Sageli astronautikat käsitlevates üldhariduslikes väljaannetes ei eristata tuumarakettmootori (NRE) ja tuumaraketi elektrilise tõukejõusüsteemi (NRE) erinevust. Need lühendid ei varja aga mitte ainult erinevust tuumaenergia raketi tõukejõuks muundamise põhimõtetes, vaid ka dramaatiline lugu astronautika areng.
Ajaloo dramaatika seisneb selles, et kui põhiliselt majanduslikel põhjustel peatatud tuumajõu ja tuumajõu uurimised nii NSV Liidus kui ka USA-s oleksid jätkunud, siis oleks inimeste lennud Marsile juba ammu igapäevaseks muutunud.
Pluuto projekti raames välja töötatud mootorid plaaniti paigaldada tiibrakettidele, mis 1950. aastatel loodi nimetuse SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, supersonic low-altitude rakett) all.
USA plaanis ehitada 26,8 meetri pikkuse, kolmemeetrise läbimõõduga ja 28 tonni kaaluva raketi. Raketi korpus pidi sisaldama tuumalõhkepead, samuti tuumajõusüsteemi pikkusega 1,6 meetrit ja läbimõõduga 1,5 meetrit. Võrreldes teiste suurustega nägi installatsioon välja väga kompaktne, mis seletab selle otsevoolu tööpõhimõtet.
Arendajad uskusid, et tänu tuumamootorile on SLAM-raketi lennuulatus vähemalt 182 tuhat kilomeetrit.
1964. aastal lõpetas USA kaitseministeerium projekti. Ametlikuks põhjuseks oli see, et lennu ajal reostab tuumajõul töötav tiibrakett liiga palju kõike ümbritsevat. Kuid tegelikult olid põhjuseks selliste rakettide ülalpidamise märkimisväärsed kulud, eriti kuna selleks ajaks arenes raketitehnika kiiresti vedelkütuse rakettmootoritel, mille ülalpidamine oli palju odavam.
NSV Liit jäi tuumajõul töötava mootori reaktiivmootori ideele truuks palju kauem kui USA, lõpetades projekti alles 1985. aastal. Kuid tulemused osutusid palju olulisemateks. Seega esimene ja ainus Nõukogude tuumaenergia raketi mootor töötati välja Khimavtomatika disainibüroos Voronežis. See on RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, tuntud ka kui "Irbit" ja "IR-100").
RD-0410 kasutas heterogeenset termilist neutronreaktorit, moderaatoriks oli tsirkooniumhüdriid, neutronreflektorid olid valmistatud berülliumist, tuumakütuseks oli uraani- ja volframkarbiididel põhinev materjal, mille 235 isotoobis oli rikastus umbes 80%.
Disain hõlmas 37 kütusesõlme, mis olid kaetud soojusisolatsiooniga, mis eraldas need moderaatorist. Projekt nägi ette, et vesiniku vool läbis esmalt reflektori ja moderaatori, hoides nende temperatuuri toatemperatuuril ning seejärel sisenes südamikusse, kus jahutas kütusesõlmed, soojendades kuni 3100 K. Stendil olid reflektor ja moderaator. jahutatakse eraldi vesinikuvooluga.
Reaktor läbis märkimisväärse hulga katsetusi, kuid seda ei testitud kunagi kogu selle tööaja jooksul. Reaktori väliskomponendid olid aga täielikult ammendatud.
RD 0410 tehnilised omadused
Tõukejõud tühimikus: 3,59 tf (35,2 kN)
Reaktori soojusvõimsus: 196 MW
Spetsiaalne tõukejõu impulss vaakumis: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Startide arv: 10
Tööressurss: 1 tund
Kütuse komponendid: töövedelik - vedel vesinik, abiaine - heptaan
Kaal koos kiirguskaitsega: 2 tonni
Mootori mõõdud: kõrgus 3,5 m, läbimõõt 1,6 m.
Suhteliselt väikesed gabariidid ja kaal, tuumkütuse kõrge temperatuur (3100 K) koos tõhusa vesinikuvooluga jahutussüsteemiga näitavad, et RD0410 on peaaegu ideaalne tuumajõumootori prototüüp tänapäevaste tiibrakettide jaoks. Ja arvestades kaasaegsed tehnoloogiad isepeatuva tuumakütuse hankimine, ressursi suurendamine tunnilt mitmele tunnile on väga reaalne ülesanne.
Sõltuvalt reaktori kütuse tüübist on kolme tüüpi tuumajõumootoreid:
Gaasifaasilistes tuumakütusemootorites on kütus (näiteks uraan) ja töövedelik gaasilises olekus (plasma kujul) ja neid hoitakse tööpiirkond elektromagnetväli. Kümnete tuhandete kraadideni kuumutatud uraaniplasma kannab soojust töövedelikule (näiteks vesinikule), mis omakorda kuumutatakse kõrged temperatuurid ja moodustab joa.
Tuumareaktsiooni tüübi järgi eristatakse radioisotoop-rakettmootorit, termotuumarakettmootorit ja tuumamootorit ennast (kasutatakse tuuma lõhustumise energiat).
