitt av lignende utviklinger utført i USA siden 1955 under ROVER-programmet, samt utsiktene (slik det så ut da) for å lage et innenlandsk interkontinentalt bemannet bombefly med kjernefysisk fremdrift system.

En fastfase kjernefysisk fremdriftsmotor fungerer som en direktestrømsmotor. Flytende hydrogen kommer inn i dysedelen, avkjøler reaktorbeholderen, brenselsammensetninger (FA), moderator, og snur seg deretter og kommer inn i FA, hvor den varmes opp til 3000 K og kastes inn i dysen, og akselererer til høye hastigheter.

Driftsprinsippene til atommotoren var ikke i tvil. Imidlertid var dens design (og egenskaper) i stor grad avhengig av motorens "hjerte" - atomreaktoren, og ble først og fremst bestemt av "fyllingen" - kjernen.

Utviklerne av de første amerikanske (og sovjetiske) atommotorene sto for en homogen reaktor med en grafittkjerne. Arbeidet til søkegruppen på nye typer høytemperaturdrivstoff, opprettet i 1958 i laboratorium nr. 21 (ledet av G.A. Meerson) i NII-93 (direktør A.A. Bochvar), foregikk noe separat. Påvirket av det pågående arbeidet med en flyreaktor (en honningkake laget av berylliumoksid) på den tiden, gjorde gruppen forsøk (igjen utforskende) for å skaffe materialer basert på silisium og zirkoniumkarbid som var motstandsdyktige mot oksidasjon.

I følge memoarene til R.B. Kotelnikov, ansatt i NII-9, våren 1958, hadde lederen av laboratorie nr. 21 et møte med en representant for NII-1 V.N. Han sa at som hovedmaterialet for brenselelementene (drivstoffstaver) til reaktoren i deres institutt (forresten, på den tiden det ledende innen rakettindustrien; leder av instituttet V.Ya. Likhushin, vitenskapelig direktør M.V. Keldysh, leder av laboratoriet V.M. Ievlev) bruker grafitt. Spesielt har de allerede lært hvordan man legger belegg på prøver for å beskytte dem mot hydrogen. NII-9 foreslo å vurdere muligheten for å bruke UC-ZrC-karbider som grunnlag for brenselelementer.

Seinere en kort tid En annen kunde for drivstoffstenger dukket opp - Design Bureau of M.M. Bondaryuk, som ideologisk konkurrerte med NII-1. Hvis sistnevnte sto for en flerkanals all-block-design, satte Design Bureau of M.M Bondaryuk kursen mot en sammenleggbar plateversjon, med fokus på enkel bearbeiding av grafitt og ikke flau av kompleksiteten til delene - millimetertykke. plater med samme ribbe. Karbider er mye vanskeligere å behandle; på den tiden var det umulig å lage deler som flerkanalblokker og plater av dem. Det ble klart at det var nødvendig å lage et annet design som ville samsvare med karbidenes spesifikasjoner.

På slutten av 1959 - begynnelsen av 1960 ble den funnet avgjørende tilstand for brenselstaver YARD er en kjerne av typen stang som tilfredsstiller kunder - Likhushin Research Institute og Bondaryuk Design Bureau. Utformingen av en heterogen reaktor på termiske nøytroner ble begrunnet som den viktigste for dem; dens viktigste fordeler (sammenlignet med den alternative homogene grafittreaktoren) er:

• det er mulig å bruke en lavtemperatur-hydrogenholdig moderator, som gjør det mulig å lage kjernefysiske fremdriftsmotorer med høy masseperfeksjon;
• det er mulig å utvikle en liten prototype av en kjernefysisk fremdriftsmotor med en skyvekraft på omtrent 30...50 kN med høy grad av kontinuitet for motorer og kjernefysiske fremdriftssystemer av neste generasjon;
• det er mulig å bruke ildfaste karbider i brenselstaver og andre deler av reaktorstrukturen, noe som gjør det mulig å maksimere oppvarmingstemperaturen til arbeidsfluidet og gi en økt spesifikk impuls;
• det er mulig å autonomt teste, element for element, hovedkomponentene og systemene til kjernefysisk fremdriftssystem (NPP), som drivstoffelementer, moderator, reflektor, turbopumpeenhet (TPU), kontrollsystem, dyse, etc.; dette gjør det mulig å utføre testing parallelt, noe som reduserer mengden kostbar kompleks testing av kraftverket som helhet.

