Часто в загальноосвітніх публікаціях про космонавтику не розрізняють різницю між ядерним ракетним двигуном (ЯРД) та ядерною ракетною електродвигуною установкою (ЯЕДУ). Однак під цими абревіатурами ховається не тільки різниця в принципах перетворення ядерної енергії через тягу ракети, а й дуже драматична історіярозвитку космонавтики
Драматизм історії полягає в тому, що якби зупинені головним чином з економічних причин дослідження ЯДУ та ЯЕДУ як у СРСР, так і в США продовжилися, то польоти людини на марс давно вже стали б звичайною справою.
Двигуни, розроблені в рамках проекту Pluto, планувалося встановлювати на крилаті ракети, що у 1950-х роках створювалися під позначенням SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, надзвукова маловисотна ракета).
У США планували побудувати ракету довжиною 26,8 метра, діаметром три метри, і масою 28 тонн. У корпусі ракети мав розташовуватися ядерний боєзаряд, і навіть ядерна рухова установка, має довжину 1,6 метри і діаметр 1,5 метра. На тлі інших розмірів установка виглядала досить компактною, що пояснює її прямоточний принцип роботи.
Розробники вважали, що завдяки ядерному двигуну дальність польоту ракети SLAM складе щонайменше 182 тисячі кілометрів.
1964 року міністерство оборони США проект закрило. Офіційною причиною стало те, що в польоті крилата ракета з ядерним двигуном дуже забруднює все навколо. Але насправді причина полягала у значних витратах на обслуговування таких ракет, тим більше на той час бурхливо розвивалося ракетобудування на основі рідинних реактивних ракетних двигунів, обслуговування яких було значно дешевше.
СРСР залишалася вірною ідеї створення ЯРД прямоточної конструкції значно довше, ніж США, закривши проект лише 1985 року. Але й результати вийшли значно вагоміше. Так, перший і єдиний радянський ядерний ракетний двигунбув розроблений у конструкторському бюро "Хімавтоматика", Воронеж. Це РД-0410 (Індекс ГРАУ – 11Б91, відомий також як «Ірбіт» та «ІР-100»).
У РД-0410 був застосований гетерогенний реактор на теплових нейтронах, сповільнювачем служив гідрид цирконію, відбивачі нейтронів - з берилію, ядерне паливо - матеріал на основі карбідів урану та вольфраму, зі збагаченням за ізотопом 235 близько 80%.
Конструкція включала 37 тепловиділяючих збірок, покритих теплоізоляцією, що відокремлювала їх від сповільнювача. Проектом передбачалося, що потік водню спочатку проходив через відбивач і сповільнювач, підтримуючи їх температуру на рівні кімнатної, а потім надходив в активну зону, де охолоджував тепловиділяючі зборки, нагріваючись при цьому до 3100 К. На стенді відбивач і сповільнювач охолоджувалися окремим потіком.
Реактор пройшов значну серію випробувань, але жодного разу не відчував повну тривалість роботи. Однак поза реакторні вузли були відпрацьовані повністю.
Технічні характеристики РД 0410
Тяга у порожнечі: 3,59 тс (35,2 кН)
Теплова потужність реактора: 196 МВт
Питома імпульс тяги в порожнечі: 910 кгс·с/кг (8927 м/с)
Число включень: 10
Ресурс роботи: 1 год
Компоненти палива: робоче тіло - рідкий водень; допоміжна речовина - гептан.
Маса з радіаційним захистом: 2 тонни
Габарити двигуна: висота 3,5м, діаметр 1,6м.
Відносно невеликі габаритні розміри та вага, висока температура ядерного палива (3100 K) за ефективної системи охолодження потоком водню свідчить про те, що РД0410 є майже ідеальним прототипом ЯРД для сучасних крилатих ракет. А, враховуючи сучасні технологіїотримання ядерного палива, що зупиняється, збільшення ресурсу з години до декількох годин є цілком реальним завданням.
Існує три типи ЯРД за видом палива для реактора:
У газофазних ЯРД паливо (наприклад, уран) і робоче тіло знаходиться в газоподібному стані (у вигляді плазми) і утримується в робочій зоні електромагнітним полем. Нагріта до десятків тисяч градусів уранова плазма передає тепло робочому тілу (наприклад, водню), яке, у свою чергу, нагріте до високих температурі утворює реактивний струмінь.
За типом ядерної реакції розрізняють радіоізотопний ракетний двигун, термоядерний ракетний двигун і ядерний двигун (використовується енергія поділу ядер).