Huvitav variant on ka impulss-tuumarakettmootor – energia (kütusena) allikana tehakse ettepanek kasutada tuumalaengut. Sellised paigaldised võivad olla sisemist ja välist tüüpi.
Tuumamootorite peamised eelised on:
Näiteks väljapaistev vene teadlane Anatoli Sazonovitš Korotejev, patendi all oleva leiutise autor, pakkus tehnilise lahenduse kaasaegse YARDi seadmete koostamiseks. Allpool esitan osa nimetatud patendidokumendist sõna-sõnalt ja ilma kommentaarideta.
Kavandatava tehnilise lahenduse olemust illustreerib joonisel toodud skeem. Tõukejõu-energia režiimis töötav tuumajõusüsteem sisaldab elektrilist tõukejõusüsteemi (EPS) (näidisskeemil on kaks elektrilist rakettmootorit 1 ja 2 koos vastavate toitesüsteemidega 3 ja 4), reaktoriseadet 5, turbiini 6, kompressorit. 7, generaator 8, soojusvaheti-rekuperaator 9, Ranck-Hilschi keeristoru 10, külmik-radiaator 11. Sel juhul on turbiin 6, kompressor 7 ja generaator 8 ühendatud üheks tervikuks - turbogeneraatoriks-kompressoriks. Tuumajõuseade on varustatud töövedeliku torujuhtmetega 12 ja elektrijuhtmetega 13, mis ühendavad generaatorit 8 ja elektriajamit. Soojusvaheti-rekuperaatoril 9 on nn kõrge temperatuuriga 14 ja madala temperatuuriga 15 töövedeliku sisendid, samuti kõrge temperatuuriga 16 ja madala temperatuuriga 17 töövedeliku väljundid.Lingid:Reaktoriploki 5 väljund on ühendatud turbiini 6 sisendiga, turbiini 6 väljund on ühendatud soojusvaheti-rekuperaatori 9 kõrgtemperatuurilise sisendiga 14. Soojusvaheti-rekuperaatori madala temperatuuriga väljund 15 9 on ühendatud Ranck-Hilschi keeristoru 10 sissepääsuga. Ranck-Hilschi keeristorul 10 on kaks väljundit, millest üks ("kuuma" töövedeliku kaudu) on ühendatud radiaatori külmikuga 11 ja teine ( "külma" töövedeliku kaudu) on ühendatud kompressori 7 sisendiga. Radiaatori külmiku 11 väljund on samuti ühendatud kompressori 7 sisendiga. Kompressori väljund 7 on ühendatud madala temperatuuriga 15 sisendiga soojusvaheti-rekuperaator 9. Soojusvaheti-rekuperaatori 9 kõrgtemperatuuriline väljund 16 on ühendatud reaktoripaigaldise 5 sisendiga. Seega on tuumaelektrijaama põhielemendid omavahel ühendatud ühe töövedeliku ahelaga. .
Tuumaelektrijaam töötab järgmiselt. Reaktoripaigaldises 5 kuumutatud töövedelik suunatakse turbiini 6, mis tagab kompressori 7 ja turbogeneraator-kompressori generaatori 8 töö. Generaator 8 toodab elektrienergiat, mis elektriliinid 13 on suunatud elektrirakettmootoritele 1 ja 2 ning nende toitesüsteemidele 3 ja 4, tagades nende töö. Pärast turbiinist 6 väljumist suunatakse töövedelik läbi kõrgtemperatuurse sisselaskeava 14 soojusvaheti-rekuperaatorisse 9, kus töövedelik osaliselt jahutatakse.
Seejärel juhitakse soojusvaheti-rekuperaatori 9 madala temperatuuriga väljalaskeavast 17 töövedelik Ranque-Hilschi keeristorusse 10, mille sees jaguneb töövedeliku vool "kuumaks" ja "külmaks" komponendiks. Töövedeliku "kuum" osa läheb seejärel külmkappi emitterisse 11, kus see töövedeliku osa tõhusalt jahutatakse. Töövedeliku “külm” osa läheb kompressori 7 sisselaskeavasse ning pärast jahutamist järgneb sinna ka kiirgavast külmikust 11 väljuv töövedeliku osa.
Kompressor 7 varustab jahutatud töövedelikuga soojusvaheti-rekuperaatorit 9 läbi madala temperatuuriga sisselaskeava 15. See jahutatud töövedelik soojusvaheti-rekuperaatoris 9 jahutab osaliselt soojusvaheti-rekuperaatorisse siseneva töövedeliku vastuvoolu. 9 turbiinist 6 läbi kõrgtemperatuurse sisselaskeava 14. Järgmiseks osaliselt kuumutatud töövedelik (soojusvahetuse tõttu töövedeliku vastuvooluga turbiinist 6) soojusvahetist-rekuperaatorist 9 läbi kõrgtemperatuurse väljalaskeava 16 siseneb uuesti reaktorisse 5, tsüklit korratakse uuesti.
Seega tagab üks suletud ahelas paiknev töövedelik tuumajaama pideva töö ning Ranque-Hilschi keeristoru kasutamise tuumaelektrijaama osana vastavalt väidetavale. tehniline lahendus parandab tuumajõuseadme massi- ja mõõtmeomadusi, suurendab selle töökindlust, lihtsustab selle konstruktsiooni ja võimaldab tõsta tuumajõuseadme kui terviku efektiivsust.