Rundt 1962–1963 Arbeidet med kjernefysisk fremdriftsproblemet ble ledet av NII-1, som har en kraftig eksperimentell base og utmerket personell. De manglet bare uranteknologi, så vel som atomforskere. Med involvering av NII-9, og deretter IPPE, ble det dannet et samarbeid, som tok som sin ideologi etableringen av en minimum skyvekraft (ca. 3,6 tf), men "ekte" sommermotor med en "rett-gjennom" reaktor IR- 100 (test eller forskning, 100 MW, sjefdesigner - Yu.A. Treskin). Støttet av offentlige forskrifter, bygde NII-1 elektriske lysbuestativer som alltid overrasket fantasien - dusinvis av 6-8 m høye sylindre, enorme horisontale kammer med en effekt på over 80 kW, pansret glass i bokser. Møtedeltakerne ble inspirert av fargerike plakater med flyplaner til Månen, Mars osv. Det ble antatt at i prosessen med å lage og teste den kjernefysiske fremdriftsmotoren, ville design, teknologiske og fysiske problemer bli løst.

Ifølge R. Kotelnikov ble saken dessverre komplisert av rakettforskernes lite klare posisjon. Departementet for generell ingeniørvitenskap (MOM) hadde store vanskeligheter med å finansiere testprogrammet og byggingen av testbenkbasen. Det så ut til at IOM ikke hadde ønsket eller kapasiteten til å fremme NRD-programmet.

På slutten av 1960-tallet var støtten til NII-1s konkurrenter - IAE, PNITI og NII-8 - mye mer alvorlig. Departementet for mellomteknikk ("atomforskere") støttet aktivt deres utvikling; IVG "løkke"-reaktoren (med en kjerne og stang-type sentrale kanalsammenstillinger utviklet av NII-9) kom til slutt i forgrunnen på begynnelsen av 70-tallet; testing av drivstoffelementer begynte der.

Nå, 30 år senere, ser det ut til at IAE-linjen var mer korrekt: først - en pålitelig "jordisk" sløyfe - testing av drivstoffstaver og -montasjer, og deretter opprettelsen av en flygende kjernefysisk fremdriftsmotor med nødvendig kraft. Men så virket det som om det veldig raskt var mulig å lage en ekte motor, om enn en liten... Men siden livet har vist at det ikke var noe objektivt (eller til og med subjektivt) behov for en slik motor (vi kan også legge til dette er alvoret negative aspekter på dette området for eksempel internasjonale avtaler om kjernefysiske enheter i verdensrommet, ble først sterkt undervurdert), så viste det grunnleggende programmet, hvis mål ikke var snevre og spesifikke, å være tilsvarende mer korrekt og produktivt.

1. juli 1965 ble den foreløpige utformingen av IR-20-100-reaktoren gjennomgått. Kulminasjonen var utgivelsen av den tekniske utformingen av IR-100 drivstoffelementer (1967), bestående av 100 stenger (UC-ZrC-NbC og UC-ZrC-C for innløpsseksjonene og UC-ZrC-NbC for utløpet) . NII-9 var klar til å produsere et stort parti med kjerneelementer for den fremtidige IR-100-kjernen. Prosjektet var veldig progressivt: etter omtrent 10 år, praktisk talt uten vesentlige endringer, ble det brukt i området til ​11B91-apparatet, og selv nå er alle hovedløsningene bevart i sammenstillinger av lignende reaktorer for andre formål, med en helt annen grad av beregning og eksperimentell begrunnelse.

"Rakett" delen av den første innenlandske kjernefysiske RD-0410 ble utviklet ved Voronezh Design Bureau of Chemical Automation (KBHA), "reaktoren" delen (nøytronreaktor og strålingssikkerhetsspørsmål) - av Institute of Physics and Energy (Obninsk) ) og Kurchatov Institute of Atomic Energy.

KBHA er kjent for sitt arbeid innen rakettmotorer med flytende drivstoff for ballistiske missiler KA og RN. Her ble det utviklet rundt 60 prøver, hvorav 30 ble brakt til masseproduksjon. I 1986 hadde KBHA skapt landets kraftigste oksygen-hydrogenmotor med ett kammer RD-0120 med en skyvekraft på 200 tf, som ble brukt som fremdriftsmotor i andre trinn av Energia-Buran-komplekset. Nuclear RD-0410 ble opprettet sammen med mange forsvarsbedrifter, designbyråer og forskningsinstitutter.