Цікавим варіантом також є імпульсний ЯРД – як джерело енергії (пального) пропонується використовувати ядерний заряд. Такі установки можуть бути внутрішнього та зовнішнього типів.
Основними перевагами ЯРД є:
Так, наприклад, видатним російським вченим Коротєєвим Анатолієм Сазоновичем, автором винаходу за патентом, наведено технічне рішення щодо складу обладнання для сучасної ЯРДУ. Далі наводжу частину зазначеного патентного документа дослівно та без коментарів.
Сутність запропонованого технічного рішення пояснюється схемою, що на кресленні. ЯЕДУ, що функціонує в рухово-енергетичному режимі, містить електроракетну рухову установку (ЕРДУ) (на схемі для прикладу представлено два електроракетні двигуни 1 і 2 з відповідними системами подачі 3 і 4), реакторну установку 5, турбіну 6, компресор 7, генератор 8 теплообмінник-рекуператор 9, вихрову трубку Ранка-Хільша 10 холодильник-випромінювач 11. При цьому турбіна 6, компресор 7 і генератор 8 об'єднані в єдиний агрегат - турбогенератор-компресор. ЯЕДУ оснащена трубопроводами 12 робочого тіла та електричними лініями 13, що з'єднують генератор 8 та ЕРДУ. Теплообмінник-рекуператор 9 має так звані високотемпературний 14 і низькотемпературний входи 15 робочого тіла, а також високотемпературний 16 і низькотемпературний 17 виходи робочого тіла.Посилання:Вихід реакторної установки 5 з'єднаний з входом турбіни 6, вихід турбіни 6 з'єднаний з високотемпературним входом 14 теплообмінника-рекуператора 9. Низькотемпературний вихід 15 теплообмінника-рекуператора 9 з'єднаний з входом у вихрову трубку Ранка-Хільша 10. Вихрова трубка1 один з яких (по «гарячому» робочому тілу) з'єднаний з холодильником-випромінювачем 11, а інший (по «холодному» робочому тілу) з'єднаний з входом компресора 7. Вихід холодильника-випромінювача 11 також з'єднаний з входом в компресор 7. Вихід компресора 7 з'єднаний з низькотемпературним входом 15 в теплообмінник-рекуператор 9. Високотемпературний вихід 16 теплообмінника-рекуператора 9 з'єднаний з входом в реакторну установку 5. Таким чином, основні елементи ЯЕДУ пов'язані між собою єдиним контуром робочого тіла.
ЯЕДУ працює в такий спосіб. Нагріте в реакторній установці 5 робоче тіло направляється на турбіну 6, яка забезпечує роботу компресора 7 і 8 генератора турбогенератора-компресора. Генератор 8 виробляє генерацію електричної енергії, яка електричним лініям 13 направляється до електроракетних двигунів 1 і 2 та їх систем подачі 3 і 4, забезпечуючи їхню роботу. Після виходу з турбіни 6 робоче тіло направляється через високотемпературний вхід 14 теплообмінник-рекуператор 9, де здійснюється часткове охолодження робочого тіла.
Потім, з низькотемпературного виходу 17 теплообмінника-рекуператора 9 робоче тіло направляється в вихрову трубку Ранка-Хільша 10, всередині якої відбувається поділ потоку робочого тіла на гарячу і холодну складові. «Гаряча» частина робочого тіла далі йде холодильник-випромінювач 11, де відбувається ефективне охолодження цієї частини робочого тіла. «Холодна» частина робочого тіла слід на вхід у компресор 7, туди слід після охолодження частина робочого тіла, що виходить з холодильника-випромінювача 11.
Компресор 7 виробляє подачу охолодженого робочого тіла в теплообмінник-рекуператор 9 через низькотемпературний вхід 15. Це охолоджене робоче тіло в теплообміннику-рекуператорі 9 забезпечує часткове охолодження зустрічного потоку робочого тіла, що надходить у теплообмінник-4 рекуператор. частково підігріте робоче тіло (за рахунок теплообміну з зустрічним потоком робочого тіла з турбіни 6) з теплообмінника-рекуператора 9 через високотемпературний вихід 16 знову надходить до реакторної установки 5 цикл знову повторюється.
Таким чином, єдине робоче тіло, що знаходиться в замкнутому контурі, забезпечує безперервну роботу ЯЕДУ, причому використання в складі ЯЕДУ вихрової трубки Ранка-Хільша відповідно до заявляється. технічним рішеннямзабезпечує покращення масогабаритних характеристик ЯЕДУ, підвищує надійність її роботи, спрощує її конструктивну схему та дає можливість підвищити ефективність ЯЕДУ загалом.