Venemaal katsetasid nad tuumaelektrijaama (TEJ) jahutussüsteemi, millest üks võtmeelemendid tulevane kosmoselaev, mis on võimeline tegema planeetidevahelisi lende. Miks on kosmoses vaja tuumamootorit, kuidas see töötab ja miks peab Roskosmos just seda arendust Venemaa peamiseks kosmosetrumbiks, vahendab Izvestija.
Kui käsi südamele panna, siis alates Koroljovi ajast pole kosmosesse lendudeks kasutatud kanderaketid põhimõttelisi muudatusi läbi teinud. Üldine põhimõte töö - keemiline, mis põhineb kütuse põletamisel oksüdeerijaga, jääb samaks. Mootorid, juhtimissüsteemid ja kütusetüübid muutuvad. Kosmosereiside alus jääb samaks – reaktiivlennuki tõukejõud lükkab raketi või kosmoselaeva edasi.
Väga sageli on kuulda, et vaja on suurt läbimurret, arendust, mis suudab reaktiivmootori välja vahetada, et tõsta efektiivsust ning muuta lennud Kuule ja Marsile realistlikumaks. Fakt on see, et praegu moodustavad peaaegu suurema osa planeetidevaheliste kosmoseaparaatide massist kütus ja oksüdeerija. Mis siis, kui loobume keemiamootorist ja hakkame kasutama tuumamootori energiat?
Tuumajõusüsteemi loomise idee pole uus. NSV Liidus kirjutati 1958. aastal alla üksikasjalik valitsuse määrus tuumajõusüsteemide loomise probleemi kohta. Juba siis viidi läbi uuringud, mis näitasid, et piisava võimsusega tuumarakettmootorit kasutades pääseb Pluutole (mis pole veel planeedi staatust kaotanud) ja tagasi kuue kuuga (kaks sinna ja neli tagasi), kulutades 75 tonni kütust reisil.
NSV Liit arendas tuumarakettmootorit, kuid teadlased on alles nüüd hakanud lähenema tõelisele prototüübile. Asi pole rahas, teema osutus nii keeruliseks, et töötavat prototüüpi pole veel ükski riik suutnud luua ning enamasti lõppes see kõik plaanide ja joonistega. USA katsetas tõukejõusüsteemi 1965. aasta jaanuaris Marsile lennuks. Kuid NERVA projekt Marsi vallutamiseks tuumamootoriga ei jõudnud KIWI katsetest kaugemale ja see oli palju lihtsam kui praegune Venemaa areng. Hiina on oma kosmosearengu plaanidesse seadnud tuumamootori loomise lähemale 2045. aastale, mis on samuti väga-väga mitte niipea.
Venemaal algas 2010. aastal kosmosetranspordisüsteemide megavatt-klassi tuumaelektri jõusüsteemi (NPP) projekti uus töövoor. Projekti loovad Roscosmos ja Rosatom ühiselt ning seda võib nimetada üheks viimase aja tõsisemaks ja ambitsioonikamaks kosmoseprojektiks. Tuumaenergeetika juhtiv töövõtja on nime saanud uurimiskeskus. M.V. Keldysh.
Kogu arenduse käigus lekib ajakirjandusse uudiseid tulevase tuumamootori ühe või teise osa valmisolekust. Samal ajal kujutavad vähesed inimesed, välja arvatud spetsialistid, üldiselt ette, kuidas ja mille tõttu see töötab. Tegelikult on kosmose tuumamootori olemus ligikaudu sama, mis Maal. Tuumareaktsiooni energiat kasutatakse turbogeneraatori-kompressori soojendamiseks ja käitamiseks. Lihtsamalt öeldes kasutatakse elektri tootmiseks tuumareaktsiooni, peaaegu täpselt samamoodi nagu tavalises tuumajaamas. Ja elektri abil töötavad elektrilised rakettmootorid. Selles paigalduses on need suure võimsusega ioonmootorid.
Ioonmootorites luuakse tõukejõud, luues ioniseeritud gaasil põhineva joa tõukejõu, mida kiirendatakse suure kiiruseni elektriväli. Ioonmootorid on endiselt olemas ja neid katsetatakse kosmoses. Siiani on neil ainult üks probleem – peaaegu kõigil neil on väga väike tõukejõud, kuigi nad tarbivad väga vähe kütust. Kosmosereiside jaoks on sellised mootorid suurepärane võimalus, eriti kui lahendatakse kosmoses elektri tootmise probleem, mida tuumarajatis teeb. Lisaks võivad ioonmootorid töötada üsna pikka aega, kõige kaasaegsemate ioonmootorite mudelite maksimaalne pidev tööperiood on üle kolme aasta.
Kui vaatate diagrammi, märkate, et tuumaenergia alustab oma tegevust kasulikku tööd kohe üldse mitte. Esiteks soojeneb soojusvaheti, seejärel tekib elekter, mida kasutatakse juba ioonmootori tõukejõu tekitamiseks. Kahjuks pole inimkond veel õppinud, kuidas tuumarajatisi lihtsamalt ja tõhusamalt tõukejõuks kasutada.