I henhold til det aksepterte konseptet ble flytende hydrogen og heksan (et hemmende tilsetningsstoff som reduserer hydrogeneringen av karbider og øker levetiden til brenselelementer) tilført ved hjelp av en TNA inn i en heterogen termisk nøytronreaktor med brenselsammensetninger omgitt av en zirkoniumhydridmoderator. Skjellene deres ble avkjølt med hydrogen. Reflektoren hadde drev for å rotere absorpsjonselementene (borkarbidsylindere). Pumpen inkluderte en tre-trinns sentrifugalpumpe og en ett-trinns aksialturbin.

På fem år, fra 1966 til 1971, ble grunnlaget for reaktor-motorteknologi skapt, og noen år senere ble en kraftig eksperimentell base kalt "ekspedisjon nr. 10" satt i drift, deretter den eksperimentelle ekspedisjonen til NPO "Luch" kl. teststedet Semipalatinsk .
Spesielle vanskeligheter ble møtt under testingen. Det var umulig å bruke konvensjonelle stativer for å skyte opp en fullskala kjernefysisk rakettmotor på grunn av stråling. Det ble besluttet å teste reaktoren på atomprøvestedet i Semipalatinsk, og "rakettdelen" ved NIIkhimmash (Zagorsk, nå Sergiev Posad).

For å studere intrakammerprosesser ble det utført mer enn 250 tester på 30 "kalde motorer" (uten reaktor). Som modell varmeelement Forbrenningskammeret til oksygen-hydrogen flytende drivstoff rakettmotor 11D56 utviklet av KBkhimmash (sjefdesigner - A.M. Isaev) ble brukt. Maksimal tid driftstiden var 13 tusen sekunder med en deklarert ressurs på 3600 sekunder.

For å teste reaktoren på teststedet Semipalatinsk ble det bygget to spesielle sjakter med underjordiske servicelokaler. En av sjaktene var koblet til et underjordisk reservoar for komprimert hydrogengass. Bruken av flytende hydrogen ble forlatt av økonomiske årsaker.

I 1976 ble den første kraftoppstarten av IVG-1-reaktoren utført. Samtidig ble det opprettet et stativ ved OE for å teste "fremdrift"-versjonen av IR-100-reaktoren, og noen år senere ble den testet med forskjellige styrker (en av IR-100-ene ble deretter omgjort til en lav -kraftmaterialevitenskapelig forskningsreaktor, som fortsatt er i drift i dag).

Før den eksperimentelle lanseringen ble reaktoren senket ned i sjakten ved hjelp av en overflatemontert portalkran. Etter å ha startet reaktoren kom hydrogen inn i "kjelen" nedenfra, varmet opp til 3000 K og brøt ut av sjakten i en brennende strøm. Til tross for ubetydelig radioaktivitet til gassene som slapp ut, var det ikke tillatt å være ute innenfor en radius på halvannen kilometer fra prøvestedet på dagtid. Det var umulig å nærme seg selve gruven i en måned. En halvannen kilometer underjordisk tunnel førte fra sikker sone først til en bunker, og derfra til en annen, som ligger i nærheten av gruvene. Spesialistene beveget seg langs disse unike «korridorene».

Ievlev Vitaly Mikhailovich

Resultatene av eksperimenter utført med reaktoren i 1978–1981 bekreftet riktigheten av designløsningene. I prinsippet ble YARD opprettet. Det gjensto bare å koble sammen de to delene og gjennomføre omfattende tester.

Rundt 1985 kunne RD-0410 (i henhold til et annet betegnelsessystem 11B91) ha foretatt sin første romflukt. Men for dette var det nødvendig å utvikle akselererende blokk basert på det. Dessverre ble ikke dette arbeidet bestilt til noe romdesignbyrå, og det er mange grunner til dette. Den viktigste er den såkalte Perestroikaen. Utslettede skritt førte til det faktum at hele romindustrien øyeblikkelig befant seg "i vanære", og i 1988 ble arbeidet med kjernefysisk fremdrift i USSR (da USSR fortsatt eksisterte) stoppet. Dette skjedde ikke på grunn av tekniske problemer, men av midlertidige ideologiske årsaker. Og i 1990 døde han ideologisk inspirator kjernefysiske fremdriftsprogrammer i USSR Vitaly Mikhailovich Ievlev...