У Росії провели випробування системи охолодження ядерної енергорухової установки (ЯЕДУ) – одного з ключових елементівкосмічного апарату майбутнього, у якому можна буде здійснювати міжпланетні польоти. Навіщо в космосі потрібен ядерний двигун, як він працює і чому "Роскосмос" вважає цю розробку головним російським космічним козирем, розповідають "Известия".
Якщо покласти руку на серце, то з часів Корольова ракети-носії, які використовуються для польотів у космос, кардинальних змін не зазнали. Загальний принципроботи - хімічний, заснований на згорянні палива з окислювачем, залишається тим самим. Змінюються двигуни, система керування, види палива. Основа подорожей у космосі залишається незмінною – реактивна тяга штовхає ракету чи космічний апарат уперед.
Дуже часто можна почути, що потрібний серйозний прорив, розробка, здатна замінити реактивний двигун, щоб підвищити ефективність та зробити польоти до Місяця та Марса більш реалістичними. Справа в тому, що в даний час чи не більшість маси міжпланетних космічних апаратів, - це паливо і окислювач. А якщо відмовитися від хімічного двигуна взагалі і почати використовувати енергію ядерного двигуна?
Ідея створення ядерної рухової установки не нова. У СРСР розгорнута постанова уряду щодо проблеми створення ЯРД була підписана ще далекого 1958 року. Вже тоді були проведені дослідження, які показали, що, використовуючи ядерний ракетний двигун достатньої потужності, можна дістатися Плутона (що ще не втратив свій планетний статус) і назад за шість місяців (два туди і чотири назад), витративши на подорож 75 т палива.
Займалися в СРСР розробкою ядерного ракетного двигуна, проте наближатися до реального прототипу вчені стали лише зараз. Справа не в грошах, тема виявилася настільки складною, що жодна з країн не змогла досі створити працюючий прототип, а здебільшого все закінчувалося планами та кресленнями. У США проводилися випробування рухової установки для польоту на Марс у січні 1965 року. Але далі тестів KIWI проект NERVA щодо підкорення Марса на ядерному двигуні не зрушив, та й був він значно простіше, ніж нинішня російська розробка. Китай поставив у свої плани космічного розвитку створення ядерного двигуна ближче до 2045 року, що теж дуже не дуже скоро.
У Росії ж новий виток роботи над проектом ядерної електрорухової установки (ЯЕДУ) мегаватного класу для космічних транспортних систем розпочався у 2010 році. Проект створюється силами «Роскосмосу» та «Росатому» спільно, і його можна назвати одним із найсерйозніших та найамбітніших космічних проектів останнього часу. Головним виконавцем з ЯЕДУ є Дослідницький центр ім. М.В. Келдиша.
Протягом усього часу розробки в пресу просочуються новини про готовність то однієї частини другої частини майбутнього ядерного двигуна. При цьому в цілому, крім фахівців, мало хто уявляє собі, як і за рахунок чого він працюватиме. Власне, суть космічного ядерного двигуна приблизно така сама, як і на Землі. Енергія ядерної реакції використовується для нагрівання та роботи турбогенератора-компресора. Якщо говорити простіше, то ядерна реакція використовується для отримання електрики, практично так само, як і на звичайній атомній електростанції. А вже за допомогою електрики працюють електроракетні двигуни. У цій установці це іонні двигуни високої потужності.
В іонних двигунах тяга створюється шляхом створення реактивної тяги на базі іонізованого газу, розігнаного до високих швидкостей електричному полі. Іонні двигуни є і зараз, вони випробовуються у космосі. Поки що у них лише одна проблема – практично всі вони мають дуже невелику тягу, хоч і витрачають дуже мало палива. Для космічних подорожей такі двигуни – чудовий варіант, особливо якщо вирішити проблему отримання електрики у космосі, що й зробить ядерна установка. До того ж працювати іонні двигуни можуть досить довго, максимальний термін безперервної роботи найсучасніших зразків іонних двигунів становить понад три роки.
Якщо подивитися на схему, можна помітити, що ядерна енергія починає свою корисну роботузовсім не одразу. Спочатку нагрівається теплообмінник, потім виробляється електрика, вона вже використовується для створення тяги іонного двигуна. На жаль, простіше і ефективніше використовувати ядерні установки для руху людство поки не навчилося.