NSV Liidus lasti mereväe rakette kandvate lennukite sihtmärgi määramise kompleksi Legend osana üles tuumapaigaldisega satelliite, kuid need olid väga väikesed reaktorid ja nende tööst piisas vaid satelliidile riputatud instrumentide elektri tootmiseks. Nõukogude kosmoselaevade paigaldusvõimsus oli kolm kilovatti, kuid nüüd tegelevad Venemaa spetsialistid enam kui megavatise võimsusega installatsiooni loomisega.
Loomulikult on kosmose tuumapaigaldisel palju rohkem probleeme kui Maal ja kõige olulisem neist on jahutamine. Tavatingimustes kasutatakse selleks vett, mis neelab väga tõhusalt mootorisoojuse. Seda ei saa teha kosmoses ja seda nõuavad tuumamootorid tõhus süsteem jahutamine - ja nende soojus tuleb eemaldada kosmosesse, see tähendab, et seda saab teha ainult kiirguse kujul. Tavaliselt kasutatakse selleks kosmoselaevades. paneelradiaatorid- valmistatud metallist, nende kaudu ringleb jahutusvedelik. Kahjuks on sellistel radiaatoritel reeglina suur kaal ja mõõtmed, lisaks pole need meteoriitide eest kaitstud.
2015. aasta augustis näidati MAKS lennunäitusel tuumajõujõusüsteemide tilkjahutuse mudelit. Selles lendab tilkade kujul hajutatud vedelik avatud ruumis, jahtub ja koguneb seejärel paigaldusse. Kujutage vaid ette hiiglaslikku kosmoselaeva, mille keskmes on hiiglaslik dušiinstallatsioon, millest miljardeid mikroskoopilisi veepiisad purskavad, läbi kosmose lendavad ja seejärel kosmosetolmuimeja tohutusse suhu imetakse.
Üsna hiljuti sai see teatavaks tilguti süsteem tuumajõusüsteemi jahutamist katsetati maapealsetes tingimustes. Sel juhul on jahutussüsteem kõige olulisem etapp installatsiooni loomisel.
Nüüd on vaja testida selle toimivust nullgravitatsiooni tingimustes ja alles pärast seda saame proovida luua paigaldamiseks vajalike mõõtmetega jahutussüsteemi. Iga selline edukas test viib meid veidi lähemale Vene spetsialistid tuumarajatise loomiseni. Teadlased tormavad kõigest jõust, sest arvatakse, et tuumamootori kosmosesse saatmine aitab Venemaal taastada oma liidripositsiooni kosmoses.
Oletame, et see õnnestub ja mõne aasta pärast hakkab kosmoses töötama tuumamootor. Kuidas see aitab, kuidas seda kasutada? Alustuseks tasub selgitada, et sellisel kujul, nagu praegu eksisteerib tuumajõusüsteem, saab see töötada ainult kosmoses. Sellel kujul ei saa see kuidagi Maalt õhku tõusta ja maanduda, praegu ei saa see hakkama ilma traditsiooniliste keemiliste rakettideta.
Miks kosmoses? Noh, inimkond lendab kiiresti Marsile ja Kuule ja see on kõik? Tegelikult mitte. Praegu seisavad kõik orbitaaltehaste ja Maa orbiidil tegutsevate tehaste projektid tööks vajaliku tooraine puudumise tõttu. Pole mõtet midagi kosmosesse ehitada, kuni pole leitud viis selle orbiidile viimiseks. suur hulk nõutavad toorained, näiteks metallimaak.
Aga milleks neid Maalt tõsta, kui vastupidi, saab neid kosmosest tuua. Päikesesüsteemi samas asteroidivöös on lihtsalt tohutud erinevate metallide, sealhulgas väärismetallide varud. Ja sel juhul on tuumapuksiiri loomine lihtsalt elupäästja.
Tooge orbiidile tohutu plaatinat või kulda kandev asteroid ja hakake seda otse kosmoses lahti lõikama. Ekspertide hinnangul võib selline tootmine mahtu arvestades osutuda üheks kasumlikumaks.
Kas tuumapuksiiril on vähem fantastilist kasutust? Näiteks saab seda kasutada satelliitide transportimiseks vajalikele orbiitidele või nende kohale toomiseks soovitud punkt kosmoseaparaat, näiteks Kuu orbiidile. Praegu kasutatakse selleks ülemisi astmeid, näiteks Vene Fregat. Need on kallid, keerukad ja ühekordselt kasutatavad. Tuumapuksiir suudab need madalal Maa orbiidil üles korjata ja kohale toimetada, kuhu vaja.
Sama kehtib ka planeetidevahelise reisimise kohta. Ilma kiire tee Lihtsalt puudub võimalus toimetada lasti ja inimesi Marsi orbiidile koloniseerimise alustamiseks. Praeguse põlvkonna kanderaketid teevad seda väga kallilt ja kaua. Siiani on lennu kestus teistele planeetidele lennates üks tõsisemaid probleeme. Kuude pikkused reisid Marsile ja tagasi suletud kosmoseaparaadi kapslis pole lihtne ülesanne. Tuumapuksiir võib ka siin aidata, lühendades seda aega oluliselt.