Hvilke store suksesser har utviklerne oppnådd med å lage "A" kjernekraftfremdriftssystemet?

Mer enn halvannet dusin fullskala-tester ble utført ved IVG-1-reaktoren, og følgende resultater ble oppnådd: maksimal hydrogentemperatur - 3100 K, spesifikk impuls - 925 sek, spesifikk varmeavgivelse opp til 10 MW/l , delt ressurs mer enn 4000 sek med 10 påfølgende reaktorstarter. Disse resultatene overgår betydelig amerikanske prestasjoner i grafittsoner.

Det skal bemerkes at i løpet av hele testperioden for kjernefysisk fremdriftsmotor, til tross for den åpne eksosen, oversteg ikke utbyttet av radioaktive fisjonsfragmenter akseptable standarder verken på prøvestedet eller utenfor det og var ikke registrert på territoriet til nabostatene.

Det viktigste resultatet av arbeidet var etableringen av innenlandsk teknologi for slike reaktorer, produksjon av nye ildfaste materialer, og det faktum å lage en reaktormotor ga opphav til en rekke nye prosjekter og ideer.

Selv om videreutviklingen av slike kjernefysiske fremdriftsmotorer ble suspendert, er oppnådde prestasjoner unike ikke bare i vårt land, men også i verden. Dette har gjentatte ganger blitt bekreftet de siste årene på internasjonale symposier om romenergi, så vel som på møter med nasjonale og amerikanske spesialister (ved sistnevnte ble det anerkjent at IVG-reaktorstativet er det eneste operative testapparatet i verden i dag, som kan spiller en viktig rolle i eksperimentell utvikling av FA og kjernekraftverk).

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

Den originale artikkelen er på nettsiden InfoGlaz.rf Link til artikkelen som denne kopien ble laget fra -

Kjernefysisk rakettmotor er en rakettmotor hvis driftsprinsipp er basert på en kjernefysisk reaksjon eller radioaktivt forfall, dette frigjør energi som varmer opp arbeidsfluidet, som kan være reaksjonsprodukter eller et annet stoff, for eksempel hydrogen.

La oss se på alternativene og prinsippene fra handling...

Det er flere typer rakettmotorer som bruker operasjonsprinsippet beskrevet ovenfor: kjernefysisk, radioisotop, termonukleær. Ved å bruke kjernefysiske rakettmotorer er det mulig å oppnå spesifikke impulsverdier betydelig høyere enn de som kan oppnås med kjemiske rakettmotorer. Høy verdi spesifikk impuls er forklart høy hastighet utstrømningen av arbeidsvæsken er ca. 8-50 km/s. Skyvekraften til en kjernefysisk motor er sammenlignbar med den til kjemiske motorer, noe som vil gjøre det mulig i fremtiden å erstatte alle kjemiske motorer med kjernefysiske motorer.

Hovedhindringen for fullstendig utskifting er radioaktiv forurensning miljø, som er forårsaket av kjernefysiske rakettmotorer.

De er delt inn i to typer - fast og gassfase. I den første typen motorer plasseres spaltbart materiale i stangsammenstillinger med utviklet overflate. Dette lar deg effektivt varme opp en gassformig arbeidsfluid, vanligvis fungerer hydrogen som en arbeidsfluid. Eksoshastigheten er begrenset av den maksimale temperaturen til arbeidsvæsken, som igjen er direkte avhengig av den maksimalt tillatte temperaturen til strukturelementene, og den overstiger ikke 3000 K. I gassfase kjernefysiske rakettmotorer er det spaltbare stoffet er i gassform. Dens oppbevaring i arbeidsområdet utføres gjennom påvirkning av et elektromagnetisk felt. For denne typen kjernefysiske rakettmotorer er ikke de strukturelle elementene en begrensende faktor, så eksoshastigheten til arbeidsvæsken kan overstige 30 km/s. De kan brukes som første trinns motorer, til tross for lekkasje av spaltbart materiale.

På 70-tallet XX århundre I USA og Sovjetunionen ble det aktivt testet kjernefysiske rakettmotorer med spaltbart materiale i fast fase. I USA ble et program utviklet for å lage en eksperimentell kjernefysisk rakettmotor som en del av NERVA-programmet.

Amerikanerne utviklet en grafittreaktor avkjølt med flytende hydrogen, som ble varmet opp, fordampet og kastet ut gjennom en rakettdyse. Valget av grafitt skyldtes dens temperaturmotstand. I følge dette prosjektet skulle den spesifikke impulsen til den resulterende motoren ha vært dobbelt så høy som den tilsvarende figuren som er karakteristisk for kjemiske motorer, med en skyvekraft på 1100 kN. Nerva-reaktoren skulle fungere som en del av den tredje fasen av Saturn V-raktoren, men på grunn av nedleggelsen av måneprogrammet og mangelen på andre oppgaver for rakettmotorer av denne klassen, ble reaktoren aldri testet i praksis.

En gassfase kjernefysisk rakettmotor er for tiden i det teoretiske utviklingsstadiet. En gassfase kjernefysisk motor involverer bruk av plutonium, hvis saktegående gassstrøm er omgitt av en raskere strøm av kjølende hydrogen. På orbital romstasjoner MIR og ISS gjennomførte eksperimenter som kunne sette fart på videre utvikling gassfasemotorer.

I dag kan vi si at Russland har litt "frosset" sin forskning innen kjernefysiske fremdriftssystemer. Arbeidet til russiske forskere er mer fokusert på utvikling og forbedring av grunnleggende komponenter og sammenstillinger av atomkraftverk, samt deres forening. Den prioriterte retningen for videre forskning på dette området er etableringen av kjernekraftfremdriftssystemer som er i stand til å operere i to moduser. Den første er kjernefysisk rakettmotormodus, og den andre er installasjonsmodusen for å generere elektrisitet for å drive utstyret installert om bord i romfartøyet.

En rakettmotor der arbeidsvæsken enten er et stoff (for eksempel hydrogen) oppvarmet av energien som frigjøres under en kjernefysisk reaksjon eller radioaktivt forfall, eller direkte produktene av disse reaksjonene. Skille... ... Stor encyklopedisk ordbok

En rakettmotor der arbeidsvæsken enten er et stoff (for eksempel hydrogen) oppvarmet av energien som frigjøres under en kjernefysisk reaksjon eller radioaktivt forfall, eller direkte produktene av disse reaksjonene. Er i… … encyklopedisk ordbok

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

- (Nuclear Jet) en rakettmotor der skyvekraft skapes på grunn av energien som frigjøres under radioaktivt forfall eller en kjernefysisk reaksjon. I henhold til typen kjernefysisk reaksjon som skjer i kjernefysisk motor, skilles en radioisotop rakettmotor ut... ...

- (YRD) rakettmotor, der energikilden er kjernebrensel. I en atomdrevet motor med en atomreaktor. Torusvarmen som frigjøres som et resultat av en kjernefysisk kjedereaksjon overføres til arbeidsvæsken (for eksempel hydrogen). Atomreaktorkjerne ... ...

Denne artikkelen bør være Wikified. Vennligst formater den i henhold til reglene for artikkelformatering. Kjernefysisk rakettmotor som bruker en homogen løsning av kjernefysiske brenselsalter (engelsk... Wikipedia

Kjernefysisk rakettmotor (NRE) er en type rakettmotor som bruker energien fra fisjon eller fusjon av kjerner for å skape jetkraft. De er faktisk reaktive (varmer arbeidsvæsken i en atomreaktor og frigjør gass gjennom... ... Wikipedia

En jetmotor, hvis energikilde og arbeidsvæske er plassert i selve kjøretøyet. Rakettmotoren er den eneste som er praktisk mestret for å skyte en nyttelast i bane til en kunstig jordsatellitt og for bruk i ... ... Wikipedia

- (RD) En jetmotor som til sin drift bare bruker stoffer og energikilder som er tilgjengelige i reserve på et kjøretøy i bevegelse (fly, bakke, undervann). I motsetning til luftjetmotorer (se... ... Stor sovjetisk leksikon

Isotopisk rakettmotor, en kjernefysisk rakettmotor som bruker forfallsenergien til radioaktive kjemiske isotoper. elementer. Denne energien tjener til å varme opp arbeidsfluidet, eller arbeidsfluidet er selve nedbrytningsproduktene som danner... ... Big Encyclopedic Polytechnic Dictionary

© Oksana Viktorova/Collage/Ridus

Uttalelsen fra Vladimir Putin under sin tale til den føderale forsamlingen om tilstedeværelsen i Russland av et cruisemissil drevet av en atommotor forårsaket en storm av spenning i samfunnet og media. Samtidig, inntil nylig, var ganske lite kjent for både allmennheten og spesialistene om hva en slik motor er og mulighetene for bruk.

"Reedus" prøvde å finne ut hva teknisk innretning presidenten kunne snakke og hva som gjorde ham unik.

Tatt i betraktning at presentasjonen i Manege ikke ble laget for et publikum av tekniske spesialister, men for den "allmenne" offentligheten, kunne forfatterne ha tillatt en viss substitusjon av konsepter, utelukker ikke visedirektøren for instituttet kjernefysikk og teknologier fra National Research Nuclear University MEPhI Georgiy Tikhomirov.

«Det presidenten sa og viste, kaller eksperter kompakt kraftverk, eksperimenter som ble utført først i luftfart, og deretter under utforskning av dypt rom. Dette var forsøk på å løse det uløselige problemet med tilstrekkelig tilførsel av drivstoff når man flyr over ubegrensede avstander. I denne forstand er presentasjonen helt korrekt: tilstedeværelsen av en slik motor sikrer en vilkårlig strømforsyning for systemene til en rakett eller en hvilken som helst annen enhet i lang tid" fortalte han Reedus.

Arbeid med en slik motor i USSR begynte for nøyaktig 60 år siden under ledelse av akademikere M. Keldysh, I. Kurchatov og S. Korolev. I de samme årene ble lignende arbeid utført i USA, men ble avviklet i 1965. I USSR fortsatte arbeidet i omtrent et tiår til før det også ble ansett som irrelevant. Kanskje det var derfor Washington ikke reagerte for mye og sa at de ikke var overrasket over presentasjonen av det russiske missilet.

I Russland har ideen om en atommotor aldri dødd - spesielt siden 2009 har den praktiske utviklingen av et slikt anlegg vært i gang. Etter timingen å dømme passer testene som presidenten annonserte perfekt inn i dette fellesprosjektet til Roscosmos og Rosatom - siden utviklerne planla å gjennomføre felttester av motoren i 2018. Kanskje, på grunn av politiske årsaker, presset de seg selv litt og flyttet fristene «til venstre».

– Teknologisk er den utformet på en slik måte at kjernekraftenheten varmer opp gasskjølevæsken. Og denne oppvarmede gassen roterer enten turbinen eller skaper jetkraft direkte. En viss list i presentasjonen av raketten som vi hørte, er at dens flyrekkevidde ikke er uendelig: den er begrenset av volumet til arbeidsvæsken - flytende gass, som fysisk kan pumpes inn i raketttankene, sier spesialisten.

Samtidig har en romrakett og en cruisemissil fundamentalt forskjellige flykontrollopplegg, siden de har forskjellige oppgaver. Den første flyr i luftløst rom, den trenger ikke å manøvrere - det er nok til å gi den en innledende impuls, og deretter beveger den seg langs den beregnede ballistiske banen.

Et kryssermissil må derimot kontinuerlig endre bane, som det må ha tilstrekkelig med drivstoff til å skape impulser til. Hvorvidt dette brenselet vil bli antent av et atomkraftverk eller et tradisjonelt, er ikke viktig i dette tilfellet. Det eneste som betyr noe er tilgangen på dette drivstoffet, understreker Tikhomirov.

"Betydningen av en atominstallasjon når du flyr inn dyp plass- dette er tilstedeværelsen ombord av en energikilde for å drive enhetens systemer i ubegrenset tid. Samtidig er det kanskje ikke bare det kjernereaktor, men også radioisotop termoelektriske generatorer. Men betydningen av en slik installasjon på en rakett, hvis flytur ikke vil vare mer enn noen få titalls minutter, er ennå ikke helt klar for meg,» innrømmer fysikeren.

Manege-rapporten var bare et par uker forsinket sammenlignet med NASAs kunngjøring 15. februar om at amerikanerne gjenopptok forskningsarbeidet på en kjernefysisk rakettmotor, forlatt av dem for et halvt århundre siden.

Forresten, i november 2017 kunngjorde China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) at innen 2045 romskip på en atommotor. Derfor kan vi i dag trygt si at det globale kjernefysiske fremdriftskappløpet har begynt.