موشک کروز هسته ای. اصل عملیات، عکس. موتورهای موشکی هسته‌ای و سامانه‌های پیشران الکتریکی موشک هسته‌ای

او گفت که روش ایمن برای استفاده از انرژی هسته ای در فضا در اتحاد جماهیر شوروی اختراع شد و اکنون کار برای ایجاد یک تاسیسات هسته ای بر اساس آن در حال انجام است. مدیر عاملحالت مرکز علمیفدراسیون روسیه "مرکز تحقیقاتی به نام کلدیش"، آکادمیک آناتولی کوروتیف.

اکنون مؤسسه در همکاری گسترده بین شرکت های Roscosmos و Rosatom به طور فعال در این راستا کار می کند. و امیدوارم به موقع به اینجا برسیم اثر مثبت A. Koroteev در "خوانش سلطنتی" سالانه در دانشگاه فنی دولتی باومان مسکو در روز سه شنبه گفت.

به گفته وی، مرکز کلدیش این طرح را ابداع کرد استفاده ایمنانرژی هسته ای در فضای بیرونی، که امکان انجام بدون انتشار را فراهم می کند و در یک مدار بسته عمل می کند، که حتی در صورت خرابی و سقوط آن به زمین، نصب را ایمن می کند.

این طرح خطر استفاده از انرژی هسته ای را بسیار کاهش می دهد، به ویژه با توجه به اینکه یکی از نکات اساسی، کارکرد این سامانه در مدارهای بالای 800 تا 1000 کیلومتر است. این دانشمند تصریح کرد: سپس در صورت شکست، زمان "فلش زدن" به حدی است که بازگشت این عناصر به زمین را پس از مدت زمان طولانی ایمن می کند.

A. Koroteev گفت که قبلاً اتحاد جماهیر شوروی قبلاً از فضاپیماهای با انرژی هسته ای استفاده کرده بود ، اما آنها به طور بالقوه برای زمین خطرناک بودند و متعاقباً باید رها می شدند. اتحاد جماهیر شوروی از انرژی هسته ای در فضا استفاده کرد. 34 فضاپیمای با انرژی هسته‌ای در فضا وجود داشت که از این تعداد 32 فضاپیم شوروی و دو آمریکایی بودند.

به گفته وی، تاسیسات هسته ای در حال توسعه در روسیه از طریق استفاده از یک سیستم خنک کننده بدون قاب تسهیل می شود که در آن خنک کننده راکتور هسته ای بدون سیستم خط لوله مستقیماً در فضای بیرونی گردش می کند.

اما در اوایل دهه 1960، طراحان موتورهای موشک هسته ای را تنها جایگزین واقعی برای سفر به سیارات دیگر در منظومه شمسی در نظر گرفتند. بیایید تاریخچه این موضوع را دریابیم.

رقابت بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده، از جمله در فضا، در آن زمان ادامه داشت نوسان کامل، مهندسان و دانشمندان برای ایجاد موتور پیشران هسته ای وارد مسابقه شدند و ارتش نیز در ابتدا از پروژه موتور موشک هسته ای حمایت کرد. در ابتدا، کار بسیار ساده به نظر می رسید - فقط باید یک راکتور طراحی کنید که به جای آب با هیدروژن خنک شود، یک نازل به آن وصل کنید و - به سمت مریخ! آمریکایی ها ده سال بعد از ماه به مریخ می رفتند و حتی تصور نمی کردند که فضانوردان بدون موتورهای هسته ای به مریخ برسند.

آمریکایی ها خیلی سریع اولین نمونه اولیه راکتور را ساختند و قبلاً آن را در ژوئیه 1959 آزمایش کردند (آنها KIWI-A نامیده می شدند). این آزمایشات صرفاً نشان داد که راکتور می تواند برای گرم کردن هیدروژن استفاده شود. طراحی راکتور - با سوخت اکسید اورانیوم محافظت نشده - برای دماهای بالا مناسب نبود و هیدروژن فقط تا یک و نیم هزار درجه گرم می شد.

با کسب تجربه، طراحی راکتورهای موتورهای موشک هسته ای - NRE - پیچیده تر شد. اکسید اورانیوم با یک کاربید مقاوم تر در برابر حرارت جایگزین شد، علاوه بر این با کاربید نیوبیم پوشانده شد، اما زمانی که تلاش برای رسیدن به دمای طراحی شده بود، راکتور شروع به فروپاشی کرد. علاوه بر این، حتی در غیاب تخریب ماکروسکوپی، انتشار سوخت اورانیوم به هیدروژن خنک کننده رخ داد و از دست دادن جرم در عرض پنج ساعت پس از کار راکتور به 20٪ رسید. ماده ای که بتواند در دمای 2700-3000 درجه سانتیگراد کار کند و در برابر تخریب توسط هیدروژن داغ مقاومت کند، هرگز یافت نشد.

بنابراین، آمریکایی ها تصمیم گرفتند کارایی را فدا کنند و یک ضربه خاص را در طراحی موتور پرواز گنجانده اند (تراست بر حسب کیلوگرم نیرو که با آزادسازی یک کیلوگرم جرم سیال در هر ثانیه حاصل می شود؛ واحد اندازه گیری یک ثانیه است). 860 ثانیه این دو برابر رقم مربوط به موتورهای اکسیژن-هیدروژن آن زمان بود. اما هنگامی که آمریکایی ها شروع به موفقیت کردند، علاقه به پروازهای سرنشین دار قبلاً کاهش یافته بود، برنامه آپولو محدود شد و در سال 1973 پروژه NERVA (این نام موتور یک اکسپدیشن سرنشین دار به مریخ بود) سرانجام بسته شد. با برنده شدن در مسابقه قمری، آمریکایی ها نمی خواستند مسابقه مریخی را سازماندهی کنند.

اما درسی که از ده ها رآکتور ساخته شده و ده ها آزمایش انجام شده آموخته شد این بود که مهندسان آمریکایی بیش از حد از آزمایش هسته ای در مقیاس کامل غافل شدند تا اینکه عناصر کلیدی را بدون درگیر کردن فناوری هسته ای در جایی که می توان از آن اجتناب کرد کار کنند. و در مواردی که امکان پذیر نیست از پایه های کوچکتر استفاده کنید. آمریکایی ها تقریباً همه راکتورها را با قدرت کامل کار کردند، اما نتوانستند به دمای طراحی شده هیدروژن برسند - راکتور زودتر شروع به فروپاشی کرد. در مجموع، از سال 1955 تا 1972، 1.4 میلیارد دلار برای برنامه موتور موشک هسته ای هزینه شد - تقریباً 5٪ از هزینه برنامه قمری.

همچنین در ایالات متحده آمریکا، پروژه Orion اختراع شد که هر دو نسخه از پیشرانه هسته ای (جت و پالس) را ترکیب می کرد. این کار به روش زیر انجام شد: بارهای هسته ای کوچک با ظرفیت حدود 100 تن TNT از دم کشتی خارج شد. آنها به دنبال آنها شلیک کردند چرخ های فلزی. در فاصله ای از کشتی، بار منفجر شد، دیسک تبخیر شد و ماده در جهات مختلف پراکنده شد. بخشی از آن به قسمت دم تقویت شده کشتی افتاد و آن را به جلو برد. افزایش اندکی در رانش باید با تبخیر صفحه که ضربات را وارد می کند، ایجاد می شد. هزینه واحد چنین پروازی باید فقط 150 می بود دلاربه ازای هر کیلوگرم محموله

حتی به مرحله آزمایش هم رسید: تجربه نشان داد که حرکت با کمک تکانه های متوالی امکان پذیر است، همانطور که ایجاد یک صفحه استرن نیز ممکن است. قدرت کافی. اما پروژه Orion در سال 1965 بسته شد و امیدوار بود. با این حال، تا کنون این تنها مفهوم موجود است که می تواند سفرهای اعزامی را حداقل در سراسر منظومه شمسی امکان پذیر کند.

در نیمه اول دهه 1960، مهندسان شوروی سفر به مریخ را به عنوان ادامه منطقی برنامه توسعه یافته پرواز انسان به ماه در نظر گرفتند. در موجی از شور و شوق ناشی از اولویت اتحاد جماهیر شوروی در فضا، حتی به شدت مشکلات پیچیدهبا افزایش خوش بینی ارزیابی شدند.

یکی از مهمترین مشکلات، مشکل منبع تغذیه بود (و تا امروز باقی مانده است). واضح بود که موتورهای راکت پیشران مایع، حتی موتورهای اکسیژن-هیدروژنی امیدوارکننده، اصولاً می‌توانند یک پرواز سرنشین دار به مریخ را فراهم کنند، سپس تنها با توده‌های پرتاب عظیمی از مجموعه بین سیاره‌ای، با تعداد زیادی اسکله از بلوک‌های منفرد در مونتاژ مدار پایین زمین

در جستجوی راه‌حل‌های بهینه، دانشمندان و مهندسان به انرژی هسته‌ای روی آوردند و به تدریج نگاه دقیق‌تری به این مشکل داشتند.

در اتحاد جماهیر شوروی، تحقیقات در مورد مشکلات استفاده از انرژی هسته ای در فناوری موشکی و فضایی در نیمه دوم دهه 50، حتی قبل از پرتاب اولین ماهواره ها آغاز شد. گروه‌های کوچکی از مشتاقان در چندین مؤسسه تحقیقاتی با هدف ایجاد موتورهای هسته‌ای موشکی و فضایی و نیروگاه‌ها ظهور کردند.

طراحان OKB-11 S.P. Korolev به همراه متخصصان NII-12 به رهبری V.Ya گزینه های مختلفی را برای موشک های فضایی و رزمی (!) مجهز به موتورهای موشک هسته ای (NRE) در نظر گرفتند. آب و گازهای مایع- هیدروژن، آمونیاک و متان.

چشم انداز امیدوار کننده بود. به تدریج این کار درک و حمایت مالی در دولت اتحاد جماهیر شوروی پیدا کرد.

در حال حاضر اولین تجزیه و تحلیل نشان داد که در میان بسیاری از طرح‌های احتمالی سیستم‌های نیروی محرکه هسته‌ای فضایی (NSPS)، سه مورد بیشترین چشم‌انداز را دارند:

• با راکتور هسته ای فاز جامد؛
• با راکتور هسته ای فاز گاز؛
• سامانه های رانش الکتروهسته ای راکتی

طرح ها اساسا متفاوت بودند. برای هر یک از آنها، چندین گزینه برای توسعه کار نظری و تجربی مشخص شد.

