Tuumamootorid kosmoselaevadele. Miks tuumarakettmootorid ei ole muutunud reaalsuseks Kuidas tuumajõuseade töötab
Venemaa sõjavägi on edukalt katsetanud tuumajõul töötavat tiibraketti. Selle allahelikiirusega lennu ulatus ei ole piiratud. Sellised tooted on võimelised madalal kõrgusel õhutõrje- ja raketitõrjealadest mööda minema, hävitades suure täpsusega vaenlase sihtmärke. Uute esemete ilmumisest teatas Venemaa president Vladimir Putin oma läkituses föderaalassambleele. Ekspertide sõnul on need süsteemid heidutusrelvad. Nad kasutavad liikumiseks tuumajaamas soojendatud õhku. Ekspertide sõnul räägime OKB Novatori poolt välja töötatud tootest indeksiga 9M730. Ohustatud perioodil saab selliseid rakette õhku tõsta ja paigutada kindlaksmääratud piirkondadesse. Sealt saavad nad tabada olulisi vaenlase sihtmärke. Uudsuse testid on üsna aktiivsed ja neis osalevad Il-976 lendavad laborid. 2017. aasta lõpus lasti Venemaa Föderatsiooni keskpolügoonil edukalt välja uusim Venemaa tuumajaamaga tiibrakett. Lennu ajal saavutas elektrijaam määratud võimsuse ja andis vajaliku tõukejõu," ütles Vladimir Putin oma kõnes. - Venemaa paljutõotavad relvasüsteemid põhinevad meie teadlaste, disainerite ja inseneride viimastel ainulaadsetel saavutustel. Üks neist on väikesemõõtmelise raskeveokite tuumaelektrijaama loomine, mis paikneb tiibraketti korpuses nagu meie uusim õhust välja lastud X-101 rakett või Ameerika Tomahawk, kuid annab samal ajal kümneid. korda - kümneid kordi! - suur lennuulatus, mis on praktiliselt piiramatu. Madallennuline vargsi tuumalõhkepead kandev tiibrakett, millel on praktiliselt piiramatu laskeulatus, ettearvamatu lennutrajektooriga ja pealtkuulamisliinidest möödasõit, on haavamatu kõikide olemasolevate ja tulevaste süsteemide, nii raketitõrje kui ka õhutõrje suhtes. Esitletud videos sai publik näha ainulaadse raketi starti. Toote lend jäädvustati saatehävitaja küljelt. Allpool esitatud arvutigraafika järgi tiirles "tuumarakett" Atlandi ookeanil ümber mereväe raketikaitsetsoonide, möödus lõunast Lõuna-Ameerikast ja tabas USA-d Vaiksest ookeanist.
Esitatud video põhjal otsustades on tegemist kas merel või maismaal asuva raketiga, ütles MilitaryRussia Interneti-projekti peatoimetaja Dmitri Kornev Izvestijale. - Venemaal on kaks tiibrakettide arendajat. "Rainbow" toodab ainult õhupõhiseid tooteid. Maa ja meri – juhib "Novaator". Selle ettevõtte arvel on nii R-500 tiibrakettide rida Iskanderi komplekside jaoks kui ka legendaarne Caliber. Mitte nii kaua aega tagasi olid Novaatori disainibüroo avatud dokumentides viited kahele uuele tootele - 9M729 ja 9M730. Esimene on tavaline pikamaa tiibrakett, kuid 9M730 kohta ei teatud midagi. Aga see toode on selgelt aktiivses arenduses – riigihangete kodulehele on sel teemal üles pandud mitmeid pakkumisi. Seetõttu võime eeldada, et "tuumarakett" on 9M730. Nagu märkis sõjaajaloolane Dmitri Boltenkov, on tuumajaama tööpõhimõte üsna lihtne. Raketi külgedel on spetsiaalsed sektsioonid võimsate ja kompaktsete tuumajaama jõul töötavate küttekehadega, märkis ekspert. - Neisse siseneb atmosfääriõhk, mis soojeneb mitme tuhande kraadini ja muutub mootori töövedelikuks. Kuuma õhu väljavool tekitab veojõu. Selline süsteem pakub tõesti peaaegu piiramatut lennuulatust. Vladimir Putini sõnul testiti uusi esemeid keskses katseobjektis. See objekt asub Arhangelski oblastis Nenoksa külas. See on ajalooline koht pikamaarelvade katsetamiseks, " ütles Dmitri Boltenkov. - Sealt edasi kulgevad raketiteed mööda Venemaa põhjarannikut. Nende pikkus võib ulatuda mitme tuhande kilomeetrini. Sellistel vahemaadel asuvate rakettide telemeetriliste parameetrite võtmiseks on vaja spetsiaalseid õhusõidukeid - lendavaid laboreid. Eksperdi sõnul taastati mitte nii kaua aega tagasi kaks ainulaadset Il-976 lennukit. Neid transpordi Il-76 baasil loodud erisõidukeid on pikka aega kasutatud kaugmaarakettide katsetamiseks. 