Praegu näeb see kõik välja nagu ulme, kuid teadlaste sõnul on prototüübi katsetamiseni jäänud vaid paar aastat. Peamine asi, mida nõutakse, pole mitte ainult arenduse lõpuleviimine, vaid ka astronautika nõutava taseme säilitamine riigis. Isegi rahastuse vähenemise korral peaksid raketid õhku tõusma, kosmoselaevad ehitama ja kõige väärtuslikumad spetsialistid töötama.
Vastasel juhul ei aita üks tuumamootor ilma vastava infrastruktuurita asjale kaasa maksimaalse efektiivsuse saavutamiseks, arendus on väga oluline mitte ainult müüa, vaid ka iseseisvalt kasutada, näidates ära kõik uue kosmosesõiduki võimalused.
Seniks saavad kõik tööga mitteseotud riigi elanikud vaid taevasse vaadata ja loota, et Venemaa kosmonautika jaoks läheb kõik korda. Ja tuumapuksiir ja praeguste võimete säilitamine. Ma ei taha uskuda teistesse tulemustesse.
Venemaa oli ja on praegu tuumaenergia kosmoseenergia valdkonnas liider. Sellistel organisatsioonidel nagu RSC Energia ja Roscosmos on kogemusi tuumaenergiaallikaga varustatud kosmoselaevade projekteerimisel, ehitamisel, käivitamisel ja käitamisel. Tuumamootor võimaldab lennukeid kasutada aastaid, suurendades oluliselt nende praktilist sobivust.
Samal ajal uurimisaparaadi toimetamine kaugete planeetide orbiitidele päikesesüsteem nõuab sellise tuumarajatise ressursi suurendamist 5-7 aastani. On tõestatud, et umbes 1 MW võimsusega tuumajõuseadmega kompleks uurimiskosmoselaeva osana tagab kõige kaugemate planeetide tehissatelliitide ja kulgurite kiirendatud kohaletoimetamise maapinnale 5-7 aastaga. looduslikud satelliidid need planeedid ja pinnase toimetamine Maale komeetidelt, asteroididelt, Merkuurilt ning Jupiteri ja Saturni satelliitidelt.
Üks olulisemaid viise transporditoimingute tõhustamiseks kosmoses on transpordisüsteemi elementide korduvkasutus. Tuumamootor jaoks kosmoselaevad võimsusega vähemalt 500 kW võimaldab luua korduvkasutatavat puksiiri ja seeläbi oluliselt tõsta mitme lüliga kosmosetranspordisüsteemi efektiivsust. Selline süsteem on eriti kasulik suurte iga-aastaste kaubavoogude pakkumise programmis. Näiteks võiks tuua Kuu uurimisprogrammi koos pidevalt laieneva elamiskõlbliku baasi ning eksperimentaalsete tehnoloogiliste ja tootmiskomplekside loomise ja hooldamisega.
RSC Energia projekteerimisuuringute kohaselt peaks baasi ehitamise ajal Kuu pinnale toimetama umbes 10 tonni kaaluvad moodulid ja Kuu orbiidile kuni 30 tonni kaaluvad moodulid elamiskõlbulik kuu baas ja külastatav Kuu orbitaaljaam on hinnanguliselt 700-800 tonni ning aastane kaubavoog baasi toimimise ja arengu tagamiseks on 400-500 tonni.
Tuumamootori tööpõhimõte ei võimalda aga transportijal piisavalt kiiresti kiirendada. Pika transpordiaja ja sellest tulenevalt kasuliku koormuse olulise aja tõttu Maa kiirgusvööndites ei saa kogu lasti kohale toimetada tuumajõul töötavate puksiiridega. Seetõttu on tuumajõul töötavate tõukejõusüsteemide baasil tagatav kaubavoog hinnanguliselt vaid 100-300 tonni aastas.
Interorbitaalse transpordisüsteemi majandusliku efektiivsuse kriteeriumina on soovitatav kasutada kasuliku koorma massiühiku (PG) Maa pinnalt sihtorbiidile transportimise erikulu väärtust. RSC Energia on välja töötanud majandusliku ja matemaatilise mudeli, mis võtab arvesse transpordisüsteemi kulude põhikomponente:
Kulunäitajad sõltuvad optimaalsed parameetrid MB. Seda mudelit kasutades on võrreldav majanduslik tõhusus, kui kasutada korduvkasutatavat puksiirpuksiiri, mis põhinevad umbes 1 MW võimsusega tuumajõuseadmel ja täiustatud vedelatel tõukejõusüsteemidel põhineva ühekordselt kasutatava puksiiri puhul programmis, mis tagab kasuliku koormuse kohaletoimetamise kogumahuga. Uuriti massi 100 tonni/aastas Maast Kuu orbiidile 100 km kõrgusel. Kui kasutatakse sama kanderaketti kandevõimega, mis on võrdne kanderakett Proton-M kandevõimega, ja kahe stardi skeemi transpordisüsteemi ehitamiseks, on kasuliku koormuse massiühiku kohaletoimetamise erikulu tuumajõul töötava puksiiri abil. on kolm korda madalam kui DM-3 tüüpi vedelmootoritega rakettidel põhinevate ühekordsete puksiiride kasutamisel.