У СРСР запускалися супутники з ядерною установкою у складі комплексу цілевказівки «Легенда» для морської ракетоносної авіації, але це були дуже малі реактори, які роботи вистачало лише вироблення електрики для повішених на супутник приладів. Радянські космічні апарати мали потужність установки в три кіловати, зараз російські фахівці працюють над створенням установки з потужністю більше мегавата.
Звичайно, проблем у ядерної установки в космосі набагато більше, ніж на Землі, і найголовніша з них - це охолодження. У звичайних умовах для цього використовується вода, що дуже ефективно поглинає тепло двигуна. У космосі ж це зробити не можна, і ядерним двигунам потрібно ефективна системаохолодження - причому тепло від них потрібно відводити до зовнішнього космічного простору, тобто робити це можна тільки у вигляді випромінювання. Зазвичай для цього у космічних кораблях використовуються панельні радіатори- з металу, з рідиною, що циркулює по них, теплоносієм. На жаль, такі радіатори, як правило, мають велику вагу та габарити, крім того, вони ніяк не захищені від попадання метеоритів.
У серпні 2015 року на авіасалоні МАКС було показано модель краплинного охолодження ядерних енергорухових систем. У ній рідина, розсіяна у вигляді крапель, пролітає у відкритому космічному просторі, охолоджується, а потім знову збирається в установку. Тільки уявіть собі величезний космічний корабель, у центрі якого гігантська душова установка, з якої вириваються назовні мільярди мікроскопічних крапель води, летять у космосі, а потім засмоктуються у величезний розтруб космічного пилососу.
Зовсім недавно стало відомо, що краплинна системаохолодження ядерної рухової установки було випробувано у земних умовах. При цьому система охолодження – це найважливіший етапу створенні установки.
Тепер справа за тим, щоб випробувати її працездатність в умовах невагомості і вже після цього систему охолодження можна буде пробувати створити в розмірах, необхідних для встановлення. Кожне таке успішне випробування потроху наближає російських фахівцівдо створення ядерної установки. Вчені поспішають щосили, адже вважається, що виведення ядерного двигуна в космос зможе Росії допомогти повернути лідерські позиції в космосі.
Припустимо, це вийде, і вже за кілька років у космосі розпочне свою роботу ядерний двигун. Чим це допоможе, як це можна буде використати? Спочатку варто уточнити, що в тому вигляді, в якому ядерна рухова установка існує сьогодні, вона може працювати тільки в космічному просторі. Злітати з Землі і сідати в такому вигляді вона не може ніяк, тут поки що без традиційних хімічних ракет не обійтися.
А навіщо у космосі? Ну злітає людство до Марса та Місяця швидко, і все? Не зовсім так. В даний час всі проекти орбітальних заводів і фабрик, що працюють на орбіті Землі, стопоряться через відсутність сировини для роботи. Немає сенсу будувати щось у космосі доти, доки знайдено спосіб виводити на орбіту велика кількістьнеобхідної сировини, наприклад, металевої руди.
Але навіщо піднімати їх із Землі, якщо можна, навпаки, привезти з космосу. У тому ж поясі астероїдів у Сонячній системі є просто величезні запаси різних металів, у тому числі дорогоцінних. І ось у такому разі створення ядерного буксиру стане просто паличкою-виручалочкою.
Привезти на орбіту величезний платино-або золотовмісний астероїд і почати його обробляти прямо в космосі. За розрахунками фахівців такий видобуток з урахуванням обсягу може виявитися одним із найвигідніших.
А чи менш фантастичне застосування ядерного буксиру? Наприклад, з його допомогою можна розвозити потрібними орбітами супутники або привозити в потрібну точкупростору космічні апарати, наприклад, на місячну орбіту. В даний час для цього використовуються розгінні блоки, наприклад, російський «Фрегат». Вони дорогі, складні та одноразові. Ядерний буксир зможе підхоплювати їх на низькій орбіті навколоземної і доставляти куди необхідно.
Аналогічно та з міжпланетними подорожами. Без швидкого способудоставляти вантажі та людей на орбіту Марса шансів розпочати колонізацію просто немає. Ракети-носії нинішнього покоління робитимуть це дуже дорого та довго. Досі тривалість польоту залишається однією з найсерйозніших проблем при польоті до інших планет. Витримати місяці польоту на Марс і назад у закритій капсулі космічного корабля – завдання не з простих. Ядерний буксир зможе допомогти і тут, значно скоротивши цей час.
В даний час все це виглядає фантастикою, але до тестування прототипу, як стверджують вчені, залишаються лічені роки. Головне, що потрібно, це не лише завершити розробку, а й зберегти в країні потрібний рівень космонавтики. Навіть під час падіння фінансування мають продовжувати злітати ракети, будуватися космічні апарати, працювати найцінніші фахівці.