1990ndatel tabas neid ööliblikas. Internetis avaldati fotod Il-976-st, mis lendab Arhangelski lähedal asuvale lennuväljale, märkis ekspert. - On tähelepanuväärne, et autodel oli Rosatomi embleem. Samal ajal andis Venemaa välja rahvusvahelise erihoiatuse NOTAM (Notice to Airmen) ning sulges piirkonna laevadele ja lennukitele. Sõjandusekspert Vladislav Šurygini sõnul ei ole uus "tuumarakett" ründelahingusüsteem, vaid heidutusrelv. Ohustatud perioodil (olukorra halvenemine reeglina enne sõja algust) on Vene sõjaväelastel võimalik need tooted määratud patrullipiirkondadesse välja viia, märkis ekspert. - See hoiab ära vaenlase katsed lüüa Venemaa ja tema liitlaste pihta. "Tuumaraketid" saavad mängida kättemaksurelva rolli või anda ennetava löögi. Venemaa relvajõududel on mitu allhelikiirusega madala kõrgusega tiibrakettide rida. Need on Kh-555 ja Kh-101 õhu-, R-500 maapealsed ja 3M14 "Caliber" merepõhised. Iga paari aasta tagant mõni Tänapäeval moekas teema, aga mulle tundub, et tuumareaktiivmootor on palju huvitavam, kuna tal pole vaja töövedelikku kaasas kanda. Reaktiivmootor (ramjet; ingliskeelne termin on ramjet, sõnast ram - ram) - reaktiivmootor, on seadme poolest õhureaktiivmootorite (ramjet engines) klassis lihtsaim. See kuulub otsereaktsiooni WJE tüüpi, mille puhul tõukejõu tekitab ainult düüsist voolav joa. Mootori tööks vajalik rõhutõus saavutatakse vastutuleva õhuvoolu pidurdamisega. Ramjet ei tööta madalal lennukiirusel, eriti nullkiirusel, selle töövõimsusele toomiseks on vaja üht või teist gaasipedaali. 1950. aastate teisel poolel, külma sõja ajal, töötati USA-s ja NSV Liidus välja tuumareaktoriga ramjetid. Nende reaktiivmootorite energiaallikaks (erinevalt teistest reaktiivmootoritest) ei ole kütuse põlemisel tekkiv keemiline reaktsioon, vaid tuumareaktori töövedeliku kuumutuskambris tekkiv soojus. Sellise tõukuri sisselaskeavast väljuv õhk läbib reaktori südamiku, jahutab seda, soojendab end töötemperatuurini (umbes 3000 K) ja seejärel voolab düüsist välja kiirusega, mis on võrreldav kõige arenenumate väljalaskekiirustega. keemilised rakettmootorid. Sellise mootoriga lennuki võimalik eesmärk: Mõlemas riigis loodi kompaktsed vähese ressursiga tuumareaktorid, mis sobivad suure raketi mõõtmetega. Ameerika Ühendriikides viidi Pluuto ja Tory tuumareaktiivlennukite uurimisprogrammide raames läbi 1964. aastal Tory-IIC tuumareaktiivmootori stendi tulistamiskatsed (täisvõimsusel 513 MW viis minutit tõukejõuga 156 kN). Lennukatseid ei tehtud, programm suleti 1964. aasta juulis. Programmi sulgemise üheks põhjuseks on keemiliste rakettmootoritega ballistiliste rakettide disaini täiustamine, mis tagas täielikult lahinguülesannete lahendamise ilma suhteliselt kallite tuumareaktiivmootoritega skeeme kasutamata. Pluuto projekt pidi kasutama madallennu taktikat. See taktika tagas NSVL õhutõrjesüsteemi radari varguse. Otsustati läbi viia täismahus reaktori staatiline katse, mis oli mõeldud reaktiivmootorile. 14. mail 1961 hoidsid insenerid ja teadlased angaaris, kus katset kontrolliti, hinge kinni – maailma esimene helepunasele raudteeplatvormile paigaldatud tuumareaktiivmootor teatas oma sünnist valju mürinaga. Tori-2A käivitati vaid mõneks sekundiks, mille jooksul see oma nimivõimsust ei arendanud. Test loeti siiski edukaks. Kõige tähtsam oli, et reaktor ei süttinud, mida osad aatomienergiakomitee esindajad ülimalt kartsid. Peaaegu kohe pärast katseid alustas Merkle tööd teise Tory reaktori loomisega, millel pidi olema rohkem võimsust ja väiksema kaaluga. Sel ajal hakkasid Pluuto projekti rahastanud Pentagoni kliendid kahtlema. Kuna rakett lasti välja USA-st ja lendas madalal kõrgusel üle Ameerika liitlaste territooriumi, et vältida Nõukogude õhutõrjesüsteemide avastamist, tekkis mõnel sõjalisel strateegil küsimus, kas rakett ei kujutaks liitlastele ohtu? Isegi enne, kui Pluuto rakett vaenlasele pomme viskab, uimastab, purustab ja isegi kiiritab see liitlasi. (Pluuto üle pea pidi tekitama maapinnal umbes 150 detsibelli müra. Võrdluseks, ameeriklased täistõukejõuga Kuule saatnud rakett (Saturn V) oli 200 detsibelli.) Muidugi oleks kuulmekilede purunemine teie probleemidest kõige väiksem, kui satuksite palja reaktori alla, mis lendab üle pea, röstides teid nagu kana gamma- ja neutronkiirgusega. Kuigi raketi loojad väitsid, et ka Pluuto oli oma olemuselt tabamatu, väljendasid sõjalised analüütikud hämmeldust, kuidas miski nii lärmakas, kuum, suur ja radioaktiivne võib missiooni lõpuleviimiseks kuluva aja jooksul märkamata jääda. Samal ajal olid USA õhuväed juba alustanud ballistiliste rakettide Atlas ja Titan, mis suutsid sihtmärkideni jõuda mitu tundi enne lendavat reaktorit, ning NSV Liidu raketitõrjesüsteemi, mille