Tõhus kosmose tuumajõud aitab lahendusele kaasa keskkonnaprobleemid Maa, inimese lend Marsile, juhtmevaba energiaülekande süsteemi loomine kosmoses, eriti ohtlike radioaktiivsete jäätmete maapinnale matmise ohutuse suurendamine. tuumaenergia, elamiskõlbliku Kuu baasi loomine ja Kuu tööstusliku arengu algus, tagades Maa kaitse asteroidi-komeedi ohu eest.
Tuumamootor jaoks kosmoseraketid- ulmekirjanike näiliselt kauge unistus - ei olnud, nagu selgub, arenenud ainult ülisalajane disainibürood, vaid ka toodetud ja seejärel katsekohtades testitud. "See oli tühine töö," ütleb Voroneži föderaalse osariigi ettevõtte "KB Chemical Automatics" peadisainer Vladimir Ratšuk. Tema sõnul tähendab “mittetriviaalne töö” väga kõrget hinnangut tehtule.
Kuigi "KB Khimavtomatiki" on seotud keemiaga (toodab pumpasid asjakohastele tööstusharudele), on tegelikult üks ainulaadseid juhtivaid raketimootorite tootmiskeskusi Venemaal ja välismaal. Ettevõte loodi Voroneži oblastis 1941. aasta oktoobris, kui natside väed kihutasid Moskvasse. Sel ajal töötas disainibüroo välja lahinguüksuseid lennutehnoloogia. Viiekümnendatel aastatel läks meeskond aga üle uuele paljutõotavale teemale – vedela rakettmootori (LPRE) peale. Voronežist pärit “tooted” paigaldati seadmetele “Vostok”, “Voskhod”, “Soyuz”, “Molniya”, “Proton”...
Siin, Chemical Automatics Design Bureau's, loodi riigi võimsaim ühekambriline hapniku-vesiniku ruumi "mootor", mille tõukejõud on kakssada tonni. Seda kasutati Energia-Buran raketi- ja kosmosekompleksi teises etapis tõukejõuna. Voroneži rakettmootorid on paigaldatud paljudele sõjalistele rakettidele (näiteks SS-19, tuntud kui "Saatan" või SS-N-23, mis lasti välja alates aastast allveelaevad). Kokku töötati välja umbes 60 näidist, millest 30 viidi masstootmisse. Selles seerias paistab silma tuumarakettmootor RD-0410, mis loodi koostöös paljude kaitseettevõtete, projekteerimisbüroode ja uurimisinstituutidega.
Üks Venemaa kosmonautika rajajaid Sergei Pavlovitš Korolev ütles, et on rakettide tuumajaamast unistanud juba 1945. aastast. Oli väga ahvatlev kasutada aatomi võimsat energiat kosmilise ookeani vallutamiseks. Kuid sel ajal polnud meil isegi rakette. Ja 50. aastate keskel teatasid Nõukogude luureohvitserid, et tuumarakettmootori (NRE) loomise uuringud olid USA-s täies hoos. See teave edastati kohe riigi kõrgemale juhtkonnale. Suure tõenäosusega oli ka Korolev sellega tuttav. 1956. aastal salaaruanne raketitehnoloogia arendamise väljavaadete kohta rõhutas ta, et tuumamootoritel on väga suured väljavaated. Kuid kõik mõistsid, et idee elluviimine oli tohutute raskustega. Tuumaelektrijaam näiteks asub mitmekorruselises majas. Väljakutse oli seda muuta suur hoone kahe suuruse kompaktseks seadmeks lauad. 1959. aastal toimus Aatomienergia Instituudis väga tähendusrikas kohtumine meie aatomipommi “isa”, rakendusmatemaatika instituudi direktori Igor Kurtšatovi, “astronautika peateoreetiku” Mstislav Keldõši ja Sergei Koroljovi vahel. . Foto "kolmest K-st", kolm silmapaistvad inimesed, mis ülistas riiki, sai õpikuks. Kuid vähesed inimesed teavad, mida nad sel päeval täpselt arutasid.
"Kurtšatov, Korolev ja Keldõš rääkisid tuumamootori loomise konkreetsetest aspektidest," kommenteerib fotot enam kui 40 aastat Voroneži projekteerimisbüroos töötanud tuumamootori juhtivkonstruktor Albert Belogurov. . - Selleks ajaks ei tundunud idee ise enam fantastiline. Alates 1957. aastast, mil meil olid mandritevahelised raketid, hakkasid Sredmashi (aatomiküsimustega tegeleva ministeeriumi) disainerid tegelema tuumamootorite eeluuringutega. Pärast “kolme K-de” kohtumist said need uuringud uue võimsa tõuke.
Tuumateadlased töötasid raketiteadlastega kõrvuti. Rakettmootori jaoks võtsid nad ühe kompaktseima reaktori. Väliselt on see suhteliselt väike metallist silinder umbes 50 sentimeetrit läbimõõduga ja umbes meetri pikkune. Sees on 900 õhukest toru, mis sisaldavad "kütust" - uraani. Reaktori tööpõhimõte on ka tänapäeval koolilastele teada. Aatomituumade lõhustumise ahelreaktsiooni käigus tekib tohutul hulgal soojust. Võimsad pumbad pumpavad vesinikku läbi uraanikatla soojuse, mis soojeneb kuni 3000 kraadini. Seejärel tekitab düüsist suurel kiirusel väljuv kuum gaas võimsa tõukejõu...