به نظر می‌رسید که نزدیک‌ترین به اجرا، یک موتور پیشران هسته‌ای فاز جامد باشد. انگیزه توسعه کار در این راستا با پیشرفت های مشابه انجام شده در ایالات متحده از سال 1955 تحت برنامه ROVER و همچنین چشم انداز (همانطور که در آن زمان به نظر می رسید) ایجاد یک هواپیمای بمب افکن سرنشین دار بین قاره ای داخلی با نیروی محرکه هسته ای فراهم شد. سیستم.

یک موتور محرکه هسته ای فاز جامد به عنوان یک موتور جریان مستقیم عمل می کند. هیدروژن مایع وارد قسمت نازل می‌شود، ظرف راکتور، مجموعه‌های سوخت (FA)، تعدیل‌کننده را خنک می‌کند و سپس به اطراف می‌چرخد و داخل FA می‌شود، جایی که تا 3000 کلوین گرم می‌شود و به داخل نازل پرتاب می‌شود و تا سرعت‌های بالا شتاب می‌گیرد.

اصول عملیاتی سیستم رانش هسته ای مورد تردید نبود. با این حال ، طراحی (و خصوصیات) آن تا حد زیادی به "قلب" موتور - راکتور هسته ای بستگی داشت و اول از همه با "پر کردن" آن - هسته تعیین شد.

توسعه دهندگان اولین موتورهای پیشران هسته ای آمریکا (و شوروی) از یک راکتور همگن با هسته گرافیتی حمایت کردند. کار گروه جستجو بر روی انواع جدید سوخت های با دمای بالا، ایجاد شده در سال 1958 در آزمایشگاه شماره 21 (به سرپرستی G.A. Meerson) NII-93 (مدیر A.A. Bochvar)، تا حدودی به طور جداگانه پیش رفت. تحت تأثیر کار مداوم روی یک راکتور هواپیما (یک لانه زنبوری از اکسید بریلیوم) در آن زمان، این گروه تلاش هایی (دوباره اکتشافی) برای به دست آوردن مواد مبتنی بر سیلیکون و کاربید زیرکونیوم انجام داد که در برابر اکسیداسیون مقاوم بودند.

طبق خاطرات ر.ب. Kotelnikov، کارمند NII-9، در بهار 1958، رئیس آزمایشگاه شماره 21 با نماینده NII-1 V.N. او گفت که به عنوان ماده اصلی برای عناصر سوخت (میله های سوخت) راکتور در موسسه خود (به هر حال، در آن زمان رئیس در صنعت موشک؛ رئیس موسسه V.Ya. Likhushin، مدیر علمی M.V. کلدیش، رئیس آزمایشگاه V.M.Ievlev) از گرافیت استفاده می کنند. به طور خاص، آنها قبلاً آموخته اند که چگونه روی نمونه ها پوشش هایی اعمال کنند تا از هیدروژن محافظت کنند. NII-9 پیشنهاد کرد که امکان استفاده از کاربیدهای UC-ZrC به عنوان پایه ای برای عناصر سوخت در نظر گرفته شود.

پس از مدت کوتاهی، مشتری دیگری برای میله های سوخت ظاهر شد - دفتر طراحی M.M. که از نظر ایدئولوژیکی با NII-1 رقابت می کرد. اگر دومی برای طراحی تمام بلوک چند کاناله بود، پس دفتر طراحی M.M Bondaryuk به سمت یک نسخه تاشو حرکت کرد، با تمرکز بر سهولت ماشینکاری گرافیت و خجالت نکشیدن از پیچیدگی قطعات - ضخامت میلی متر. بشقاب هایی با همان دنده ها پردازش کاربیدها بسیار دشوارتر است. در آن زمان ساخت قطعاتی مانند بلوک های چند کاناله و صفحات از آنها غیرممکن بود. مشخص شد که لازم است طرح دیگری ایجاد شود که با مشخصات کاربیدها مطابقت داشته باشد.

در پایان سال 1959 - آغاز سال 1960، شرایط تعیین کننده برای میله های سوخت NRE پیدا شد - یک هسته از نوع میله ای که مشتریان را راضی می کرد - موسسه تحقیقات لیخوشین و دفتر طراحی Bondaryuk. طراحی یک راکتور ناهمگن روی نوترون های حرارتی به عنوان اصلی ترین راکتور برای آنها توجیه شد. مزایای اصلی آن (در مقایسه با راکتور گرافیتی همگن جایگزین) عبارتند از:

• می توان از یک تعدیل کننده حاوی هیدروژن با دمای پایین استفاده کرد که امکان ایجاد موتورهای پیشران هسته ای با کمال جرم بالا را فراهم می کند.
• می توان نمونه کوچکی از یک موتور پیشران هسته ای با نیروی رانش حدود 30 تا 50 کیلو نیوتن با درجه تداوم بالا برای موتورها و سیستم های پیشران هسته ای نسل بعدی توسعه داد.
• می توان به طور گسترده از کاربیدهای نسوز در میله های سوخت و سایر بخش های ساختار راکتور استفاده کرد که این امکان را فراهم می کند تا دمای گرمایش سیال کار را به حداکثر برساند و یک ضربه خاص را افزایش دهد.
• می توان به طور مستقل، عنصر به عنصر، اجزا و سیستم های اصلی سیستم رانش هسته ای (NPP)، مانند مجموعه های سوخت، تعدیل کننده، بازتابنده، واحد توربوپمپ (TPU)، سیستم کنترل، نازل و غیره را آزمایش کرد. این اجازه می دهد تا آزمایش به صورت موازی انجام شود و میزان آزمایش پیچیده گران قیمت نیروگاه به طور کلی کاهش یابد.

در حدود 1962-1963 کار بر روی مشکل پیشران هسته ای توسط NII-1 که دارای یک پایگاه آزمایشی قدرتمند و پرسنل عالی است، رهبری می شد. آنها فقط فاقد فناوری اورانیوم و همچنین دانشمندان هسته ای بودند. با مشارکت NII-9، و سپس IPPE، همکاری شکل گرفت که به عنوان ایدئولوژی خود ایجاد یک موتور حداقل رانش (حدود 3.6 tf) اما "واقعی" تابستانی با راکتور "مستقیم" IR- را در نظر گرفت. 100 (تست یا تحقیق، 100 مگاوات، طراح ارشد - Yu.A. Treskin). با پشتیبانی مقررات دولتی، NII-1 پایه های قوس الکتریکی ساخت که همیشه تخیل را شگفت زده می کرد - ده ها سیلندر با ارتفاع 6-8 متر، اتاقک های افقی عظیم با قدرت بیش از 80 کیلو وات، شیشه های زره ​​پوش در جعبه ها. شرکت کنندگان در جلسه از پوسترهای رنگارنگ با نقشه پرواز به ماه، مریخ و غیره الهام گرفتند. فرض بر این بود که در فرآیند ایجاد و آزمایش موتور پیشران هسته ای، مسائل طراحی، فنی و فیزیکی حل شود.

به گفته R. Kotelnikov، موضوع، متأسفانه، با موضع نه چندان روشن دانشمندان موشکی پیچیده شد. وزارت مهندسی عمومی (MOM) در تأمین مالی برنامه آزمایشی و ساخت پایگاه میز آزمایش با مشکلات زیادی روبرو بود. به نظر می رسید که IOM تمایل یا ظرفیتی برای پیشبرد برنامه NRD ندارد.

در پایان دهه 1960، پشتیبانی از رقبای NII-1 - IAE، PNITI و NII-8 - بسیار جدی‌تر بود. وزارت مهندسی متوسط ​​("دانشمندان هسته ای") فعالانه از توسعه آنها حمایت کرد. راکتور "حلقه" IVG (با مجموعه های کانال مرکزی هسته و میله ای توسعه یافته توسط NII-9) سرانجام در آغاز دهه 70 به میدان آمد. آزمایش مجموعه های سوخت در آنجا آغاز شد.

اکنون، 30 سال بعد، به نظر می رسد که خط IAE درست تر بود: ابتدا - یک حلقه "زمینی" قابل اعتماد - آزمایش میله ها و مجموعه های سوخت و سپس ایجاد یک موتور پیشران هسته ای پرواز با توان مورد نیاز. اما بعد به نظر می رسید که می توان خیلی سریع یک موتور واقعی، هرچند کوچک ساخت... با این حال، از آنجایی که زندگی نشان داده است که نیازی عینی (یا حتی ذهنی) به چنین موتوری وجود نداشته است (به این نیز می توانیم اضافه کنید که جدیت جنبه های منفی این جهت، به عنوان مثال توافق نامه های بین المللی در مورد دستگاه های هسته ای در فضا، در ابتدا بسیار دست کم گرفته شد)، سپس یک برنامه اساسی که اهداف آن محدود و مشخص نبود، به همین نسبت درست تر شد. و مولد.

در 1 ژوئیه 1965، طراحی اولیه راکتور IR-20-100 مورد بررسی قرار گرفت. نقطه اوج، انتشار طرح فنی مجموعه های سوخت IR-100 (1967)، متشکل از 100 میله (UC-ZrC-NbC و UC-ZrC-C برای بخش های ورودی و UC-ZrC-NbC برای خروجی) بود. . NII-9 آماده تولید یک دسته بزرگ از عناصر هسته برای هسته آینده IR-100 بود. این پروژه بسیار پیشرفته بود: پس از حدود 10 سال، عملاً بدون تغییر قابل توجه، در قسمت دستگاه 11B91 مورد استفاده قرار گرفت و حتی در حال حاضر تمام راه حل های اصلی در مجموعه های راکتورهای مشابه برای اهداف دیگر حفظ می شود. درجه کاملاً متفاوتی از محاسبات و توجیه تجربی.

بخش "موشک" اولین هسته ای داخلی RD-0410 در دفتر طراحی اتوماسیون شیمیایی ورونژ (KBHA)، بخش "راکتور" (مسائل ایمنی راکتور نوترونی و تشعشع) - توسط موسسه فیزیک و انرژی (ابنینسک) توسعه یافت. ) و موسسه انرژی اتمی کورچاتوف.

KBHA به دلیل کار خود در زمینه موتورهای سوخت مایع برای موشک های بالستیک، فضاپیماها و وسایل پرتاب شناخته شده است. حدود 60 نمونه در اینجا توسعه داده شد که 30 مورد از آنها آورده شد تولید سریال. تا سال 1986، KBHA قدرتمندترین موتور اکسیژن-هیدروژنی تک محفظه کشور RD-0120 با رانش 200 tf را ایجاد کرد که به عنوان موتور محرکه در مرحله دوم مجموعه انرژی-بوران مورد استفاده قرار گرفت. هسته ای RD-0410 به طور مشترک با بسیاری ساخته شد شرکت های دفاعی، دفتر طراحی و پژوهشکده.

بر اساس مفهوم پذیرفته شده، هیدروژن مایع و هگزان (یک افزودنی بازدارنده که هیدروژنه شدن کاربیدها را کاهش می دهد و عمر عناصر سوخت را افزایش می دهد) با استفاده از یک TNA به یک راکتور نوترون حرارتی ناهمگن با مجموعه های سوخت احاطه شده توسط یک تعدیل کننده هیدرید زیرکونیوم عرضه شد. پوسته آنها با هیدروژن خنک شد. بازتابنده دارای درایوهایی برای چرخش عناصر جذبی (سیلندرهای کاربید بور) بود. این پمپ شامل یک پمپ گریز از مرکز سه مرحله ای و یک توربین محوری تک مرحله ای بود.

در طی پنج سال، از سال 1966 تا 1971، پایه های فناوری راکتور-موتور ایجاد شد و چند سال بعد یک پایگاه آزمایشی قدرتمند به نام "اکسپدیشن شماره 10" به بهره برداری رسید و متعاقباً اکسپدیشن آزمایشی NPO "Luch" در سایت آزمایش هسته ای Semipalatinsk .
در طول آزمایش با مشکلات خاصی مواجه شد. استفاده از پایه های معمولی برای پرتاب یک موتور موشک هسته ای در مقیاس کامل به دلیل تشعشع غیرممکن بود. تصمیم گرفته شد که راکتور را در سایت آزمایش هسته‌ای در Semipalatinsk و "قسمت موشک" را در NIIkhimmash (زاگورسک، اکنون سرگیف پوساد) آزمایش کنیم.

برای مطالعه فرآیندهای درون محفظه، بیش از 250 آزمایش بر روی 30 "موتور سرد" (بدون راکتور) انجام شد. محفظه احتراق موتور موشک اکسیژن-هیدروژن 11D56 توسعه یافته توسط KBKhimmash (طراح اصلی - A.M. Isaev) به عنوان یک عنصر گرمایش مدل استفاده شد. حداکثر زمان عملیات 13 هزار ثانیه با منبع اعلام شده 3600 ثانیه بود.

برای آزمایش راکتور در سایت آزمایش Semipalatinsk، دو شفت ویژه با محل خدمات زیرزمینی ساخته شد. یکی از شفت ها به یک مخزن زیرزمینی برای گاز هیدروژن فشرده متصل بود. استفاده از هیدروژن مایع به دلایل مالی کنار گذاشته شد.

در سال 1976، اولین راه اندازی برق راکتور IVG-1 انجام شد. در همان زمان، یک پایه در OE برای آزمایش نسخه پیشرانه راکتور IR-100 ایجاد شد و چند سال بعد با قدرت های مختلف آزمایش شد (یکی از IR-100 متعاقباً به مواد تبدیل شد. راکتور تحقیقات علمی کم قدرت، که هنوز کار می کند).

قبل از پرتاب آزمایشی، راکتور با استفاده از یک دستگاه نصب شده روی سطح، به داخل شفت فرود آمد جرثقیل دروازه ای. پس از راه اندازی راکتور، هیدروژن از پایین وارد "دیگ بخار" شد، تا 3000 کلوین گرم شد و در یک جریان آتشین از شفت خارج شد. علیرغم رادیواکتیویته ناچیز گازهای فراری، اجازه نداشت در طول روز تا شعاع یک و نیم کیلومتری از محل آزمایش در بیرون باشد. نزدیک شدن به خود معدن برای یک ماه غیرممکن بود. یک تونل زیرزمینی یک و نیم کیلومتری از منطقه امن ابتدا به یک پناهگاه و از آنجا به سنگر دیگر در نزدیکی معادن منتهی می شد. متخصصان در امتداد این "راهروهای" منحصر به فرد حرکت کردند.

ایولف ویتالی میخایلوویچ

نتایج آزمایش‌های انجام‌شده با راکتور در سال‌های 1978-1981 صحت را تأیید کرد. راه حل های سازنده. در اصل YARD ایجاد شد. تنها چیزی که باقی مانده بود اتصال این دو بخش و انجام آزمایشات جامع بود.

در حدود سال 1985، RD-0410 (طبق سیستم نامگذاری متفاوت 11B91) می توانست اولین پرواز فضایی خود را انجام دهد. اما برای این امر لازم بود یک واحد شتاب دهنده بر اساس آن ایجاد شود. متأسفانه این کار به هیچ دفتر طراحی فضا سفارش داده نشده است و دلایل زیادی برای این امر وجود دارد. اصلی ترین آنها به اصطلاح Perestroika است. اقدامات عجولانه منجر به این واقعیت شد که کل صنعت فضایی فوراً خود را "در شرم" دید و در سال 1988 ، کار بر روی نیروی محرکه هسته ای در اتحاد جماهیر شوروی (در آن زمان اتحاد جماهیر شوروی هنوز وجود داشت) متوقف شد. این اتفاق نه به دلیل مشکلات فنی، بلکه به دلایل ایدئولوژیک لحظه ای رخ داد و در سال 1990 درگذشت الهام بخش ایدئولوژیکبرنامه های پیشران هسته ای در اتحاد جماهیر شوروی ویتالی میخایلوویچ ایولف ...

توسعه دهندگان در ایجاد سیستم نیروی محرکه هسته ای "A" به چه موفقیت های عمده ای دست یافته اند؟

بیش از یک و نیم دوجین آزمایش در مقیاس کامل بر روی راکتور IVG-1 انجام شد و نتایج زیر به دست آمد: حداکثر دمای هیدروژن - 3100 کلوین، ضربه خاص - 925 ثانیه، انتشار گرمای ویژه تا 10 مگاوات در لیتر. ، کل منبع بیش از 4000 ثانیه با 10 راه اندازی متوالی راکتور. این نتایج به طور قابل توجهی بیش از دستاوردهای آمریکا در مناطق گرافیتی است.

لازم به ذکر است که در کل دوره آزمایش NRE، با وجود اگزوز باز، بازده قطعات شکافت رادیواکتیو چه در محل آزمایش و چه در خارج از آن از استانداردهای مجاز فراتر نرفت و در قلمرو کشورهای همسایه ثبت نشد.

مهمترین نتیجه کار ایجاد فناوری داخلی برای چنین راکتورهایی، تولید مواد نسوز جدید و ایجاد یک موتور راکتور باعث ایجاد تعدادی پروژه و ایده جدید شد.

اگرچه توسعه بیشتر چنین موتورهای پیشران هسته ای متوقف شد، اما دستاوردهای به دست آمده نه تنها در کشور ما، بلکه در جهان بی نظیر است. این در سالهای اخیر بارها در سمپوزیوم های بین المللی انرژی فضایی و همچنین در جلسات متخصصان داخلی و آمریکایی تأیید شده است (در اخیر مشخص شد که جایگاه راکتور IVG تنها دستگاه آزمایش عملیاتی در جهان امروز است که می تواند نقش مهمی در توسعه تجربی FA و نیروگاه های هسته ای ایفا می کنند).

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

اصل مقاله در وب سایت موجود است InfoGlaz.rfپیوند به مقاله ای که این کپی از آن ساخته شده است -

دانشمندان شوروی و آمریکایی از اواسط قرن بیستم در حال ساخت موتورهای موشکی با سوخت هسته ای بوده اند. این پیشرفت‌ها فراتر از نمونه‌های اولیه و آزمایش‌های منفرد پیشرفت نکرده است، اما اکنون تنها سیستم راکتی که از انرژی هسته‌ای استفاده می‌کند در روسیه ساخته می‌شود. "رآکتور" تاریخچه تلاش برای معرفی موتورهای موشک هسته ای را مورد مطالعه قرار داد.

زمانی که بشریت تازه شروع به تسخیر فضا کرد، دانشمندان با وظیفه تامین انرژی برای فضاپیماها مواجه شدند. محققان با ایجاد مفهوم موتور موشک هسته ای توجه خود را به امکان استفاده از انرژی هسته ای در فضا معطوف کرده اند. چنین موتوری قرار بود از انرژی شکافت یا همجوشی هسته ها برای ایجاد نیروی رانش جت استفاده کند.

در اتحاد جماهیر شوروی، در سال 1947، کار بر روی ایجاد یک موتور موشک هسته ای آغاز شد. در سال 1953، کارشناسان شوروی خاطرنشان کردند که "استفاده از انرژی اتمی امکان دستیابی به برد عملا نامحدود و کاهش چشمگیر وزن پرواز موشک ها را فراهم می کند" (به نقل از نشریه "موتورهای موشک هسته ای" ویرایش شده توسط A.S. Koroteev, M, 2001) . در آن زمان، سیستم های نیروی محرکه هسته ای عمدتاً برای تجهیز موشک های بالستیک در نظر گرفته شده بود، بنابراین علاقه دولت به توسعه بسیار زیاد بود. جان کندی رئیس جمهور ایالات متحده در سال 1961 برنامه ملی ایجاد موشک با موتور موشک هسته ای (پروژه روور) را یکی از چهار حوزه اولویت دار در تسخیر فضا نامید.

راکتور کیوی، 1959. عکس: ناسا.

در اواخر دهه 1950، دانشمندان آمریکایی راکتورهای KIWI را ایجاد کردند. آنها بارها آزمایش شده اند، توسعه دهندگان تغییرات زیادی را انجام داده اند. خرابی ها اغلب در حین آزمایش رخ می دهد، به عنوان مثال، هنگامی که هسته موتور از بین رفت و یک نشت هیدروژن بزرگ کشف شد.

در اوایل دهه 1960، هم ایالات متحده آمریکا و هم اتحاد جماهیر شوروی پیش نیازها را برای اجرای طرح هایی برای ایجاد موتورهای موشک هسته ای ایجاد کردند، اما هر کشور مسیر خود را دنبال کرد. ایالات متحده طرح های بسیاری از راکتورهای فاز جامد را برای چنین موتورهایی ایجاد کرد و آنها را روی پایه های باز آزمایش کرد. اتحاد جماهیر شوروی در حال آزمایش مجموعه سوخت و سایر عناصر موتور، آماده سازی پایگاه تولید، آزمایش و پرسنل برای یک "تهاجمی" گسترده تر بود.

نمودار NERVA YARD. تصویر: ناسا.

در ایالات متحده، در سال 1962، پرزیدنت کندی اظهار داشت که "موشک هسته ای در اولین پروازها به ماه استفاده نخواهد شد"، بنابراین ارزش دارد بودجه اختصاص داده شده برای اکتشاف فضایی را به پیشرفت های دیگر اختصاص دهد. در اواخر دهه 1960 و 1970، دو راکتور دیگر (PEWEE در سال 1968 و NF-1 در سال 1972) به عنوان بخشی از برنامه NERVA مورد آزمایش قرار گرفتند. اما بودجه بر برنامه ماه متمرکز بود، بنابراین برنامه پیشران هسته ای ایالات متحده کاهش یافت و در سال 1972 بسته شد.

فیلم ناسا درباره موتور جت هسته ای NERVA.

در اتحاد جماهیر شوروی، توسعه موتورهای موشکی هسته‌ای تا دهه 1970 ادامه یافت و آنها توسط سه گانه مشهور فعلی دانشمندان دانشگاهی داخلی رهبری می‌شدند: مستیسلاو کلدیش، ایگور کورچاتوف و. آنها امکان ایجاد و استفاده از موشک های هسته ای را کاملاً خوش بینانه ارزیابی کردند. به نظر می رسید که اتحاد جماهیر شوروی در آستانه پرتاب چنین موشکی بود. رفته آزمایش های آتش سوزیدر سایت آزمایش Semipalatinsk - در سال 1978، پرتاب قدرت اولین راکتور موتور موشک هسته ای 11B91 (یا RD-0410) انجام شد، سپس دو سری آزمایش دیگر - دستگاه دوم و سوم 11B91-IR-100. اینها اولین و آخرین موتورهای موشک هسته ای شوروی بودند.

M.V. کلدیش و س.پ. کورولف در حال بازدید از I.V. کورچاتوا، 1959

الکساندر لوسف

توسعه سریع فناوری موشکی و فضایی در قرن بیستمتوسط اهداف و منافع نظامی-استراتژیک، سیاسی و تا حدی ایدئولوژیک دو ابرقدرت - اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا تعیین می شد و همه برنامه های فضایی دولتی در ادامه پروژه های نظامی آنها بود که وظیفه اصلی آن بود. باید از قابلیت دفاعی و برابری استراتژیک با دشمن بالقوه اطمینان حاصل شود. در آن زمان هزینه ایجاد تجهیزات و هزینه های عملیاتی اهمیت اساسی نداشت. منابع عظیمی به ساخت وسایل پرتاب و فضاپیما اختصاص یافت و پرواز 108 دقیقه ای یوری گاگارین در سال 1961 و پخش تلویزیونی نیل آرمسترانگ و باز آلدرین از سطح ماه در سال 1969 تنها پیروزی های علمی و فنی نبود. فکر می‌کردند، آنها همچنین به عنوان پیروزی‌های استراتژیک در نبردهای جنگ سرد تلقی می‌شدند.

اما پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی و کنار رفتن از رقابت برای رهبری جهان، مخالفان ژئوپلیتیکی آن، در درجه اول ایالات متحده، دیگر نیازی به اجرای پروژه‌های فضایی معتبر اما بسیار پرهزینه نداشتند تا برتری اقتصاد غرب را به تمام جهان ثابت کنند. سیستم و مفاهیم ایدئولوژیک
در دهه 90، وظایف اصلی سیاسی سال های گذشته ارتباط خود را از دست دادند، تقابل بلوک ها جای خود را به جهانی شدن داد، عمل گرایی در جهان غالب شد، بنابراین بیشتر برنامه های فضایی محدود یا به تعویق افتادند گذشته. علاوه بر این، دموکراسی غربی همه هزینه های گران را تامین کرده است برنامه های دولتیبسته به دوره های انتخاباتی
حمایت رای دهندگان که برای به دست آوردن یا حفظ قدرت ضروری است، سیاستمداران، پارلمان ها و دولت ها را مجبور می کند به سمت پوپولیسم متمایل شوند و مشکلات کوتاه مدت را حل کنند، بنابراین هزینه های اکتشاف فضا سال به سال کاهش می یابد.
بیشتر اکتشافات بنیادی در نیمه اول قرن بیستم انجام شد و امروزه علم و فناوری به مرزهای معینی رسیده است، علاوه بر این، محبوبیت دانش علمی در سراسر جهان کاهش یافته و کیفیت تدریس ریاضیات، فیزیک و غیره کاهش یافته است. رو به وخامت گذاشته است. علوم طبیعی. این دلیلی برای رکود، از جمله در بخش فضایی، در دو دهه اخیر شده است.
اما اکنون مشخص شده است که جهان به پایان دیگری نزدیک می شود چرخه تکنولوژیکی، بر اساس اکتشافات قرن گذشته. بنابراین، هر قدرتی که در زمان تغییر در ساختار تکنولوژیکی جهانی دارای فناوری‌های نویدبخش اساسی باشد، به طور خودکار رهبری جهانی را حداقل برای پنجاه سال آینده تضمین می‌کند.

طراحی اساسی یک موتور محرکه هسته ای با هیدروژن به عنوان سیال کار

این امر هم در آمریکا که مسیر احیای عظمت آمریکا را در همه عرصه ها تعیین کرده است و هم در چین که هژمونی آمریکا را به چالش می کشد و هم در اتحادیه اروپا که با تمام توان تلاش می کند محقق می شود. وزن خود را در اقتصاد جهانی حفظ کند.
در آنجا یک سیاست صنعتی وجود دارد و آنها به طور جدی درگیر توسعه پتانسیل علمی، فنی و تولیدی خود هستند و حوزه فضایی می‌تواند بهترین زمینه آزمایشی برای آزمایش فناوری‌های جدید و اثبات یا رد فرضیه‌های علمی باشد که می‌تواند پایه‌گذاری شود. برای ایجاد یک فناوری اساسی متفاوت و پیشرفته تر در آینده.
و کاملاً طبیعی است که انتظار داشته باشیم که ایالات متحده اولین کشوری باشد که در آن پروژه های اکتشاف اعماق فضا به منظور ایجاد فناوری های نوآورانه منحصر به فرد در زمینه تسلیحات، حمل و نقل و تسلیحات از سر گرفته می شود. مصالح و مواد ساختمانی، هم در زیست پزشکی و هم در حوزه مخابرات
درست است، حتی ایالات متحده موفقیت در ایجاد فناوری های انقلابی را تضمین نمی کند. در هنگام بهبود موتورهای موشکی نیم قرنی مبتنی بر سوخت شیمیایی، همانطور که SpaceX ایلان ماسک انجام می‌دهد، یا هنگام ایجاد سیستم‌های پشتیبانی حیات برای پروازهای طولانی مشابه آنچه قبلاً در این موشک انجام شده است، خطر زیادی وجود دارد که به بن‌بست برسید. ISS.
آیا روسیه که رکودش در بخش فضایی هر سال بیشتر محسوس می‌شود، می‌تواند جهشی در رقابت برای رهبری فناوری آینده برای ماندن در باشگاه ابرقدرت‌ها و نه در فهرست کشورهای در حال توسعه داشته باشد؟
بله، البته، روسیه می تواند، و علاوه بر این، با وجود کمبود بودجه مزمن صنعت فضایی، قبلاً یک گام به جلو در انرژی هسته ای و فناوری های موتور موشک هسته ای برداشته شده است.
آینده فضانوردی استفاده از انرژی هسته ای است. برای درک چگونگی ارتباط فناوری هسته ای و فضا، لازم است اصول اولیه رانش جت را در نظر بگیریم.
بنابراین، انواع اصلی موتورهای فضایی مدرن بر اساس اصول انرژی شیمیایی ایجاد می شوند. اینها شتاب دهنده های سوخت جامد و موتورهای موشک مایع هستند که در محفظه احتراق آنها اجزای سوخت (سوخت و اکسید کننده) وارد فیزیک گرمازا می شوند. واکنش شیمیاییاحتراق، یک جریان جت تشکیل می دهد که در هر ثانیه تن ها ماده را از نازل موتور خارج می کند. انرژی جنبشی سیال عامل جت به نیروی واکنشی تبدیل می شود که برای به حرکت درآوردن موشک کافی است. تکانه ویژه (نسبت نیروی رانش تولید شده به جرم سوخت مصرفی) چنین موتورهای شیمیایی به اجزای سوخت، فشار و دما در محفظه احتراق، و همچنین وزن مولکولی مخلوط گازی که از طریق خارج می شود بستگی دارد. نازل موتور
و هر چه دمای ماده و فشار داخل محفظه احتراق بیشتر باشد و کمتر باشد جرم مولکولیگاز، ضربه خاص بالاتر و در نتیجه راندمان موتور است. تکانه خاص کمیت حرکت است و معمولاً مانند سرعت بر حسب متر در ثانیه اندازه گیری می شود.
در موتورهای شیمیایی، بالاترین تکانه ویژه توسط مخلوط‌های سوخت اکسیژن-هیدروژن و فلوئور-هیدروژن (4500-4700 متر بر ثانیه) ارائه می‌شود، اما محبوب‌ترین (و راحت‌ترین کارکرد) موتورهای موشکی هستند که با نفت سفید و اکسیژن کار می‌کنند. به عنوان مثال موشک های سایوز و ماسک فالکون و همچنین موتورهایی که از دی متیل هیدرازین نامتقارن (UDMH) با اکسید کننده ای به شکل مخلوطی از تتروکسید نیتروژن و اسید نیتریک استفاده می کنند (پروتون شوروی و روسیه، آریان فرانسوی، تیتان آمریکایی). راندمان آنها 1.5 برابر کمتر از موتورهای سوخت هیدروژنی است، اما ضربه 3000 متر بر ثانیه و قدرت آن برای پرتاب تن ها محموله به مدارهای نزدیک زمین از نظر اقتصادی سودآور است.
اما پرواز به سیارات دیگر به فضاپیمای بسیار بزرگتر از هر چیزی که بشر قبلا ساخته است، از جمله ایستگاه فضایی مدولار نیاز دارد. در این کشتی‌ها لازم است از وجود خود مختار طولانی مدت خدمه، تامین سوخت و عمر مفید موتورها و موتورهای اصلی برای مانورها و تصحیح مدار اطمینان حاصل شود تا امکان تحویل فضانوردان در یک ماژول فرود ویژه فراهم شود. به سطح سیاره دیگری و بازگشت آنها به کشتی اصلی حمل و نقل و سپس و بازگشت سفر به زمین.
دانش مهندسی انباشته شده و انرژی شیمیایی موتورها امکان بازگشت به ماه و رسیدن به مریخ را فراهم می کند، بنابراین احتمال زیادی وجود دارد که بشر در دهه آینده از سیاره سرخ بازدید کند.
اگر فقط به فناوری های فضایی موجود تکیه کنیم، حداقل جرم ماژول قابل سکونت برای یک پرواز سرنشین دار به مریخ یا ماهواره های مشتری و زحل تقریباً 90 تن خواهد بود که 3 برابر بیشتر از کشتی های قمری در اوایل دهه 1970 است. این بدان معناست که وسایل پرتابی برای پرتاب آنها به مدارهای مرجع برای پرواز بیشتر به مریخ بسیار برتر از Saturn 5 (وزن پرتاب 2965 تن) پروژه قمری آپولو یا حامل شوروی Energia (وزن پرتاب 2400 تن) خواهند بود. ایجاد یک مجموعه بین سیاره ای در مداری با وزن تا 500 تن ضروری است. پرواز در یک کشتی بین سیاره ای با موتورهای موشک شیمیایی فقط در یک جهت از 8 ماه تا 1 سال زمان نیاز دارد، زیرا شما باید مانورهای گرانشی را انجام دهید، با استفاده از نیروی گرانشی سیارات و منبع عظیم سوخت برای شتاب بیشتر کشتی. .
اما با استفاده از انرژی شیمیایی موتورهای موشک، بشریت بیش از مدار مریخ یا زهره پرواز نخواهد کرد. ما به سرعت های مختلف پرواز فضاپیماها و دیگر انرژی های حرکتی قدرتمندتر نیاز داریم.

طراحی مدرن یک موتور موشک هسته ای سیستم های ماهواره ای پرینستون

برای کاوش در اعماق فضا، باید نسبت رانش به وزن و راندمان موتور موشک را به میزان قابل توجهی افزایش داد و بنابراین ضربه خاص و عمر مفید آن را افزایش داد. و برای این کار لازم است یک گاز یا ماده سیال کاری با جرم اتمی کم در داخل محفظه موتور تا دمای چندین برابر بیشتر از دما گرم شود. احتراق شیمیاییمخلوط سوخت سنتی، و این را می توان با استفاده از واکنش هسته ای.
اگر به جای یک محفظه احتراق معمولی، یک راکتور هسته ای در داخل یک موتور موشک قرار داده شود، که در منطقه فعال آن ماده ای به شکل مایع یا گازی عرضه می شود، آنگاه که تحت فشار بالا تا چند هزار درجه گرم می شود، شروع می شود. از طریق کانال نازل خارج می شود و نیروی رانش جت ایجاد می کند. ضربان خاص چنین موتور جت اتمی چندین برابر بیشتر از یک موتور معمولی با اجزای شیمیایی خواهد بود، به این معنی که راندمان خود موتور و کلا پرتاب کننده چندین برابر افزایش می یابد. در این حالت، یک اکسید کننده برای احتراق سوخت مورد نیاز نخواهد بود و می توان از گاز هیدروژن سبک به عنوان ماده ای استفاده کرد که نیروی رانش جت را ایجاد می کند، می دانیم که هر چه جرم مولکولی گاز کمتر باشد، ضربه آن بیشتر می شود کاهش جرم موشک با عملکرد بهتر قدرت موتور.
یک موتور هسته ای بهتر از یک موتور معمولی خواهد بود، زیرا در منطقه راکتور، گاز سبک را می توان تا دمای بیش از 9 هزار درجه کلوین گرم کرد، و یک جت از چنین گاز فوق گرم، تکانه ویژه بسیار بالاتری نسبت به موتورهای شیمیایی معمولی ارائه می دهد. . اما این در تئوری است.
خطر حتی این نیست که وقتی یک وسیله پرتاب با چنین تاسیسات هسته ای پرتاب می شود، ممکن است آلودگی رادیواکتیو جو و فضای اطراف سکوی پرتاب رخ دهد، مشکل اصلی این است که در دماهای بالا خود موتور، همراه با فضاپیما ممکن است رخ دهد ذوب شدن. طراحان و مهندسان این را درک می کنند و چندین دهه است که در تلاش برای یافتن راه حل های مناسب هستند.
موتورهای موشک هسته ای (NRE) در حال حاضر تاریخچه ایجاد و عملکرد خود را در فضا دارند. اولین توسعه موتورهای هسته ای در اواسط دهه 1950 شروع شد، یعنی حتی قبل از پرواز انسان به فضا، و تقریباً همزمان در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا، و ایده استفاده از راکتورهای هسته ای برای گرم کردن کار. ماده موجود در موتور موشک همراه با اولین رکتورها در اواسط دهه 40 یعنی بیش از 70 سال پیش متولد شد.
در کشور ما، آغازگر ایجاد نیروی محرکه هسته ای، فیزیکدان حرارتی ویتالی میخایلوویچ ایولف بود. در سال 1947، او پروژه ای را ارائه کرد که توسط S. P. Korolev، I. V. Kurchatov و M. V. Keldysh حمایت شد. در ابتدا قرار بود از چنین موتورهایی برای موشک های کروز استفاده شود و سپس روی موشک های بالستیک نصب شود. این توسعه توسط دفاتر طراحی دفاعی برجسته اتحاد جماهیر شوروی و همچنین موسسات تحقیقاتی NIITP، CIAM، IAE، VNIINM انجام شد.
موتور اتمی شوروی RD-0410 در اواسط دهه 60 در دفتر طراحی خودکار شیمیایی ورونژ مونتاژ شد، جایی که اکثر موتورهای موشک مایع برای فناوری فضایی ساخته شدند.
هیدروژن به عنوان یک سیال کار در RD-0410 استفاده شد که به صورت مایع از یک "جلف خنک کننده" عبور می کرد و گرمای اضافی را از دیواره های نازل خارج می کرد و از ذوب شدن آن جلوگیری می کرد و سپس وارد هسته راکتور شد و در آنجا گرم شد. به 3000K می رسد و از طریق نازل های کانال آزاد می شود، بنابراین انرژی حرارتی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند و یک ضربه خاص 9100 متر بر ثانیه ایجاد می کند.
در ایالات متحده آمریکا، پروژه پیشران هسته ای در سال 1952 راه اندازی شد و اولین موتور عامل در سال 1966 ایجاد شد و NERVA (موتور هسته ای برای کاربرد خودروهای موشکی) نام گرفت. در دهه های 60 و 70، اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده سعی کردند تسلیم یکدیگر نشوند.
درست است، هر دو RD-0410 ما و NERVA آمریکایی موتورهای هسته ای فاز جامد بودند (سوخت هسته ای مبتنی بر کاربیدهای اورانیوم در حالت جامد در راکتور بود)، و دمای کار آنها در محدوده 2300-3100K بود.
برای افزایش دمای هسته بدون خطر انفجار یا ذوب دیواره های راکتور، لازم است چنین شرایط واکنش هسته ای ایجاد شود که در آن سوخت (اورانیوم) به حالت گاز تبدیل شود یا به پلاسما تبدیل شود و در داخل راکتور نگه داشته شود. به دلیل قوی میدان مغناطیسیبدون دست زدن به دیوارها و سپس هیدروژنی که وارد هسته راکتور می شود، در فاز گازی اورانیوم را "در اطراف" جریان می دهد و به پلاسما تبدیل می شود، با سرعت بسیار بالایی از کانال نازل خارج می شود.
این نوع موتور را موتور پیشران هسته ای فاز گازی می نامند. دمای سوخت اورانیوم گازی در چنین موتورهای هسته ای می تواند از 10 هزار تا 20 هزار درجه کلوین باشد و ضربه خاص می تواند به 50000 متر بر ثانیه برسد که 11 برابر بیشتر از کارآمدترین موتورهای موشک شیمیایی است.
ایجاد و استفاده از موتورهای محرکه هسته ای فاز گازی از نوع باز و بسته در فناوری فضایی بیشترین است جهت امیدوار کنندهتوسعه موشک های فضاییموتورها و دقیقاً آنچه بشریت برای کشف سیارات منظومه شمسی و ماهواره های آنها نیاز دارد.
اولین تحقیق در مورد پروژه پیشران هسته ای فاز گاز در اتحاد جماهیر شوروی در سال 1957 در موسسه تحقیقات فرآیندهای حرارتی (مرکز تحقیقات ملی به نام M. V. Keldysh) و تصمیم برای توسعه نیروگاه های هسته ای فضایی بر اساس راکتورهای هسته ای فاز گاز آغاز شد. در سال 1963 توسط آکادمیک V. P. Glushko (NPO Energomash) ساخته شد و سپس با قطعنامه کمیته مرکزی CPSU و شورای وزیران اتحاد جماهیر شوروی به تصویب رسید.
توسعه موتورهای پیشران هسته ای فاز گاز در اتحاد جماهیر شوروی به مدت دو دهه انجام شد، اما متأسفانه به دلیل کمبود بودجه و نیاز به بودجه اضافی، هرگز تکمیل نشد. تحقیقات پایهدر زمینه ترمودینامیک سوخت هسته ای و پلاسمای هیدروژن، فیزیک نوترون و هیدرودینامیک مغناطیسی.
دانشمندان و مهندسان طراح هسته‌ای شوروی با مشکلات زیادی مانند دستیابی به شرایط بحرانی و اطمینان از پایداری عملکرد یک راکتور هسته‌ای فاز گازی، کاهش اتلاف اورانیوم مذاب در حین آزادسازی هیدروژن گرم شده تا چندین هزار درجه، حفاظت حرارتی مواجه شدند. نازل و مولد میدان مغناطیسی، و تجمع محصولات شکافت اورانیوم، انتخاب مصالح ساختمانی مقاوم در برابر مواد شیمیایی و غیره.
و هنگامی که وسیله پرتاب Energia برای برنامه Mars-94 شوروی برای اولین پرواز سرنشین دار به مریخ شروع به ایجاد کرد، پروژه موتور هسته ای برای مدت نامعلومی به تعویق افتاد. اتحاد جماهیر شورویزمان کافی و مهمتر از همه، اراده سیاسی و کارایی اقتصادی برای فرود فضانوردان ما در سیاره مریخ در سال 1994 وجود نداشت. این یک دستاورد غیرقابل انکار و گواه رهبری ما در جهان خواهد بود تکنولوژی پیشرفتهطی چند دهه آینده اما فضا، مانند بسیاری چیزهای دیگر، توسط آخرین رهبری اتحاد جماهیر شوروی خیانت شد. تاریخ را نمی توان تغییر داد، دانشمندان و مهندسان از دست رفته را نمی توان برگرداند، و دانش از دست رفته را نمی توان بازگرداند. چیزهای زیادی باید دوباره ایجاد شود.
اما انرژی هسته ای فضایی تنها به حوزه موتورهای پیشران هسته ای فاز جامد و گاز محدود نمی شود. انرژی الکتریکی می تواند برای ایجاد یک جریان گرم از ماده در موتور جت استفاده شود. این ایده برای اولین بار توسط کنستانتین ادواردوویچ تسیولکوفسکی در سال 1903 در اثر خود "کاوش در فضاهای جهان با استفاده از ابزارهای جت" بیان شد.
و اولین موتور موشک الکتروترمال در اتحاد جماهیر شوروی در دهه 1930 توسط والنتین پتروویچ گلوشکو، آکادمیک آینده آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی و رئیس NPO Energia ایجاد شد.
اصول عملکرد موتورهای موشک الکتریکی می تواند متفاوت باشد. آنها معمولاً به چهار نوع تقسیم می شوند:

• الکتروترمال (گرمایش یا قوس الکتریکی). در آنها، گاز تا دمای 1000-5000 کلوین گرم می شود و به همان روشی که در موتور موشک هسته ای وجود دارد از نازل خارج می شود.
• موتورهای الکترواستاتیک (کلوئیدی و یونی) که در آنها ماده کار ابتدا یونیزه می شود و سپس یون های مثبت (اتم های فاقد الکترون) در یک میدان الکترواستاتیک شتاب می گیرند و همچنین از طریق کانال نازل به بیرون پرتاب می شوند و نیروی رانش جت ایجاد می کنند. موتورهای الکترواستاتیک شامل موتورهای پلاسما ثابت نیز می شوند.
• موتورهای موشک مگنتوپلاسما و مغناطیسی دینامیکی در آنجا، پلاسمای گاز به دلیل نیروی آمپر در میدان های مغناطیسی و الکتریکی که به صورت عمود بر هم تلاقی می کنند، شتاب می گیرد.
• موتورهای موشک پالس، که از انرژی گازهای حاصل از تبخیر یک سیال در حال کار در تخلیه الکتریکی استفاده می کنند.

مزیت این موتورهای موشک الکتریکی مصرف کم سیال کار، راندمان تا 60 درصد و سرعت جریان ذرات بالا است که می تواند جرم فضاپیما را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، اما یک نقطه ضعف نیز وجود دارد - چگالی رانش کم و بنابراین قدرت کم و همچنین هزینه بالای سیال عامل (گازهای بی اثر یا بخارات فلزات قلیایی) برای ایجاد پلاسما.
همه انواع موتورهای الکتریکی ذکر شده در عمل اجرا شده اند و از اواسط دهه 60 به طور مکرر در فضاپیماهای شوروی و آمریکایی در فضا مورد استفاده قرار گرفته اند، اما به دلیل قدرت کم آنها عمدتاً به عنوان موتورهای تصحیح مدار مورد استفاده قرار گرفتند.
از سال 1968 تا 1988، اتحاد جماهیر شوروی یک سری کامل از ماهواره‌های کیهان را با تاسیسات هسته‌ای روی آن پرتاب کرد. انواع راکتورها "بوک"، "توپاز" و "ینیسی" نامگذاری شدند.
راکتور پروژه Yenisei دارای توان حرارتی تا 135 کیلووات و توان الکتریکی حدود 5 کیلووات بود. خنک کننده مذاب سدیم پتاسیم بود. این پروژه در سال 96 تعطیل شد.
یک موتور موشک پیشران واقعی به یک منبع انرژی بسیار قدرتمند نیاز دارد. و بهترین منبعانرژی چنین موتورهای فضایی یک راکتور هسته ای است.
انرژی هسته ای یکی از صنایع با فناوری پیشرفته است که کشور ما در آن جایگاه پیشرو را حفظ کرده است. و یک موتور موشک اساساً جدید در حال حاضر در روسیه در حال ایجاد است و این پروژه در سال 2018 به اتمام موفقیت آمیز نزدیک است. آزمایشات پرواز برای سال 2020 برنامه ریزی شده است.
و اگر پیشرانه هسته‌ای فاز گازی موضوعی برای دهه‌های آینده باشد که باید پس از تحقیقات بنیادی به آن بازگردید، جایگزین امروزی آن یک سیستم نیروی محرکه هسته‌ای کلاس مگاوات (NPPU) است و قبلاً توسط Rosatom و ایجاد شده است. شرکت های Roscosmos از سال 2009.
NPO Krasnaya Zvezda که در حال حاضر تنها توسعه دهنده و سازنده نیروگاه های هسته ای فضایی در جهان است و همچنین مرکز تحقیقاتی به نام A. M. V. Keldysh، NIKIET im. N.A. Dollezhala، موسسه تحقیقاتی NPO "Luch"، "Kurchatov Institute"، IRM، IPPE، RIAR و NPO Mashinostroeniya.
سیستم نیروی محرکه هسته‌ای شامل یک راکتور هسته‌ای نوترونی سریع خنک‌شده با گاز با دمای بالا با سیستم توربوماشین برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی، سیستمی از فریزرهای فریزر برای حذف گرمای اضافی به فضا، یک محفظه ابزار دقیق، یک بلوک نگهدارنده است. موتورهای الکتریکی پلاسما یا یونی و ظرفی برای قرار دادن بار.
در یک سیستم نیروی محرکه، یک راکتور هسته ای به عنوان منبع الکتریسیته برای عملکرد موتورهای پلاسما الکتریکی عمل می کند، در حالی که مایع خنک کننده گازی راکتور که از هسته عبور می کند، وارد توربین ژنراتور الکتریکی و کمپرسور می شود و دوباره به راکتور باز می گردد. یک حلقه بسته است و مانند یک موتور پیشران هسته ای به فضا پرتاب نمی شود، که طراحی را قابل اعتمادتر و ایمن تر می کند و بنابراین برای پرواز فضایی سرنشین دار مناسب است.
برنامه ریزی شده است که نیروگاه هسته ای برای یک یدک کش فضایی قابل استفاده مجدد برای اطمینان از تحویل محموله در طول اکتشاف ماه یا ایجاد مجتمع های مداری چند منظوره استفاده شود. مزیت آن نه تنها استفاده مجدد از عناصر سیستم حمل و نقل (که ایلان ماسک در تلاش است در پروژه های فضایی اسپیس ایکس خود به آن دست یابد) خواهد بود، بلکه توانایی حمل بار سه برابر بیشتر از موشک هایی با موتورهای جت شیمیایی با قدرت مشابه خواهد بود. با کاهش جرم پرتاب سیستم حمل و نقل. طراحی خاص این نصب، آن را برای مردم و محیط زیست روی زمین ایمن می کند.
در سال 2014، اولین عنصر سوخت طراحی استاندارد (عنصر سوخت) برای این پیشرانه الکتریکی هسته‌ای در JSC Mashinostroitelny Zavod در الکترواستال مونتاژ شد و در سال 2016 آزمایش‌های شبیه‌ساز سبد هسته راکتور انجام شد.
اکنون (در سال 2017) کار بر روی ساخت عناصر ساختاری نصب و آزمایش قطعات و مجموعه‌ها بر روی ماکت‌ها و همچنین آزمایش خودکار سیستم‌های تبدیل انرژی توربوماشین و واحدهای قدرت نمونه در حال انجام است. تکمیل کار برای پایان سال 2018 برنامه ریزی شده است، با این حال، از سال 2015، عقب ماندگی برنامه شروع به انباشته شدن کرد.
بنابراین، به محض ایجاد این تاسیسات، روسیه به اولین کشور در جهان تبدیل خواهد شد که دارای فناوری های فضای هسته ای است، که نه تنها پایه ای برای پروژه های آینده برای اکتشاف منظومه شمسی، بلکه برای انرژی زمینی و فرازمینی خواهد بود. . نیروگاه های هسته ای فضایی را می توان برای ایجاد سیستم هایی برای انتقال برق از راه دور به زمین یا به ماژول های فضایی با استفاده از تابش الکترومغناطیسی. و این نیز خواهد شد فن آوری پیشرفتهآینده، جایی که کشور ما جایگاه پیشرو خواهد داشت.
بر اساس موتورهای الکتریکی پلاسما که در حال توسعه هستند، سیستم‌های پیشران قدرتمندی برای پروازهای انسان در مسافت طولانی به فضا و اول از همه برای اکتشاف مریخ ایجاد می‌شوند که می‌توان به مدار آن در عرض 1.5 ماه رسید و نه در بیش از یک سال، مانند استفاده از موتورهای جت شیمیایی معمولی.
و آینده همیشه با یک انقلاب در انرژی آغاز می شود. و دیگر هیچ. انرژی اولیه است و میزان مصرف انرژی است که بر پیشرفت فنی، توان دفاعی و کیفیت زندگی افراد تأثیر می گذارد.

موتور آزمایشی موشک پلاسما ناسا

نیکلای کارداشف، اخترفیزیکدان شوروی، مقیاس توسعه تمدن ها را در سال 1964 پیشنهاد کرد. بر اساس این مقیاس، سطح توسعه فناوری تمدن ها بستگی به میزان انرژی ای دارد که جمعیت کره زمین برای نیازهای خود استفاده می کنند. بنابراین، تمدن نوع I از تمام منابع موجود در سیاره استفاده می کند. تمدن نوع دوم - انرژی ستاره خود را در سیستمی که در آن قرار دارد دریافت می کند. و تمدن نوع III از انرژی موجود کهکشان خود استفاده می کند. بشریت هنوز به بلوغ تمدن نوع اول در این مقیاس نرسیده است. ما فقط 0.16 درصد از کل ذخیره انرژی پتانسیل سیاره زمین را استفاده می کنیم. این بدان معناست که روسیه و کل جهان فضایی برای رشد دارند و این فناوری های هسته ای راه را برای کشور ما نه تنها به فضا، بلکه برای شکوفایی اقتصادی آینده باز خواهد کرد.
و شاید تنها گزینه روسیه در حوزه علمی و فنی این باشد که اکنون یک پیشرفت انقلابی در فناوری‌های فضای هسته‌ای ایجاد کند تا با یک «جهش» بر عقب ماندگی چندین ساله رهبران غلبه کند و درست در مبدأ قرار گیرد. یک انقلاب فناوری جدید در چرخه توسعه بعدی تمدن بشری. چنین شانس منحصر به فردی فقط هر چند قرن یک بار به یک کشور خاص می رسد.
متأسفانه روسیه که در 25 سال گذشته توجه کافی به علوم بنیادی و کیفیت آموزش عالی و متوسطه نداشته است، در صورت محدود شدن برنامه و عدم جایگزینی نسل جدیدی از محققان، جایگزین دانشمندان کنونی می شود، این شانس را برای همیشه از دست می دهد. مهندسین چالش های ژئوپلیتیکی و تکنولوژیکی که روسیه طی 10 تا 12 سال با آن روبرو خواهد شد بسیار جدی خواهد بود و با تهدیدات اواسط قرن بیستم قابل مقایسه خواهد بود. به منظور حفظ حاکمیت و یکپارچگی روسیه در آینده، اکنون ضروری است که آموزش متخصصانی را آغاز کنیم که بتوانند به این چالش ها پاسخ دهند و چیزی اساساً جدید ایجاد کنند.
تنها حدود 10 سال برای تبدیل روسیه به یک مرکز فکری و فناوری جهانی باقی مانده است و این امر بدون تغییر جدی در کیفیت آموزش امکان پذیر نیست. برای پیشرفت علمی و فناوری، بازگشت به سیستم آموزشی (اعم از مدرسه و دانشگاه) دیدگاه های سیستماتیک در مورد تصویر جهان، بنیاد علمی و یکپارچگی ایدئولوژیک ضروری است.
در مورد رکود فعلی در صنعت فضایی، این ترسناک نیست. اصول فیزیکیکه فناوری‌های فضایی مدرن بر آن مبتنی است، برای مدت طولانی در بخش خدمات ماهواره‌ای متعارف مورد تقاضا خواهد بود. به یاد داشته باشیم که بشریت 5.5 هزار سال از بادبان استفاده کرد و عصر بخار تقریباً 200 سال به طول انجامید و تنها در قرن بیستم جهان به سرعت شروع به تغییر کرد، زیرا انقلاب علمی و فناوری دیگری رخ داد که موجی از نوآوری را به راه انداخت. و تغییر در ساختارهای تکنولوژیکی که در نهایت اقتصاد و سیاست جهانی را تغییر داد. نکته اصلی این است که در خاستگاه این تغییرات باشیم.

موتورهای موشک سوخت مایع به انسان این فرصت را داده اند که به فضا - به مدارهای نزدیک به زمین - برود. با این حال، چنین موشک هایی 99 درصد سوخت خود را در چند دقیقه اول پرواز می سوزانند. سوخت باقیمانده ممکن است برای سفر به سیارات دیگر کافی نباشد و سرعت آن چنان کم خواهد بود که سفر ده ها یا صدها سال طول می کشد. موتورهای هسته ای می توانند مشکل را حل کنند. چگونه؟ ما با هم آن را حل خواهیم کرد.

اصل کار یک موتور جت بسیار ساده است: سوخت را به انرژی جنبشی جت (قانون بقای انرژی) تبدیل می کند و با توجه به جهت این جت، موشک در فضا حرکت می کند (قانون بقا تکانه). درک این نکته مهم است که ما نمی توانیم موشک یا هواپیما را با سرعتی بیشتر از سرعت خروج سوخت - گاز داغ پرتاب شده - شتاب دهیم.

فضاپیمای نیوهورایزنز

چه چیزی یک موتور موثر را از یک آنالوگ ناموفق یا قدیمی متمایز می کند؟اول از همه، به چه مقدار سوخت موتور نیاز دارد تا موشک را به سرعت مورد نظر برساند. این مهم ترین پارامتر یک موتور موشک نامیده می شود تکانه خاص، که به عنوان نسبت کل ضربه به مصرف سوخت تعریف می شود: هر چه این شاخص بالاتر باشد، موتور موشک کارآمدتر است. اگر موشک تقریباً به طور کامل از سوخت تشکیل شده باشد (به این معنی که جایی برای محموله وجود ندارد، یک مورد شدید)، می‌توان ضربه خاص را برابر با سرعت سوخت (سیال کاری) در نظر گرفت که از نازل موشک خارج می‌شود. پرتاب یک موشک کاری بسیار پرهزینه است، نه تنها هر گرم از محموله، بلکه سوخت، که وزن و فضا را نیز اشغال می کند، در نظر گرفته می شود. بنابراین، مهندسان بیشتر و بیشتر سوخت فعال را انتخاب می کنند، که واحدی از آن حداکثر بازده را به همراه دارد و انگیزه خاص را افزایش می دهد.

اکثریت قریب به اتفاق موشک ها در تاریخ و دوران مدرن به موتورهایی مجهز شده اند که از واکنش احتراق شیمیایی (اکسیداسیون) سوخت استفاده می کنند.

آنها رسیدن به ماه، زهره، مریخ و حتی سیارات دوردست - مشتری، زحل و نپتون را ممکن کردند. درست است، سفرهای فضایی ماه ها و سال ها طول کشید (ایستگاه های خودکار پایونیر، ویجر، افق های جدید و غیره). لازم به ذکر است که تمامی این موشک ها بخش قابل توجهی از سوخت را برای بلند شدن از زمین مصرف می کنند و سپس با اینرسی با لحظات نادری از روشن شدن موتور به پرواز ادامه می دهند.

فضاپیمای پایونیر

چنین موتورهایی برای پرتاب موشک به مدار نزدیک زمین مناسب هستند، اما برای شتاب دادن به حداقل یک چهارم سرعت نور، مقدار باورنکردنی سوخت مورد نیاز است (محاسبات نشان می دهد که با وجود این واقعیت، 103200 گرم سوخت مورد نیاز است. که جرم کهکشان ما بیش از 1056 گرم نیست). بدیهی است که برای رسیدن به نزدیکترین سیارات و حتی بیشتر از آن به ستارگان، به سرعت کافی بالا نیاز داریم که موشک های سوخت مایع قادر به ارائه آن نیستند.

موتور هسته ای فاز گازی

فضای عمیق- موضوع کاملاً متفاوت است. به‌عنوان مثال، مریخ را در نظر بگیرید که نویسندگان داستان‌های علمی تخیلی در آن زندگی می‌کنند: این مریخ به خوبی مطالعه شده است و از نظر علمی امیدوارکننده است، و مهمتر از همه، نزدیک‌تر از هر شخص دیگری است. نکته یک "اتوبوس فضایی" است که می تواند خدمه را در یک زمان معقول، یعنی در سریع ترین زمان ممکن به آنجا برساند. اما در حمل و نقل بین سیاره ای مشکلاتی وجود دارد. شتاب دادن به سرعت مورد نیاز با حفظ ابعاد قابل قبول و صرف مقدار مناسب سوخت مشکل است.

RS-25 (Rocket System 25) یک موتور موشک پیشران مایع است که توسط Rocketdyne، ایالات متحده آمریکا تولید می شود. از آن بر روی گلایدر سیستم حمل و نقل فضایی شاتل فضایی استفاده شد که در هر کدام سه موتور از این قبیل نصب شده بود. بیشتر به عنوان موتور SSME (موتور اصلی شاتل فضایی انگلیسی - موتور اصلی شاتل فضایی) شناخته می شود. اجزای اصلی سوخت اکسیژن مایع (اکسیدکننده) و هیدروژن (سوخت) است. RS-25 از یک طرح چرخه بسته (با پس سوزاندن گاز ژنراتور) استفاده می کند.

راه حل ممکن است یک "اتم صلح آمیز" باشد که سفینه های فضایی را هل می دهد. مهندسان در اواخر دهه 50 قرن گذشته به فکر ایجاد یک دستگاه سبک وزن و جمع و جور با قابلیت پرتاب حداقل خود به مدار افتادند. تفاوت اصلی بین موتورهای هسته ای و موشک با موتورهای احتراق داخلی این است که انرژی جنبشی نه از احتراق سوخت، بلکه از انرژی حرارتی تجزیه عناصر رادیواکتیو به دست می آید. بیایید این رویکردها را با هم مقایسه کنیم.

از جانب موتورهای مایعیک "کوکتل" داغ از گازهای خروجی بیرون می آید (قانون بقای حرکت) که در طی واکنش سوخت و اکسید کننده (قانون بقای انرژی) تشکیل می شود. در بیشتر موارد ترکیبی از اکسیژن و هیدروژن است (نتیجه سوختن هیدروژن آب معمولی است). H2O دارای جرم مولی بسیار بزرگتر از هیدروژن یا هلیوم است، بنابراین شتاب دادن به چنین موتوری 4500 متر بر ثانیه است.

آزمایش های زمینی ناسا سیستم پرتاب موشک فضایی جدید، 2016 (یوتا، ایالات متحده آمریکا). این موتورها روی فضاپیمای اوریون که برای ماموریت به مریخ برنامه ریزی شده است، نصب خواهند شد.

که در موتورهای هسته ایپیشنهاد شده است که فقط از هیدروژن استفاده شود و با استفاده از انرژی فروپاشی هسته‌ای آن را تسریع (گرما) کند. این باعث صرفه جویی در اکسید کننده (اکسیژن) می شود که در حال حاضر عالی است، اما نه همه چیز. از آنجایی که هیدروژن وزن مخصوص نسبتاً پایینی دارد، شتاب دادن آن به سرعت های بالاتر برای ما آسان تر است. البته، می توانید از گازهای حساس به حرارت دیگر (هلیوم، آرگون، آمونیاک و متان) استفاده کنید، اما همه آنها در مهمترین چیز حداقل دو برابر کمتر از هیدروژن هستند - ضربه خاص قابل دستیابی (بیش از 8 کیلومتر بر ثانیه) .

پس آیا ارزش از دست دادن آن را دارد؟ این افزایش به قدری زیاد است که مهندسان را نه با پیچیدگی طراحی و کنترل راکتور، یا وزن سنگین آن و یا حتی خطر تشعشع متوقف نمی کند. علاوه بر این، هیچ کس قرار نیست از سطح زمین پرتاب شود - مونتاژ چنین کشتی هایی در مدار انجام می شود.

راکتور "پرواز".

موتور هسته ای چگونه کار می کند؟ راکتور در یک موتور فضایی بسیار کوچکتر و فشرده تر از همتایان زمینی خود است، اما همه اجزای اصلی و مکانیسم های کنترل اساساً یکسان هستند. راکتور به عنوان یک گرم کننده عمل می کند که در آن هیدروژن مایع تامین می شود. دما در هسته به 3000 درجه می رسد (و می تواند تجاوز کند). سپس گاز گرم شده از طریق نازل آزاد می شود.

با این حال، چنین راکتورهایی تشعشعات مضری را منتشر می کنند. برای محافظت از خدمه و متعدد تجهیزات الکترونیکیتشعشع به اقدامات جدی نیاز دارد. بنابراین، پروژه های فضاپیماهای بین سیاره ای با موتور هسته ای اغلب شبیه یک چتر هستند: موتور در یک بلوک جداگانه محافظ قرار دارد که توسط یک خرپا یا لوله طولانی به ماژول اصلی متصل است.

"محفظه احتراق"موتور هسته ای هسته رآکتور است که در آن هیدروژنی که تحت فشار بالا تامین می شود تا 3000 درجه یا بیشتر گرم می شود. این حد فقط با مقاومت حرارتی مواد راکتور و خواص سوخت تعیین می شود، اگرچه افزایش دما باعث افزایش ضربه خاص می شود.

عناصر سوختی- اینها سیلندرهای آجدار مقاوم در برابر حرارت (برای افزایش سطح انتقال حرارت) هستند - "شیشه" پر از گلوله های اورانیوم. آنها توسط یک جریان گاز "شسته می شوند" که هم نقش سیال کار و هم خنک کننده راکتور را ایفا می کند. کل ساختار با صفحات بازتابنده بریلیوم عایق شده است که تشعشعات خطرناکی را به بیرون منتشر نمی کند. برای کنترل انتشار گرما، درام های چرخشی مخصوصی در کنار صفحه ها قرار گرفته اند

تعدادی طرح امیدوارکننده از موتورهای موشک هسته ای وجود دارد که اجرای آنها در بال ها منتظر است. از این گذشته ، آنها عمدتاً در سفرهای بین سیاره ای مورد استفاده قرار خواهند گرفت ، که ظاهراً نزدیک است.

پروژه های نیروی محرکه هسته ای

این پروژه ها به دلایل مختلف متوقف شدند - کمبود پول، پیچیدگی طراحی، یا حتی نیاز به مونتاژ و نصب در فضای بیرونی.

"ORION" (ایالات متحده آمریکا، 1950-1960)

پروژه پالس هسته ای سرنشین دار سفینه فضایی("هواپیما انفجاری") برای کاوش در فضای بین سیاره ای و بین ستاره ای.

اصل عملیات.از موتور کشتی، در جهت مخالف پرواز، یک بار هسته ای کوچک معادل آن خارج می شود و در فاصله نسبتاً کوتاهی از کشتی (تا 100 متر) منفجر می شود. نیروی ضربهمنعکس شده از یک صفحه بازتابنده عظیم در دم کشتی، "هل" آن را به جلو.

"پرومته" (ایالات متحده آمریکا، 2002-2005)

پروژه آژانس فضایی ناسا برای توسعه موتور هسته ای برای فضاپیماها.

اصل عملیات.موتور فضاپیما قرار بود از ذرات یونیزه شده تشکیل شده باشد که نیروی رانش ایجاد می کنند و یک راکتور هسته ای فشرده که انرژی را برای تاسیسات تامین می کند. موتور یونی نیروی رانشی در حدود 60 گرم ایجاد می کند، اما می تواند به طور مداوم کار کند. در نهایت، کشتی به تدریج قادر خواهد بود به سرعت فوق العاده - 50 کیلومتر در ثانیه، صرف حداقل مقدار انرژی دست یابد.

"پلوتون" (ایالات متحده آمریکا، 1957-1964)

پروژه توسعه موتور رم جت هسته ای.

اصل عملیات.هوا از طریق جلو وسیله نقلیهوارد یک رآکتور هسته ای می شود که در آنجا گرم می شود. هوای گرم منبسط می شود، سرعت بیشتری به دست می آورد و از طریق نازل آزاد می شود و پیش نویس لازم را فراهم می کند.

NERVA (ایالات متحده آمریکا، 1952-1972)

(English Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) برنامه مشترک کمیسیون انرژی اتمی ایالات متحده و ناسا برای ایجاد یک موتور موشک هسته ای است.

اصل عملیات.هیدروژل مایع به محفظه خاصی وارد می شود که در آن توسط یک راکتور هسته ای گرم می شود. گاز داغ منبسط می شود و به داخل نازل رها می شود و نیروی رانش ایجاد می کند.

موتور موشک هسته ای موتور موشکی است که اصل عملکرد آن بر اساس یک واکنش هسته ای یا واپاشی رادیواکتیو است که انرژی آزاد می کند که سیال کار را گرم می کند که می تواند محصولات واکنش یا مواد دیگری مانند هیدروژن باشد. انواع مختلفی از موتورهای موشکی وجود دارد که از اصل عملکرد شرح داده شده در بالا استفاده می کنند: هسته ای، ایزوتوپی رادیویی، ترموهسته ای. با استفاده از موتورهای موشک هسته‌ای، می‌توان مقادیر ضربه‌ای خاص را به‌طور قابل‌توجهی بالاتر از آنهایی که با موتورهای موشک شیمیایی به دست آورد، به دست آورد. ارزش بالای ضربه خاص با سرعت بالای خروج سیال کار - حدود 8-50 کیلومتر در ثانیه - توضیح داده می شود. نیروی رانش یک موتور هسته ای قابل مقایسه با موتورهای شیمیایی است که در آینده امکان جایگزینی تمام موتورهای شیمیایی با موتورهای هسته ای را فراهم می کند.

مانع اصلی در راه است تعویض کاملآلودگی رادیواکتیو محیط زیست ناشی از موتورهای موشک هسته ای است.

آنها به دو نوع تقسیم می شوند - فاز جامد و گاز. در موتورهای نوع اول، مواد شکافت پذیر در مجموعه های میله ای با سطح توسعه یافته قرار می گیرند. این امکان گرم کردن موثر یک سیال گازی را فراهم می کند، معمولاً هیدروژن به عنوان یک سیال عامل عمل می کند. سرعت جریان محدود است حداکثر دماسیال کاری که به نوبه خود مستقیماً به حداکثر دمای مجاز عناصر ساختاری بستگی دارد و از 3000 کلوین تجاوز نمی کند. در موتورهای موشک هسته ای فاز گاز ماده شکافت پذیر در حالت گازی است. حفظ آن در منطقه کاراز طریق تأثیر میدان الکترومغناطیسی انجام می شود. برای این نوع موتورهای موشک هسته ای، عناصر ساختاری یک عامل محدود کننده نیستند، بنابراین سرعت خروجی سیال کار می تواند از 30 کیلومتر بر ثانیه تجاوز کند. آنها را می توان به عنوان موتورهای مرحله اول، با وجود نشت مواد شکافت پذیر، استفاده کرد.

در دهه 70 قرن XX در ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی، موتورهای موشک هسته ای با مواد شکافت پذیر در فاز جامد به طور فعال آزمایش شدند. در ایالات متحده، برنامه ای برای ایجاد یک موتور موشک هسته ای آزمایشی به عنوان بخشی از برنامه NERVA در حال توسعه بود.

آمریکایی‌ها یک راکتور گرافیتی را ساختند که با هیدروژن مایع خنک می‌شد، که گرم می‌شد، تبخیر می‌شد و از طریق یک نازل موشک به بیرون پرتاب می‌شد. انتخاب گرافیت به دلیل مقاومت دمایی آن بود. بر اساس این پروژه، ضربه خاص موتور حاصل باید دو برابر بیشتر از رقم مربوط به مشخصه موتورهای شیمیایی با رانش 1100 کیلونیوتن باشد. راکتور Nerva قرار بود به عنوان بخشی از مرحله سوم پرتابگر Saturn V کار کند، اما به دلیل بسته شدن برنامه قمری و عدم وجود وظایف دیگر برای موتورهای موشکی این کلاس، راکتور هرگز در عمل آزمایش نشد.

یک موتور موشک هسته ای فاز گاز در حال حاضر در مرحله توسعه نظری است. یک موتور هسته‌ای فاز گاز شامل استفاده از پلوتونیوم است که جریان گاز آهسته آن توسط جریان سریع‌تری از هیدروژن خنک‌کننده احاطه شده است. روی مدار ایستگاه های فضایی MIR و ISS آزمایش‌هایی انجام دادند که می‌توانست انگیزه ایجاد کند پیشرفتهای بعدیموتورهای فاز گازی

امروز می توان گفت که روسیه تحقیقات خود را در زمینه سیستم های پیشران هسته ای کمی "تجمع" کرده است. کار دانشمندان روسی بیشتر بر توسعه و بهبود اجزای اساسی و مجموعه های نیروگاه های هسته ای و همچنین یکپارچه سازی آنها متمرکز است. جهت اولویتتحقیقات بیشتر در این زمینه ایجاد سیستم های نیروی محرکه هسته ای با قابلیت کار در دو حالت است. اولی حالت موتور موشک هسته ای و دومی حالت نصب تولید برق برای تامین انرژی تجهیزات نصب شده روی فضاپیما است.