hirm sai peamiseks tõukejõuks. Pluuto loomine. , ei saanud vaatamata edukatele katsete pealtkuulamisele kunagi takistuseks ballistiliste rakettide jaoks. Projekti kriitikud tulid välja oma dekodeerimisega lühendist SLAM – aeglane, madal ja segane – aeglane, madal ja määrdunud. Pärast Polarise raketi edukat katsetamist hakkas projektist loobuma ka laevastik, mis oli esialgu avaldanud huvi rakettide kasutamise vastu allveelaevadelt või laevadelt. Ja lõpuks oli iga raketi maksumus 50 miljonit dollarit. Järsku oli Pluuto tehnoloogia, millel polnud rakendusi, relv, millel polnud sobivaid sihtmärke. Lõplik nael Pluuto kirstu oli aga vaid üks küsimus. See on nii petlikult lihtne, et Livermoresid võib selle tahtliku ignoreerimise eest vabandada. “Kus teha reaktori lennukatsetusi? Kuidas veenda inimesi, et lennu ajal ei kaota rakett kontrolli ja lendab madalal kõrgusel üle Los Angelese või Las Vegase? küsis Livermore’i füüsik Jim Hadley, kes töötas Pluuto projektiga päris lõpuni. Praegu tegeleb ta tuumakatsetuste tuvastamisega, mida tehakse teistes riikides Z-divisjoni jaoks.Hadley enda sõnul polnud garantiid, et rakett ei välju kontrolli alt ja ei muutu lendavaks Tšernobõliks. Iga paari aasta tagant avastab uus õhuväe kolonelleitnant Pluuto, ütleb Hadley. Pärast seda helistab ta laborisse, et selgitada välja tuumareaktiivlennuki saatus. Kolonelleitnantide entusiasm kaob kohe pärast seda, kui Hadley räägib probleemidest kiirguse ja lennukatsetustega. Keegi ei helistanud Hadleyle rohkem kui korra. SLAM-raketi tehnilised omadused: Sellegipoolest on tuumareaktiivlennuk üheastmeliste kosmoselennukite ja kiire mandritevahelise rasketranspordilennunduse tõukejõusüsteemina paljutõotav. Seda hõlbustab võimalus luua rakettmootori režiimis allahelikiirusel ja nulllennukiirusel töötav tuumareaktiivlennuk, kasutades pardal olevaid töövedeliku varusid. See tähendab näiteks, et tuumareaktiivlennukiga kosmoselennuk alustab (sealhulgas õhkutõusmist), varustades pardal olevatest (või välimistest) paakidest töövedelikku mootoritele ja, olles juba saavutanud kiiruse M = 1, lülitub üle atmosfääriõhu kasutamisele. . Venemaa Föderatsiooni presidendi V. V. Putini sõnul lasti 2018. aasta alguses edukalt välja tuumaelektrijaamaga tiibrakett. Samas on sellise tiibraketti laskeulatus tema sõnul "piiramatu". Huvitav, millises piirkonnas katsetused läbi viidi ja miks vastavad tuumakatsetuste seireteenistused need pähe lõid. Või on ruteenium-106 sügisene eraldumine atmosfääri kuidagi nende katsetega seotud? Need. Tšeljabinski elanikke mitte ainult ei puistatud ruteeniumiga, vaid ka praeti? **************************************** ******************** Ja nüüd loeme natuke tuumarakettmootoritest, kuigi see on hoopis teine lugu. Tuumarakettmootor (NRE) on raketimootori tüüp, mis kasutab tuuma lõhustumise või termotuumasünteesi energiat reaktiivjõu tekitamiseks. Need on vedelad (vedela töövedeliku kuumutamine küttekambris tuumareaktorist ja gaas eemaldatakse läbi düüsi) ja impulssplahvatusohtlikud (madala võimsusega tuumaplahvatused võrdse ajaintervalliga). RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, tuntud ka kui "Irgit" ja "IR-100") - esimene ja ainus Nõukogude tuumarakettmootor aastatel 1947-78. See töötati välja Voroneži disainibüroos "Khimavtomatika".
uus kolonelleitnant avastab Pluuto.
Pärast seda helistab ta laborisse,
et välja selgitada tuumareaktiivlennuki saatus.
Ma arvan, et presidendi sõnumis oli jutt temast, aga millegipärast hakkasid kõik täna postitama ÕEV ???
Las ma panen kõik ühte kohta. Ma ütlen teile, et uudishimulikud mõtted ilmuvad siis, kui saate teemast aru. Ja väga ebamugavad küsimused.
Foto autor: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg
- tuumalaenguga kontinentidevaheline tiibrakettide kandja;
- üheastmelised kosmoselennukid.
Nüüd pole Vene allikates kombeks teisest rääkida ...
Reaktiivlennuki töökiiruse saavutamiseks tuleks Pluuto maapinnalt käivitada, kasutades tavapäraste raketivõimendite paketti. Tuumareaktori käivitamine algas alles pärast seda, kui Pluuto jõudis reisikõrgusesse ja oli asustatud piirkondadest piisavalt eemaldatud. Tuumamootor, mis andis praktiliselt piiramatu ulatuse, võimaldas raketil lennata ringe üle ookeani, oodates käske ülehelikiirusel NSV Liidus asuvale sihtmärgile sõita.