Diagrammil paistis kõik hästi, aga mida näitavad testid? Täismõõtmelise tuumamootori käivitamiseks ei saa kasutada tavalisi stende – kiirgusega pole nalja. Reaktor on sisuliselt aatomipomm, ainult viivitatud tegevus, kui energia vabaneb mitte kohe, vaid teatud aja jooksul. Igal juhul on vaja erilisi ettevaatusabinõusid. Reaktorit otsustati katsetada Semipalatinski tuumakatsetuspaigas ja konstruktsiooni esimest osa (nagu mootor ise) Moskva oblastis asuvas stendis.
"Zagorskis on suurepärane baas rakettmootorite maapealseks käivitamiseks," selgitab Albert Belogurov. - Oleme valmistanud umbes 30 proovi stendi testimiseks. Vesinik põletati hapnikus ja seejärel suunati gaas mootorisse – turbiini. Turbopump pumpas voolu, aga mitte tuumareaktorisse, nagu skeemi järgi nõutud (Zagorskis reaktorit muidugi polnud), vaid atmosfääri. Kokku viidi läbi 250 testi. Programm õnnestus täielikult. Selle tulemusena saime töökorras mootori, mis vastas kõigile nõuetele. Keerulisemaks osutus tuumareaktori katsetuste korraldamine. Selleks oli vaja Semipalatinski katsepolügooni rajada spetsiaalsed kaevandused ja muud rajatised. Selline suuremahuline töö oli loomulikult seotud suurte rahaliste kuludega ja raha saamine polnud ka tollal lihtne.
Sellegipoolest algas ehitusobjektil ehitus, kuigi Belogurovi sõnul viidi see läbi "ökonoomsel režiimil". Kahe kaevanduse ja teenindusruumide rajamine maa alla võttis palju aastaid. Šahtide vahel asuvas betoonpunkris olid tundlikud instrumendid. Teises punkris, 800 meetri kaugusel, on juhtpult. Tuumareaktori katsetamise ajal oli inimeste viibimine esimeses neist ruumidest rangelt keelatud. Õnnetuse korral muutuks stend ümber võimas allikas kiirgus.
Enne eksperimentaalset käivitamist langetati reaktor ettevaatlikult väljapoole (maa pinnale) paigaldatud pukkkraana abil šahti. Võll ühendati sfäärilise paagiga, õõnestati 150 meetri sügavuselt graniidist ja vooderdati terasega. Sellisesse ebatavalisse “reservuaari” nad pumpasid kõrge rõhk vesinikgaas (ei olnud raha selle kasutamiseks vedelal kujul, mis on muidugi efektiivsem). Pärast reaktori käivitamist sisenes vesinik uraanikatlasse altpoolt. Gaas kuumenes 3000 kraadini ja purskas müriseva tulise vooluga šahtist välja. Tugevat radioaktiivsust selles ojas ei olnud, kuid päeval ei tohtinud katsepaigast pooleteise kilomeetri raadiuses õues viibida. Kaevandusele endale oli kuu aega võimatu läheneda. Ohutu tsoonist viis esmalt ühte punkrisse ja sealt teise, kaevanduste läheduses asuvasse maa-alune tunnel, mis oli kaitstud kiirguse läbitungimise eest. Spetsialistid liikusid mööda neid omapäraseid pikki "koridore".
Reaktori katsetused viidi läbi aastatel 1978-1981. Katsetulemused kinnitasid õigsust konstruktiivseid lahendusi. Põhimõtteliselt loodi tuumarakettmootor. Jäi vaid ühendada kaks osa ja viia läbi tuumajõusüsteemi põhjalikud katsed kokkupandud vorm. Kuid nad ei andnud selle eest enam raha. Kaheksakümnendatel ei nähtud tuumaelektrijaamade praktilist kasutamist kosmoses ette. Need ei sobinud Maalt startimiseks, sest ümbritsev ala oleks saanud tugeva kiirgusreostuse. Tuumamootorid on üldjuhul ette nähtud kasutamiseks ainult kosmoses. Ja siis väga kõrgetel orbiitidel (600 kilomeetrit ja rohkem), nii et kosmoseaparaat tiirleb ümber Maa palju sajandeid. Sest tuumarakettmootori "ekspositsiooniperiood" on vähemalt 300 aastat. Tegelikult töötasid ameeriklased sarnase mootori välja peamiselt Marsile lendamiseks. Kuid kaheksakümnendate alguses olid meie riigi juhid ülimalt selged: lend Punasele Planeedile käis üle meie võimete (nagu ameeriklased piirasid ka seda tööd). Kuid just 1981. aastal said meie disainerid uued paljutõotavad ideed. Miks mitte kasutada tuumamootorit ka elektrijaamana? Lihtsamalt öeldes, et toota sellel kosmoses elektrit. Mehitatud lennu ajal saab liugvardaga uraanikatla „liigutada“ eluruumidest, milles astronaudid asuvad, kuni 100 meetri kaugusele. Ta lendab jaamast kaugele. Samas saaksime väga võimsa energiaallika, mida kosmoselaevadel ja jaamades nii vaja on. 15 aastat tegelesid Voroneži elanikud koos tuumateadlastega selle paljutõotava uurimistööga ja viisid läbi katseid Semipalatinski katsepaigas. Riigi rahastus puudus üldse ning kõik tööd tehti tehase ressursse ja entusiasmi kasutades. Täna on meil siin väga tugev alus. Küsimus on ainult selles, kas nende arenduste järele on nõudlust.