Інакше один атомний двигун без відповідної інфраструктури справі не допоможе, для максимальної ефективності розробку дуже важливо не просто продати, але використовувати самостійно, показавши всі можливості нового космічного транспортного засобу.
Поки що жителям країни, не зав'язаним на роботі, залишається лише поглядати на небо і сподіватися, що у російської космонавтики все вийде. І ядерний буксир, і збереження сучасних можливостей. В інші наслідки і вірити не хочеться.
Росія була і зараз залишається лідером у галузі ядерної космічної енергетики. Досвід проектування, будівництва, запуску та експлуатації космічних апаратів, оснащених ядерним джерелом електроенергії, мають такі організації, як РКК «Енергія» та «Роскосмос». Ядерний двигун дозволяє експлуатувати літальні апарати багато років, багаторазово підвищуючи їхню практичну придатність.
У той же час доставка дослідницького апарату на орбіти далеких планет Сонячна системапотребує збільшення ресурсу такої ядерної установки до 5-7 років. Доведено, що комплекс з ЯЕРДУ потужністю близько 1 МВт у складі дослідницького КА дозволить забезпечити прискорену доставку за 5-7 років на орбіти штучних супутників найбільш віддалених планет, планетоходів на поверхню природних супутниківцих планет і доставку на Землю грунту з комет, астероїдів, Меркурія та супутників Юпітера та Сатурна.
Одним із найважливіших способів підвищення ефективності транспортних операцій у космосі є багаторазове використання елементів транспортної системи. Ядерний двигун для космічних кораблівпотужністю не менше 500 кВт дозволяє створити багаторазовий буксир і цим значно підвищити ефективність багатоланкової космічної транспортної системи. Особливо корисна така система у програмі забезпечення великих річних вантажопотоків. Прикладом може стати програма освоєння Місяця зі створенням і обслуговуванням бази, що постійно нарощується, і експериментальних технологічних і виробничих комплексів.
Згідно з проектними проробками РКК «Енергія», при будівництві бази на поверхню Місяця повинні доставлятися модулі масою близько 10 т, на орбіту Місяця - до 30 т. Сумарний вантажопотік із Землі при будівництві заселеної місячної базита відвідуваної місячної орбітальної станції оцінюється в 700-800 т, а річний вантажопотік для забезпечення функціонування та розвитку бази - 400-500 т.
Однак принцип роботи ядерного двигуна не дозволяє розігнати транспортника досить швидко. Через тривалий час транспортування і, відповідно, значний час знаходження корисного вантажу в радіаційних поясах Землі не всі вантажі можуть бути доставлені з використанням буксирів з ядерним двигуном. Тому вантажопотік, який може бути забезпечений на основі ЯЕРДУ, оцінюється лише у 100-300 т/рік.
Як критерій економічної ефективності міжорбітальної транспортної системи доцільно використовувати значення питомої вартості транспортування одиниці маси корисного вантажу (ПГ) із Землі на цільову орбіту. РКК «Енергія» була розроблена економіко-математична модель, яка враховує основні складові витрат у транспортній системі:
Вартісні показники залежать від оптимальних параметрівМБ. З використанням цієї моделі було досліджено порівняльну економічну ефективність застосування багаторазового буксиру на основі ЯЕРДУ потужністю близько 1 МВт та одноразового буксира на основі перспективних рідинних у програмі забезпечення доставки із Землі на орбіту Місяця заввишки 100 км корисного вантажу сумарною масою 100 т/рік. При використанні однієї і тієї ж ракети-носія вантажопідйомністю, що дорівнює вантажопідйомності РН «Протон-М», та двопускової схеми побудови транспортної системи питома вартість доставки одиниці маси корисного вантажу за допомогою буксира на основі ядерного двигуна буде втричі нижчою, ніж при використанні одноразових буксирів на основі ракет із рідинними двигунами типу ДМ-3.
Ефективний ядерний двигун для космосу сприяє вирішенню екологічних проблемЗемлі, польоту людини до Марса, створення системи бездротової передачі енергії в космосі, реалізації з підвищеною безпекою поховання в космосі особливо небезпечних наземних радіоактивних відходів атомної енергетики, створення місячної бази і початку промислового освоєння Місяця, забезпечення захисту Землі від астероїдно-кометної небезпеки.
Атомний двигун для космічних ракет- здавалося б, далека мрія письменників-фантастів - була, виявляється, не тільки розроблена в надсекретних конструкторських бюро, а й виготовлений, а потім випробуваний на полігонах. "Це була нетривіальна робота", - каже генеральний конструктор Воронезького федерального державного підприємства "КБ хімавтоматики" Володимир Рачук. У його вустах "нетривіальна робота" означає дуже високу оцінку зробленого.
"КБ хімавтоматики", хоч і має відношення до хімії (виготовляє насоси для відповідних галузей промисловості), насправді є одним з унікальних, провідних у Росії та за кордоном центрів ракетного двигунобудування. Підприємство було створено у Воронезькій області у жовтні 1941 року, коли гітлерівські війська рвалися до Москви. На той час КБ розробляло агрегати для бойової. авіаційної техніки. Однак у п'ятдесяті роки колектив переключився на нову перспективну тематику – рідинні ракетні двигуни (ЖРД). "Вироби" з Воронежа були встановлені на "Сходах", "Сходах", "Союзах", "Блискавках", "Протонах"...
Тут, у "КБ хімавтоматики", створено і найпотужніший у країні однокамерний киснево-водневий космічний "мотор" тягою двісті тонн. Він використовувався як маршовий двигун на другому ступені ракетно-космічного комплексу "Енергія-Буран". Воронезькі ЖРД встановлені на багатьох військових ракетах (наприклад, SS-19, відомих як "Сатана", або SS-N-23, що запускаються з підводних човнів). Загалом було розроблено близько 60 зразків, 30 з яких доведено до серійного виробництва. У цьому ряді наодинці стоїть ядерний ракетний двигун РД-0410, який створювався спільно з багатьма оборонними підприємствами, КБ та НДІ.
Один із основоположників вітчизняної космонавтики Сергій Павлович Корольов розповідав, що про силову атомну установку для ракет мріяв ще з 1945 року. Дуже привабливо було використати могутню енергію атома для підкорення космічного океану. Але в той час у нас і ракет не було. А в середині 50-х радянські розвідники повідомили, що у США повним ходом йдуть дослідження щодо створення ядерного ракетного двигуна (ЯРД). Ця інформація була одразу доведена до вищого керівництва країни. Скоріш за все, з нею був ознайомлений і Корольов. 1956-го в секретній доповідіпро перспективи розвитку ракетної техніки він наголошував, що ядерні двигуни матимуть дуже великі перспективи. Втім, усі розуміли, що реалізація ідеї пов'язана з величезними труднощами. Атомна електростанція, Наприклад, займає багатоповерховий корпус. Завдання полягало в тому, щоб перетворити це велика будівляв компактну установку завбільшки з два письмового столу. 1959 року в Інституті атомної енергії відбулася вельми знаменна зустріч "батька" нашої атомної бомби Ігоря Курчатова, директора Інституту прикладної математики, "головного теоретика космонавтики" Мстислава Келдиша та Сергія Корольова. Світлина "трех К" видатних людей, що прославили країну, стала хрестоматійною. Але мало хто знає, що саме обговорювали вони того дня.
- Курчатов, Корольов і Келдиш вели розмову про конкретні аспекти створення ядерного двигуна, - коментує фотографію провідний конструктор атомного "мотора" Альберт Білогуров, який понад 40 років працює у воронезькому КБ. - Сама ідея на той час уже не здавалася фантастичною. З 57-го, коли у нас з'явилися міжконтинентальні ракети, конструктори Середмаша (міністерства, що займався атомною тематикою) почали займатися попередніми опрацюваннями ядерних двигунів. Після зустрічі "трьох К" ці дослідження набули нового потужного імпульсу.
Атомники працювали пліч-о-пліч з ракетниками. Для ракетного двигуна взяли один із найкомпактніших реакторів. Зовні це порівняно невеликий металевий циліндрдіаметром близько 50 сантиметрів та довжиною приблизно метр. Усередині – 900 тонких трубок, у яких знаходиться "пальне" – уран. Принцип роботи реактора сьогодні відомий і для школярів. Під час ланцюгової реакції розподілу атомних ядер утворюється дуже багато тепла. Потужні насоси прокачують через пекло уранового казана водень, що нагрівається до 3000 градусів. Потім розпечений газ, вириваючись із величезною швидкістю із сопла, створює потужну тягу.
На схемі виглядало добре, але що покажуть випробування? Звичайні стенди для запуску повномасштабного ядерного двигуна не використовуєш – з радіацією жарту погані. Реактор – це, по суті, атомна бомбатільки уповільненої дії, коли енергія виділяється не миттєво, а протягом певного часу. У будь-якому випадку необхідні особливі запобіжні заходи. Випробування реактора вирішили проводити на атомному полігоні в Семипалатинську, а першу частину конструкції (начебто сам двигун) - на стенді в Підмосков'ї.
– У Загорську є чудова база для наземних запусків ракетних двигунів, – пояснює Альберт Білогуров. – Ми виготовили близько 30 зразків для стендових випробувань. Водень спалювали в кисні і потім газ направляли в двигун – на турбіну. Турбонасос перекачував потік, але не в атомний реактор, як за схемою (реактора в Загорську, зрозуміло, не було), а в атмосферу. Усього було проведено 250 випробувань. Програма завершилася повним успіхом. У результаті отримали працездатний двигун, який відповідав усім вимогам. Складніше виявилося організувати випробування ядерного реактора. Для цього необхідно було збудувати спеціальні шахти та інші споруди на Семипалатинському полігоні. Такі масштабні роботи були пов'язані, звісно, з великими фінансовими витратами, а отримати гроші й у той час було непросто.
Проте будівництво на полігоні почалося, хоч і велося, за словами Бєлогурова, "в економному режимі". Не один рік пішов на спорудження двох шахт та службових приміщень під землею. У бетонному бункері, розташованому між шахтами, були чуйні прилади. В іншому бункері, на відстані 800 метрів, - пульт управління. Під час випробувань ядерного реактора перебування людей у першому із названих приміщень було категорично заборонено. У разі аварії стенд перетворився б на потужне джерелорадіації.
Перед експериментальним запуском реактор акуратно опускали у шахту за допомогою встановленого зовні (на поверхні землі) козлового крана. Шахта була з'єднана з видовбаною на глибині 150 метрів у граніті та фанерованою сталлю сферичною ємністю. У такий незвичайний "резервуар" закачували під великим тискомгазоподібний водень (для використання його в рідкому вигляді, що, звичайно, ефективніше, не було грошей). Після запуску реактора водень надходив знизу в котел урановий. Газ розжарювався до 3000 градусів і з гуркотом вогняним струменем виривався із шахти назовні. Сильної радіоактивності в цьому потоці не було, але протягом доби перебувати зовні в радіусі півтора кілометра від місця випробувань не дозволялося. До самої шахти не можна було підходити протягом місяця. Півторакілометровий підземний тунель, захищений від проникнення радіації, вів із безпечної зони спочатку до одного бункеру, а з нього до іншого, що знаходиться біля шахт. Цими своєрідними довжелезними "коридорами" і пересувалися фахівці.
Випробування реактора проводились у 1978-1981 роках. Результати експериментів підтвердили правильність конструктивних рішень. У принципі, ядерний ракетний двигун був створений. Залишалося з'єднати дві частини та провести комплексні випробування ЯРД у зібраному вигляді. Але на це вже грошей не дали. Бо у вісімдесяті роки практичного використання у космосі атомних силових установок не передбачалося. Для старту із Землі вони не годилися, бо навколишня місцевість зазнала б сильного радіаційного забруднення. Ядерні двигуни взагалі призначені лише для роботи у космосі. І то на дуже високих орбітах (600 кілометрів і вище), щоб космічний апарат обертався навколо Землі багато століть. Тому що "період висвічування" ЯРД становить щонайменше 300 років. Власне, аналогічний двигун американці розробляли насамперед для польоту до Марса. Але на початку вісімдесятих керівникам нашої країни було гранично ясно: політ до Червоної планети нам не під силу (як, зрештою, і американцям, вони теж згорнули ці роботи). Однак саме 1981-го у наших конструкторів з'явилися нові перспективні ідеї. Чому б не використовувати ядерний двигун ще й як енергетичну установку? Простіше кажучи, вироблятимемо на ньому в космосі електроенергію. При пілотованому польоті можна за допомогою розсувної штанги відсунути від житлових приміщень, в яких знаходяться космонавти, урановий котел на відстань до 100 метрів. Летітиме далеко від станції. При цьому отримали б дуже потужне джерело такої потрібної на космічних кораблях та станціях енергії. Протягом 15 років воронежці разом із атомниками займалися цими перспективними дослідженнями, проводили випробування на Семипалатинському полігоні. Державного фінансування не було взагалі, і всі роботи велися за рахунок заводських ресурсів та: ентузіазму. Сьогодні ми маємо тут дуже солідний доробок. Питання лише в тому, чи будуть ці розробки потрібні.
– Обов'язково, – впевнено відповідає генеральний конструктор Володимир Рачук. - Сьогодні на космічних станціях, кораблях та супутниках енергію отримують від сонячних батарей. Але на ядерному реакторівироблення електрики набагато дешевше - удвічі, а то й утричі. Крім того, у тіні Землі сонячні батареїне працюють. Значить, потрібні акумулятори, а це помітно збільшує вагу космічного апарату. Звичайно, якщо мова йдепро невелику потужність, скажімо, про 10-15 кіловат, то простіше мати сонячні батареї. Але коли в космосі потрібно 50 кіловат і більше, то без ядерної установки (яка, до речі, служить 10-15 років) на орбітальній станції чи міжпланетному кораблі не обійтися. Зараз на такі замовлення ми, щиро кажучи, не дуже розраховуємо. Але в 2010-2020 роках ядерні двигуни, які одночасно є міні-електростанціями, будуть дуже потрібні.
– Скільки важить така ядерна установка?
- Якщо говорити про двигун РД-0410, то маса його разом з радіаційним захистом та рамою кріплення – дві тонни. А тяга – 3,6 тонни. Виграш очевидний. Для порівняння: "Протони" піднімають на орбіту та 20 тонн. А потужніші ядерні установки, звісно, будуть повагу - можливо, 5-7 тонн. Але в будь-якому разі ядерні ракетні двигуни дозволять виводити на стаціонарну орбіту вантажі, що мають у 2-2,5 рази більшу масу, та забезпечать космічні апарати довготривалою стабільною енергетикою.
Я не став говорити з генеральним конструктором на хвору тему – про те, що на Семипалатинському полігоні (нині це територія іншої держави) залишилося чимало цінного заводського обладнання, яке повернути до Росії поки що не вдалося. Там же, у шахті, знаходиться і один із випробувальних атомних реакторів. Та й козловий кран усе ще стоїть на своєму місці. Тільки випробування ядерного двигуна більше не проводяться: У зібраному вигляді він стоїть зараз у заводському музеї. Чекає свого часу.
Ракетний двигун, робочим тілом в якому служить або якась речовина (напр., водень), що нагрівається за рахунок енергії, що виділяється при ядерній реакції або радіоактивному розпаді, або безпосередньо продукти цих реакцій. Розрізняють… … Великий Енциклопедичний словник
Ракетний двигун, робочим тілом в якому служить або якась речовина (наприклад, водень), що нагрівається за рахунок енергії, що виділяється при ядерній реакції або радіоактивному розпаді, або безпосередньо продукти цих реакцій. Знаходиться в… … Енциклопедичний словник
ядерний ракетний двигун- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma викстан branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas
- (ЯРД) ракетний двигун, у якому тяга створюється рахунок енергії, що виділяється при радіоактивному розпаді чи ядерної реакції. Відповідно типу ядерної реакції, що відбувається в ЯРД, виділяють Радіоізотопний ракетний двигун,… …
- (ЯРД) ракетний двигун, крім джерелом енергії є ядерне паливо. У ЯРД з ядерним реак. тором теплота, що виділяється в результаті ланцюгової ядерної реакції, повідомляється робочого тіла (напр., водню). Активна зона ядерного реактора.
Цю статтю слід вікіфікувати. Будь ласка, оформіть її згідно з правилами оформлення статей. Ядерний ракетний двигун на гомогенному розчині солей ядерного палива (англ. … Вікіпедія
Ядерний ракетний двигун (ЯРД) – різновид ракетного двигуна, який використовує енергію поділу або синтезу ядер для створення реактивної тяги. Бувають власне реактивними (нагрів робочого тіла в ядерному реакторі та виведення газу через… … Вікіпедія
Реактивний двигун, джерело енергії та робоче тіло якого знаходиться у самому засобі пересування. Ракетний двигун єдиний практично освоєний для виведення корисного навантаження на орбіту штучного супутника Землі та застосування в … Вікіпедія
- (РД) Реактивний двигун, який використовує для своєї роботи тільки речовини та джерела енергії, що є в запасі на апараті, що переміщається (літальному, наземному, підводному). Т. о., на відміну від повітряно реактивних двигунів. Велика Радянська Енциклопедія
Ізотопний ракетний двигун, ядерний ракетний двигун, що використовує енергію розпаду радіоактивних ізотопів хім. елементів. Ця енергія служить для нагрівання робочого тіла, або робочим тілом є самі продукти розпаду, що утворюють… … Великий енциклопедичний політехнічний словник