SLAMi eskiis
Kuna Plutoni reaktor muutus pärast starti äärmiselt radioaktiivseks, viidi selle katsepaika spetsiaalselt ehitatud täisautomaatne raudteeliin. Mööda seda joont liiguks reaktor umbes kahe miili kaugusele, mis eraldas staatilist katserajatist ja massiivset "demonteeritavat" hoonet. Hoones demonteeriti "kuum" reaktor kaugjuhitavate seadmete abil uurimiseks. Livermore'i teadlased jälgisid katsetamisprotsessi telerisüsteemi abil, mis asus katsestendist kaugel plekk-kuuris. Igaks juhuks varustati angaar kiirguskaitsevarjendiga kahenädalase toidu- ja veevaruga.
Ainuüksi lammutushoone (kuue kuni kaheksa jala paksuste) seinte ehitamiseks vajaliku betooni tarnimise tagamiseks ostis Ameerika Ühendriikide valitsus terve kaevanduse.
Miljoneid naela suruõhku hoiti 25 miili pikkustes naftatootmistorudes. Seda suruõhku pidi kasutama tingimuste simuleerimiseks, milles reaktiivmootor reisikiirusel lennu ajal satub.
Kõrge õhurõhu tagamiseks süsteemis laenas labor allveelaevade baasist (Groton, Connecticut) hiiglaslikud kompressorid.
Katse, mille käigus seade töötas viis minutit täisvõimsusel, tuli puhuda tonni õhku läbi teraspaakide, mis olid täidetud enam kui 14 miljoni 4 cm läbimõõduga teraskuuliga. Neid paake kuumutati 730 kraadini, kasutades kütteelemendid, kus põletati õli.
Raudteeplatvormile paigaldatud Tori-2S on edukaks testimiseks valmis. mai 1964
Töö Tori-2B kallal ei edenenud joonestuslauast kaugemale. Selle asemel ehitasid Livermores kohe Tory-2C, mis kolm aastat pärast esimese reaktori katsetamist murdis kõrbevaikuse. Nädal hiljem see reaktor taaskäivitati ja see töötas täisvõimsusel (513 megavatti) viis minutit. Selgus, et heitgaaside radioaktiivsus on oodatust palju väiksem. Nendel katsetel osalesid ka õhuväe kindralid ja aatomienergiakomitee ametnikud.
Tori-2C
Sellele probleemile on pakutud mitmeid lahendusi. Üks neist on Pluuto start Wake'i saare lähedal, kus rakett lendaks, viilutades kaheksakesi üle Ameerika Ühendriikidele kuuluva ookeaniosa. "Kuumad" raketid pidi uputama 7 kilomeetri sügavusele ookeani. Ent isegi siis, kui aatomienergiakomisjon inimeste mõtteid kiirgusest kui piiramatust energiaallikast kõigutas, piisas ettepanekust heita ookeani palju radioaktiivselt saastatud rakette, et töö pooleli jätta.
1. juulil 1964, seitse aastat ja kuus kuud pärast tööde algust, suleti Pluuto projekt aatomienergiakomisjoni ja õhujõudude poolt.
Kui Pluuto tahab kedagi ellu äratada, siis võib-olla suudab ta Livermore'ist mõne värbaja leida. Siiski ei tule neid palju. Idee sellest, mis võiks olla põrgulik hullumeelne relv, on parem jätta minevikku.
Läbimõõt - 1500 mm.
Pikkus - 20000 mm.
Kaal - 20 tonni.
Toimeraadius ei ole (teoreetiliselt) piiratud.
Kiirus merepinnal - 3 mach.
Relvastus - 16 termotuumapommi (iga 1 megatonni võimsus).
Mootor on tuumareaktor (võimsus 600 megavatti).
Juhtimissüsteem - inertsiaalne + TERCOM.
Maksimaalne nahatemperatuur on 540 kraadi Celsiuse järgi.
Lennuki kere materjal on kõrge temperatuuriga Rene 41 roostevaba teras.
Katte paksus - 4 - 10 mm.
Ja kuhu see rakett kukkus? Lihtsamalt öeldes, kus tuumareaktor lõhestati? Millises vahemikus? Uuel Maal?
Traditsiooniline NRE tervikuna kujutab endast küttekambri konstruktsiooni, mille soojusallikana on tuumareaktor, töövedeliku toitesüsteem ja otsik. Töövedelik (tavaliselt vesinik) juhitakse paagist reaktori südamikku, kus läbides tuuma lagunemisreaktsiooniga kuumutatud kanaleid, kuumutatakse see kõrge temperatuurini ja seejärel väljutatakse läbi düüsi, tekitades joa tõukejõu. NRE konstruktsioone on erinevaid: tahkefaasiline, vedelfaas ja gaasifaas – mis vastavad tuumakütuse agregatsiooni olekule reaktori südamikus – tahke, sulatatud või kõrgtemperatuuriline gaas (või isegi plasma).
Ida https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546
RD-0410 puhul kasutati heterogeenset termilist neutronreaktorit. Disain hõlmas 37 kütusesõlme, mis olid kaetud soojusisolatsiooniga, mis eraldab need moderaatorist. ProjektEeldati, et vesiniku vool läbis esmalt reflektori ja moderaatori, hoides nende temperatuuri toatemperatuuril, ning seejärel sisenes südamikusse, kus see soojendati temperatuurini 3100 K. Stendi juures jahutati reflektorit ja moderaatorit eraldi vesiniku vool. Reaktor läbis märkimisväärse hulga katsetusi, kuid seda ei testitud kunagi kogu tööaja jooksul. Reaktorivälised sõlmed olid täielikult välja töötatud.
********************************
Ja see on Ameerika tuumarakettmootor. Tema diagramm oli pealkirjapildil
Autor: NASA – suurepärased pildid NASA-s Kirjeldus, üldkasutatav, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378
NERVA (Eng. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) on USA Aatomienergia Komisjoni ja NASA ühisprogramm tuumarakettmootori (NRE) loomiseks, mis kestis 1972. aastani.
NERVA näitas, et NRE oli täielikult töökorras ja sobib kosmoseuuringuteks ning 1968. aasta lõpus kinnitas SNPO, et NERVA uusim modifikatsioon NRX / XE vastas Marsile mehitatud lennu nõuetele. Kuigi NERVA mootoreid ehitati ja katsetati vastavalt oma võimetele ning neid peeti kosmoselaevade jaoks valmis olevateks, tühistas Nixoni administratsioon suure osa Ameerika kosmoseprogrammist.
AEC, SNPO ja NASA on NERVA-t hinnanud väga edukaks programmiks, mis täidab või isegi ületab oma eesmärgid. Programmi põhieesmärk oli "luua tehniline baas tuumarakettmootorisüsteemidele, mida hakatakse kasutama kosmosemissioonide tõukejõusüsteemide projekteerimisel ja arendamisel". Peaaegu kõik NRE-sid kasutavad kosmoseprojektid põhinevad NERVA NRX või Pewee kujundustel.
Marsi missioonid olid NERVA surma põhjuseks. Kongressi liikmed mõlemast erakonnast otsustasid, et mehitatud missioon Marsile oleks USA vaikiv kohustus toetada kulukat kosmosevõistlust aastakümneteks. Igal aastal hilines RIFT programm ja NERVA eesmärgid muutusid keerukamaks. Lõppude lõpuks, kuigi NERVA mootor läbis palju edukaid katseid ja sai kongressi tugeva toetuse, ei lahkunud see Maalt kunagi.
2017. aasta novembris avaldas Hiina lennunduse teaduse ja tehnoloogia korporatsioon (CASC) Hiina kosmoseprogrammi arendamise teekaardi aastateks 2017–2045. Eelkõige näeb see ette tuumarakettmootori jõul töötava korduvkasutatava laeva loomist.
Vedelkütuse rakettmootorid andsid inimesele võimaluse minna kosmosesse – Maa-lähedastele orbiitidele. Sellised raketid põletavad aga 99% kütusest esimestel lennuminutitel. Ülejäänud kütusest ei pruugi teistele planeetidele reisimiseks piisata ning kiirus on nii väike, et teekond kestab kümneid või sadu aastaid. Tuumamootorid võivad probleemi lahendada. Kuidas? Arutame selle koos välja.
Reaktiivmootori tööpõhimõte on väga lihtne: see muudab kütuse reaktiivlennuki kineetiliseks energiaks (energia jäävuse seadus), selle reaktiivmootori suuna tõttu liigub rakett ruumis (jäävuse seadus). hoog). Oluline on mõista, et me ei saa kiirendada raketti ega lennukit kiirusele, mis on suurem kui kütuse väljavoolu kiirus – tagasi paiskuv kuum gaas.
New Horizonsi kosmoselaev
Mis eristab tõhusat mootorit ebaõnnestunud või aegunud mootorist? Esiteks, kui palju kütust vajab mootor raketi kiirendamiseks soovitud kiiruseni. Seda rakettmootori kõige olulisemat parameetrit nimetatakse spetsiifiline impulss, mis on määratletud kui kogu impulsi ja kütusekulu suhe: mida suurem see näitaja, seda tõhusam on raketimootor. Kui rakett koosneb peaaegu täielikult kütusest (mis tähendab, et selles ei ole kohta kasulikule koormale, piirjuhtum), võib eriimpulsi lugeda võrdseks kütuse (raketikütuse) raketi düüsist väljavoolu kiirusega. Raketi väljalaskmine on ülimalt kulukas ettevõtmine, arvesse läheb iga gramm mitte ainult kandevõimest, vaid ka kütusest, mis samuti kaalub ja võtab ruumi. Seetõttu valivad insenerid järjest rohkem aktiivset kütust, mille ühik annaks maksimaalse tulu, suurendades spetsiifilist impulssi.
Valdav enamik rakette ajaloos ja tänapäeval olid varustatud mootoritega, mis kasutavad kütuse põlemise (oksüdatsiooni) keemilist reaktsiooni.
Need võimaldasid jõuda Kuule, Veenusele, Marsile ja isegi kaugema tsooni planeetidele - Jupiterile, Saturnile ja Neptuunile. Tõsi, kosmoseekspeditsioonid kestsid kuid ja aastaid (automaatjaamad Pioneer, Voyager, New Horizons jne). Tuleb märkida, et kõik sellised raketid tarbivad Maalt õhkutõusmiseks olulise osa kütusest ja jätkavad seejärel inertsist lendamist harvadel mootori sisselülitamise hetkedel.
Pioneeri kosmoselaev
Sellised mootorid sobivad rakettide Maa-lähedasele orbiidile saatmiseks, kuid selle kiirendamiseks vähemalt veerandi valguse kiirusest on vaja uskumatult palju kütust (arvutused näitavad, et hoolimata sellest on vaja 103 200 grammi kütust tõsiasi, et meie galaktika mass ei ületa 1056 grammi). On ilmne, et lähimate planeetide ja veelgi enam tähtedeni jõudmiseks vajame piisavalt suuri kiirusi, mida vedelkütuse raketid ei suuda pakkuda.
Gaasifaasiline tuumamootor
Sügavkosmos on hoopis teine asi. Võtame näiteks Marsi, mida ulmekirjanikud "elasid" kaugel ja laialdaselt: see on hästi uuritud ja teaduslikult paljulubav ning mis kõige tähtsam, see on lähedal nagu ükski teine. Asi on “kosmosebussil”, mis suudab meeskonna mõistliku aja jooksul ehk võimalikult kiiresti kohale toimetada. Kuid planeetidevahelise transpordiga on probleeme. Seda on raske soovitud kiiruseni kiirendada, säilitades samal ajal vastuvõetava suuruse ja kulutades mõistliku koguse kütust.
RS-25 (Rocket System 25) on vedelkütusega rakettmootor, mida toodab Rocketdine, USA. Seda kasutati kosmosetranspordisüsteemi "Space Shuttle" purilennukil, millest igaüks oli varustatud kolme sellise mootoriga. Rohkem tuntud kui SSME mootor (inglise Space Shuttle Main Engine – kosmosesüstiku peamootor). Peamised kütusekomponendid on vedel hapnik (oksüdeerija) ja vesinik (kütus). RS-25 kasutab suletud tsükli skeemi (generaatorigaasi järelpõletusega).
Lahenduseks võiks olla kosmoselaevu lükkav "rahumeelne aatom". Kerge ja kompaktse seadme loomisele, mis suudab vähemalt ennast orbiidile saata, mõtlesid insenerid eelmise sajandi 50ndate lõpus. Peamine erinevus tuumamootorite ja sisepõlemismootoriga rakettide vahel seisneb selles, et kineetiline energia saadakse mitte kütuse põlemisel, vaid radioaktiivsete elementide lagunemisel tekkiva soojusenergia tõttu. Võrdleme neid lähenemisviise.
Alates vedelad mootorid väljub kuum heitgaaside "kokteil" (impulssi jäävuse seadus), mis tekib kütuse ja oksüdeerija reaktsioonil (energia jäävuse seadus). Enamasti on see hapniku ja vesiniku kombinatsioon (vesiniku põletamise tulemuseks on tavaline vesi). H2O on palju suurema molaarmassiga kui vesinikul või heeliumil, mistõttu on seda raskem kiirendada, eriimpulss sellisel mootoril on 4500 m/s.
NASA uue kosmoseraketi stardisüsteemi maapealsed katsed, 2016 (Utah, USA). Need mootorid paigaldatakse kosmoselaevale Orion, mis plaanib missiooni Marsile.
IN tuumamootorid tehakse ettepanek kasutada ainult vesinikku ja kiirendada (soojendada) seda tuumalagunemise energia tõttu. Seega on kokkuhoid oksüdeerija (hapniku) pealt, mis on juba imeline, aga mitte kõik. Kuna vesinikul on suhteliselt väike erikaal, on meil lihtsam kiirendada seda suuremate kiirusteni. Muidugi võib kasutada ka muid soojustundlikke gaase (heelium, argoon, ammoniaak ja metaan), kuid need kõik on kõige olulisema – saavutatava eriimpulsi (üle 8 km) poolest vesinikust vähemalt kaks korda madalamad. / s).
Nii et kas tasub kaotada? Kasum on nii suur, et insenere ei peata ei reaktori konstruktsiooni ja juhtimise keerukus, suur kaal ega isegi kiirgusoht. Pealegi ei hakka keegi Maa pinnalt alustama – selliste laevade kokkupanek viiakse läbi orbiidil.
"Lendav" reaktor
Kuidas tuumamootor töötab? Kosmosemootori reaktor on palju väiksem ja kompaktsem kui selle maapealsed kolleegid, kuid kõik peamised komponendid ja juhtimismehhanismid on põhimõtteliselt samad. Reaktor toimib küttekehana, kuhu juhitakse vedelat vesinikku. Temperatuur südamikus ulatub (ja võib ületada) 3000 kraadi. Seejärel eraldub kuumutatud gaas läbi düüsi.
Sellised reaktorid eraldavad aga kahjulikku kiirgust. Meeskonna ja arvukate elektroonikaseadmete kaitsmiseks kiirguse eest on vaja põhimeetmeid. Seetõttu meenutavad tuumamootoriga planeetidevaheliste laevade projektid sageli vihmavarju: mootor asub varjestatud eraldi plokis, mis on põhimooduliga ühendatud pika sõrestiku või toruga.
"Põlemiskamber" Reaktori südamik toimib tuumamootorina, milles kõrge rõhu all tarnitud vesinikku kuumutatakse 3000 kraadini või rohkem. Selle piiri määrab ainult reaktori materjalide kuumakindlus ja kütuse omadused, kuigi temperatuuri tõstmine suurendab eriimpulssi.
Kütuseelemendid- need on kuumakindlad ribilised (soojusülekandeala suurendamiseks) uraanigraanulitega täidetud silindrid-"klaasid". Neid "pestakse" gaasivooluga, mis täidab nii töövedeliku kui ka reaktori jahuti rolli. Kogu konstruktsioon on isoleeritud berülliumi peegeldavate ekraanidega, mis ei eralda ohtlikku kiirgust väljapoole. Soojuse vabanemise kontrollimiseks asuvad ekraanide kõrval spetsiaalsed pöörlevad trumlid.
Tuumarakettmootoritest on mitmeid paljutõotavaid konstruktsioone, mille rakendamine ootab tiibadel. Lõppude lõpuks kasutatakse neid peamiselt planeetidevahelisel reisil, mis ilmselt on kohe nurga taga.
Tuumamootori projektid
Need projektid jäid riiulile erinevatel põhjustel – rahapuudus, projekteerimise keerukus või isegi vajadus kokku panna ja paigaldada avakosmosesse.
"ORION" (USA, 1950–1960)
Mehitatud tuumaimpulssiga kosmoselaeva ("plahvatusaine") projekt planeetidevahelise ja tähtedevahelise ruumi uurimiseks.
Toimimispõhimõte. Laeva mootorist väljub lennule vastassuunas väikese ekvivalendiga tuumalaeng, mis detoneeritakse laevast suhteliselt väikesel kaugusel (kuni 100 m). Löögijõud põrkab tagasi massiivselt helkurplaadilt laeva sabas, "lükkades" seda edasi.
"PROMETHEUS" (USA, 2002–2005)
NASA kosmoseagentuuri projekt kosmoselaevade tuumamootori väljatöötamiseks.
Toimimispõhimõte. Kosmoselaeva mootor pidi koosnema tõukejõudu tekitavatest ioniseeritud osakestest ja kompaktsest tuumareaktorist, mis varustab paigaldisega energiat. Ioonmootor toodab umbes 60 grammi tõukejõudu, kuid suudab pidevalt töötada. Lõppkokkuvõttes suudab laev järk-järgult koguda tohutut kiirust - 50 km / s, kulutades minimaalselt energiat.
"PLUTON" (USA, 1957-1964)
Tuumareaktiivmootori arendamise projekt.
Toimimispõhimõte.Õhk läbi sõiduki esiosa siseneb tuumareaktorisse, kus seda soojendatakse. Kuum õhk paisub, omandab suurema kiiruse ja vabaneb läbi düüsi, tagades vajaliku tõukejõu.
NERVA (USA, 1952–1972)
(ing. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) on USA Aatomienergia Komisjoni ja NASA ühisprogramm tuumarakettmootori loomiseks.
Toimimispõhimõte. Vedel hüdrogeel juhitakse spetsiaalsesse kambrisse, kus seda kuumutatakse tuumareaktoris. Kuum gaas paisub ja eraldub düüsis, tekitades tõukejõu.
Adresseeritud sõnumiga föderaalassambleele. Tema kõne see osa, mis puudutas kaitseküsimusi, sai elava arutelu objektiks. Riigipea esitles uusi relvi.
Jutt käib väikesemahulise raskeveokite tuumajaama paigutamisest õhk-maa tiibraketti Kh-101 korpusesse.
Militaryrussia.ru Tiibrakett X-101 Kuna sellisel tuumalõhkepeaga raketil ei ole lennuulatuse piirangut ja selle trajektoori ei ole võimalik ennustada, muudab see raketitõrje ja õhutõrje tõhususe olematuks ning seetõttu on sellel potentsiaal põhjustada korvamatut kahju mis tahes riigile maailmas. Presidendi sõnul katsetati seda relva 2017. aasta lõpus edukalt. Ja mujal maailmas pole midagi sellist.
Mõned lääne meediakanalid suhtusid Putini välja öeldud teabesse skeptiliselt. Nii kahtles üks Ameerika ametnik, kes teab Venemaa sõjatööstuskompleksi seisukorda, CNN-iga vesteldes kirjeldatud relva olemasolus. Agentuuri vestluskaaslane ütles, et USA jälgis väikest hulka Venemaa tuumatiibraketti katsetusi ja nägi kõiki nendega kaasnenud õnnetusi. "Igal juhul, kui Venemaa kunagi ründab USA-d, võetakse sellele ülekaaluka jõuga vastu," lõpetas ametnik.
Kõrvale ei jäänud ka eksperdid Venemaal. Niisiis võttis The Insider kommentaari Kosmoseprobleemide Instituudi juhilt Ivan Moisejevilt, kes leidis, et tiibraketil ei saa olla tuumamootorit.
"Sellised asjad on võimatud ja üldiselt pole vaja. Tiibraketile on tuumamootorit võimatu panna. Jah, ja selliseid mootoreid pole. Üks selline megavatt-klassi mootor on arendamisel, kuid see on kosmos ja loomulikult ei saanud 2017. aastal katseid teha, ”rääkis Moisejev väljaandele.
"Nõukogude Liidus toimusid sarnased arengud, kuid kõik ideed panna tuumamootorid pigem õhku kui kosmosesõidukid - lennukid, tiibraketid - jäeti eelmise sajandi 50ndatel kõrvale," lisas ta.
NSV Liidus olid rakettide tuumajaamad küll. Nende loomisega alustati 1947. aastal. Ameerika ei jäänud NSV Liidust maha. 1961. aastal nimetas John F. Kennedy tuumaraketiprogrammi üheks neljast kosmoseuuringute prioriteedist. Kuid kuna rahastamine oli suunatud Lunari programmile, ei jätkunud tuumamootori arendamiseks raha ja programm suleti.
Erinevalt USA-st jätkas Nõukogude Liit tööd tuumamootorite kallal. Need töötasid välja sellised teadlased nagu Mstislav Keldõš, Igor Kurtšatov ja Sergei Korolev, kes erinevalt Kosmoseprobleemide Instituudi eksperdist hindasid tuumaenergiaallikatega rakettide loomise võimalusi üsna kõrgeks.
1978. aastal lasti käiku esimene 11B91 tuumarakettmootor, millele järgnes veel kaks katseseeriat – teine ja kolmas 11B91-IR-100 sõidukid.
Ühesõnaga, NSV Liidul olid tuumaenergiaallikatega satelliidid. 24. jaanuaril 1978 lahvatas tohutu rahvusvaheline skandaal. Nõukogude kosmoseluure satelliit Kosmos-954, mille pardal oli tuumajaam, kukkus Kanadasse. Osa territooriume tunnistati radioaktiivselt saastunuks. Elanikkonna hulgas hukkunuid ei olnud. Selgus, et satelliiti jälgis tähelepanelikult Ameerika luure, kes teadis, et seadmel on tuumaenergiaallikas.
Skandaali tõttu pidi NSV Liit pea kolmeks aastaks selliste satelliitide saatmisest loobuma ja kiirgusohutussüsteemi tõsiselt parandama.
30. augustil 1982 saadeti Baikonurist teele teine tuumamootoriga spioonisatelliit Kosmos-1402. Pärast ülesande täitmist hävitas seadme reaktori kiirgusohutussüsteem, mis varem puudus.
Pärast Nõukogude Liidu lagunemist loobuti kõigist arengutest. Kuid ilmselgelt alustati neid mõni aeg tagasi.
Nõukogude ja Ameerika teadlased on tuumarakettmootoreid arendanud alates 20. sajandi keskpaigast. Need arendused pole prototüüpidest ja üksikutest katsetustest kaugemale edenenud, kuid praegu luuakse Venemaal ainsat tuumaenergiat kasutavat raketi tõukejõusüsteemi. "Reactor" uuris tuumarakettmootorite kasutuselevõtu katsete ajalugu.
Kui inimkond oli just hakanud kosmost vallutama, seisid teadlased silmitsi ülesandega varustada kosmoseaparaate energiaga. Teadlased juhtisid tähelepanu võimalusele kasutada tuumaenergiat kosmoses, luues tuumarakettmootori kontseptsiooni. Selline mootor pidi kasutama tuumade lõhustumise või sulandumise energiat, et tekitada reaktiivjoa tõukejõudu.
NSV Liidus alustati juba 1947. aastal tuumarakettmootori loomisega. 1953. aastal märkisid Nõukogude eksperdid, et "aatomienergia kasutamine võimaldab saavutada praktiliselt piiramatuid lennukaugusi ja drastiliselt vähendada rakettide lennumassi" (tsitaat A. S. Korotejevi toimetatud väljaandest "Tuumarakettmootorid", M, 2001). . Tol ajal olid tuumajõul töötavad tõukejõusüsteemid mõeldud ennekõike ballistiliste rakettide varustamiseks, seega oli valitsuse huvi arenduste vastu suur. USA president John F. Kennedy nimetas 1961. aastal tuumarakettmootoriga raketi loomise riiklikku programmi (Project Rover) üheks neljast kosmosevallutamise prioriteedist.
KIWI reaktor, 1959 Foto: NASA.
1950. aastate lõpus lõid Ameerika teadlased KIWI reaktorid. Neid on korduvalt testitud, arendajad on teinud suure hulga muudatusi. Tihti tuli katsete käigus ette rikkeid, näiteks kui mootori südamik hävines ja avastati suur vesinikuleke.
1960. aastate alguses lõid nii USA kui ka NSV Liit eeldused tuumarakettmootorite loomise plaanide elluviimiseks, kuid iga riik läks oma teed. Ameerika Ühendriigid lõid selliste mootorite jaoks palju tahkefaasilisi reaktoreid ja katsetasid neid avatud pinkidel. NSVL katsetas kütusesõlme ja muid mootorielemente, valmistas ette tootmist, katsetamist, personalibaasi laiemaks "pealetungiks".
Skeem YARD NERVA. Illustratsioon: NASA.
USA-s ütles president Kennedy juba 1962. aastal, et "esimestel lendudel Kuule tuumaraketti ei kasutata", seega tasub kosmoseuuringuteks eraldatud vahendid suunata muudesse arendustesse. 1960. ja 1970. aastate vahetusel katsetati NERVA programmi raames veel kahte reaktorit (PEWEE 1968. aastal ja NF-1 1972. aastal). Kuid rahastamine keskendus Kuu programmile, nii et USA tuumajõuprogramm kahanes ja lõppes 1972. aastal.
NASA film NERVA tuumareaktiivmootorist.
Nõukogude Liidus jätkus tuumarakettmootorite väljatöötamine kuni 1970. aastateni ning neid juhtis nüüdseks kuulus kodumaiste akadeemiliste teadlaste kolmik: Mstislav Keldõš, Igor Kurtšatov ja. Tuumamootoritega rakettide loomise ja kasutamise võimalusi hindasid nad üsna optimistlikult. Tundus, et NSV Liit hakkab sellise raketi välja laskma. Semipalatinski katsepaigas viidi läbi tulekatsetused - 1978. aastal käivitati tuumarakettmootori 11B91 (või RD-0410) esimene reaktor, seejärel veel kaks katseseeriat - teine ja kolmas 11B91-IR-100 seade. Need olid esimesed ja viimased Nõukogude tuumarakettmootorid.
M.V. Keldysh ja S.P. Korolev külastab I.V. Kurtšatov, 1959