"Kindlasti," vastab kindraldisainer Vladimir Rachuk enesekindlalt. - Täna edasi kosmosejaamad, laevad ja satelliidid saavad energiat päikesepaneelidelt. Aga edasi tuumareaktor elektri tootmine on palju odavam - kaks või isegi kolm korda. Pealegi Maa varjus päikesepaneelid ei tööta. See tähendab, et akusid on vaja ja see suurendab oluliselt kosmoselaeva kaalu. Muidugi, kui me räägime Kui võimsus on väike, ütleme 10-15 kilovatti, siis on päikesepaneelide olemasolu lihtsam. Aga kui kosmoses on vaja 50 kilovatti või rohkem, siis ei saa ilma tuumarajatiseta (mis, muide, kestab 10-15 aastat) orbitaaljaamas või planeetidevahelises kosmoselaevas. Nüüd, ausalt öeldes, me selliste tellimustega tegelikult ei arvesta. Kuid aastatel 2010–2020 on tuumamootorid, mis on ka minielektrijaamad, väga vajalikud.
- Kui palju selline tuumarajatis kaalub?
- Kui me räägime mootorist RD-0410, siis selle mass koos kiirguskaitse ja kinnitusraamiga on kaks tonni. Ja tõukejõud on 3,6 tonni. Kasu on ilmne. Võrdluseks: prootonid tõstavad orbiidile 20 tonni. Ja võimsamad tuumarajatised kaaluvad muidugi rohkem - võib-olla 5-7 tonni. Kuid igal juhul võimaldavad tuumarakettmootorid 2–2,5 korda suurema massiga lasti statsionaarsele orbiidile suunata ja annavad kosmoselaevadele pikaajalise stabiilse energia.
Ma ei rääkinud peakonstruktoriga valusal teemal - et Semipalatinski katseobjektil (nüüd teise osariigi territooriumil) oli palju väärtuslikku tehaseseadet, mida polnud veel Venemaale tagastatud. Seal kaevanduses on ka üks test tuumareaktorid. Ja pukk-kraana on endiselt paigas. Ainult tuumamootori katseid enam ei tehta: kokkupandud kujul seisab see nüüd tehasemuuseumis. Ootab tiibadesse.
Raketimootor, milles töövedelik on kas aine (näiteks vesinik), mida kuumutatakse tuumareaktsiooni või radioaktiivse lagunemise käigus vabaneva energia toimel, või otseselt nende reaktsioonide saadused. Eristada...... Suur entsüklopeediline sõnaraamat
Raketimootor, milles töövedelik on kas aine (näiteks vesinik), mida kuumutatakse tuumareaktsiooni või radioaktiivse lagunemise käigus vabaneva energia toimel, või otseselt nende reaktsioonide saadused. Asub ... ... Entsüklopeediline sõnaraamat
tuumarakettmootor- branduolinis raketinis variklis statusas T valdkond 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) rakettmootor, milles tõukejõud tekib radioaktiivse lagunemise või tuumareaktsiooni käigus vabaneva energia tõttu. Tuumamootoris toimuva tuumareaktsiooni tüübi järgi eristatakse radioisotoobi rakettmootorit... ...
- (YRD) rakettmootor, mille energiaallikaks on tuumakütus. Tuumareaktoriga tuumamootoris. Tuuma ahelreaktsiooni tulemusena vabanev torusoojus kandub üle töövedelikule (näiteks vesinikule). Tuumareaktori südamik......
See artikkel peaks olema wikistatud. Palun vormindage see vastavalt artikli vormistamise reeglitele. Tuumarakettmootor, mis kasutab tuumakütuse soolade homogeenset lahust (inglise... Wikipedia
Tuumarakettmootor (NRE) on teatud tüüpi rakettmootor, mis kasutab tuumade lõhustumise või sulandumise energiat reaktiivjõu tekitamiseks. Need on tegelikult reaktiivsed (kuumutavad töövedelikku tuumareaktoris ja vabastavad gaasi läbi... ... Wikipedia
Reaktiivmootor, mille energiaallikas ja töövedelik asub sõidukis endas. Raketimootor on ainuke, mis on praktiliselt meisterdatud kasuliku koorma viimiseks Maa tehissatelliidi orbiidile ja kasutamiseks ... ... Wikipedia
- (RD) Reaktiivmootor, mis kasutab oma tööks ainult liikuval sõidukil (õhusõidukil, maapinnal, vee all) olemasolevaid aineid ja energiaallikaid. Seega erinevalt õhkreaktiivmootoritest (vt... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia
Isotooprakettmootor, tuumarakettmootor, mis kasutab radioaktiivsete keemiliste isotoopide lagunemisenergiat. elemendid. Seda energiat kasutatakse töövedeliku soojendamiseks või on töövedelik ise lagunemissaadused, mis moodustavad... ... Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat
