Branduoliniai varikliai erdvėlaiviams. Sparnosios raketos su atomine elektrine charakteristikos. Gyvenimas ar mirtis. Galutinis pasirinkimas

© Oksana Viktorova/Koliažas/Ridus

Vladimiro Putino pasisakymas Federalinėje Asamblėjoje apie branduoliniu varikliu varomos sparnuotosios raketos buvimą Rusijoje sukėlė jaudulio audrą visuomenėje ir žiniasklaidoje. Tuo pačiu metu tiek plačiajai visuomenei, tiek specialistams dar visai neseniai buvo gana mažai žinoma, kas yra toks variklis ir jo panaudojimo galimybės.

Reedus bandė išsiaiškinti, apie kokį techninį įrenginį prezidentas galėtų kalbėti ir kuo jis buvo išskirtinis.

Atsižvelgiant į tai, kad pristatymas Manieže buvo skirtas ne technikos specialistų auditorijai, o „plačiajai“ visuomenei, jo autoriai galėjo leisti tam tikrą sąvokų pakaitalą, instituto direktoriaus pavaduotojas neatmeta. branduolinė fizika ir Nacionalinio branduolinių tyrimų universiteto MEPhI technologijos Georgijus Tikhomirovas.

„Tai, ką sakė ir parodė prezidentas, ekspertai vadina kompaktinėmis elektrinėmis, su kuriomis iš pradžių buvo eksperimentuojami aviacijos, o vėliau – giluminio kosmoso tyrinėjimai. Tai buvo bandymai išspręsti neišsprendžiamą pakankamo degalų tiekimo problemą skrendant neribotais atstumais. Šia prasme pateikimas visiškai teisingas: tokio variklio buvimas užtikrina energijos tiekimą raketos ar bet kokio kito įrenginio sistemoms neribotam laikui“, – „Reedus“ sakė jis.

Darbas su tokiu varikliu SSRS pradėtas lygiai prieš 60 metų, vadovaujant akademikams M. Keldyšui, I. Kurchatovui ir S. Korolevui. Tais pačiais metais panašus darbas buvo atliktas ir JAV, tačiau 1965 metais buvo nutrauktas. SSRS darbas tęsėsi dar apie dešimtmetį, kol jis taip pat buvo laikomas nereikšmingu. Galbūt todėl Vašingtonas per daug nereagavo, sakydamas, kad Rusijos raketos pristatymas jų nenustebino.

Rusijoje idėja branduolinis variklis niekada nemirė – ypač nuo 2009 m., praktinis tokios instaliacijos kūrimas vyksta. Sprendžiant iš laiko, prezidento paskelbti bandymai puikiai tinka šiam bendram „Roscosmos“ ir „Rosatom“ projektui – kadangi kūrėjai planavo atlikti variklio lauko bandymus 2018 m. Galbūt dėl ​​politinių priežasčių jie šiek tiek pasistūmėjo ir terminus perkėlė „į kairę“.

„Technologiškai jis suprojektuotas taip, kad atominis blokas šildytų dujinį aušinimo skystį. Šios įkaitusios dujos arba sukasi turbiną, arba tiesiogiai sukuria srovės trauką. Tam tikras gudrumas pristatant raketą, kurį girdėjome, yra tai, kad jos skrydžio nuotolis nėra begalinis: jį riboja darbinio skysčio – skystųjų dujų, kurias fiziškai galima pumpuoti į raketos bakus, tūris“, – sako specialistas.

Tuo pačiu metu, kosminė raketa ir sparnuotosios raketos turi iš esmės skirtingas skrydžio valdymo schemas, nes turi skirtingas užduotis. Pirmasis skrenda beorėje erdvėje, jam nereikia manevruoti – užtenka duoti pradinį impulsą, o tada jis juda apskaičiuota balistine trajektorija.

Kita vertus, sparnuotoji raketa turi nuolat keisti savo trajektoriją, o tam turi turėti pakankamai degalų, kad sukurtų impulsus. Ar šį kurą uždegs atominė elektrinė, ar tradicinė, šiuo atveju nėra svarbu. Svarbu tik šio kuro tiekimas, – pabrėžia M. Tichomirovas.

„Branduolinio įrenginio prasmė skrendant į gilųjį kosmosą yra energijos šaltinio buvimas laive, kuris neribotą laiką maitina įrenginio sistemas. Tuo pačiu gali būti ne tik branduolinis reaktorius, bet ir radioizotopas termoelektriniai generatoriai. Bet tokios instaliacijos prasmė ant raketos, kurios skrydis truks ne ilgiau kaip kelias dešimtis minučių, man dar nėra iki galo aiški“, – prisipažįsta fizikas.

„Manege“ ataskaita pavėluota tik kelias savaites, palyginti su NASA vasario 15 d. pranešimu, kad amerikiečiai atnaujina branduolinio raketinio variklio, kurį apleido prieš pusę amžiaus, tyrimus.

Beje, 2017 metų lapkritį Kinijos aviacijos ir kosmoso mokslo ir technologijų korporacija (CASC) paskelbė, kad iki 2045 metų Kinijoje bus sukurtas branduoliniu varikliu varomas erdvėlaivis. Todėl šiandien galime drąsiai teigti, kad prasidėjo pasaulinės branduolinės jėgos lenktynės.

Saugus naudojimo būdas atominė energija kosmose buvo išrastas SSRS, o dabar vyksta darbas kuriant branduolinį įrenginį pagal jį, sakė jis generalinis direktorius Rusijos Federacijos valstybinis mokslo centras „Keldyšo vardo tyrimų centras“, akademikas Anatolijus Korotejevas.

„Dabar institutas aktyviai dirba šia kryptimi, bendradarbiaudamas tarp Roscosmos ir Rosatom įmonių. Ir tikiuosi, kad laiku sulauksime teigiamo efekto“, – antradienį Maskvos valstybiniame Baumano technikos universitete kasmetiniuose „Karališkuosiuose skaitymuose“ sakė A. Korotejevas.

Pasak jo, Keldyšo centras išrado saugaus branduolinės energijos naudojimo kosmose schemą, kuri leidžia apsieiti be emisijų ir veikia uždaroje grandinėje, todėl įrenginys yra saugus net sugedus ir nukritus į Žemę. .

„Ši schema labai sumažina branduolinės energijos naudojimo riziką, ypač turint omenyje, kad vienas iš esminių punktų yra šios sistemos veikimas orbitose virš 800-1000 km. Tada gedimo atveju „mirksėjimo“ laikas yra toks, kad šiems elementams po ilgo laiko būtų saugu grįžti į Žemę“, – patikslino mokslininkas.

A. Korotejevas pasakojo, kad anksčiau SSRS jau naudojo branduoline energija varomus erdvėlaivius, tačiau jie buvo potencialiai pavojingi Žemei, todėl vėliau teko jų atsisakyti. „SSRS naudojo branduolinę energiją kosmose. Kosmose buvo 34 erdvėlaiviai su branduoline energija, iš jų 32 sovietiniai ir du amerikietiški“, – prisiminė akademikas.

Anot jo, Rusijoje kuriamas branduolinis įrenginys bus lengvesnis panaudojus berėmę aušinimo sistemą, kurioje branduolinio reaktoriaus aušinimo skystis cirkuliuos tiesiai kosmose be vamzdynų sistemos.

Tačiau dar septintojo dešimtmečio pradžioje dizaineriai branduolinius raketų variklius laikė vienintele realia alternatyva keliaujant į kitas Saulės sistemos planetas. Išsiaiškinkime šio klausimo istoriją.

Konkurencija tarp SSRS ir JAV, taip pat ir kosmose, tuo metu buvo įsibėgėjusi, inžinieriai ir mokslininkai stojo į lenktynes ​​dėl branduolinių varomųjų variklių kūrimo, o kariškiai iš pradžių rėmė ir branduolinių raketų variklių projektą. Iš pradžių užduotis atrodė labai paprasta – tereikia pagaminti reaktorių, skirtą aušinti vandeniliu, o ne vandeniu, pritvirtinti prie jo antgalį ir – pirmyn į Marsą! Amerikiečiai keliavo į Marsą praėjus dešimčiai metų po Mėnulio ir net negalėjo įsivaizduoti, kad astronautai kada nors jį pasieks be branduolinių variklių.

Amerikiečiai labai greitai sukonstravo pirmąjį reaktoriaus prototipą ir jau 1959 metų liepą jį išbandė (jie vadinosi KIWI-A). Šie bandymai tik parodė, kad reaktorius gali būti naudojamas vandeniliui šildyti. Reaktoriaus konstrukcija – su neapsaugotu urano oksido kuru – nebuvo tinkama aukštai temperatūrai, o vandenilis įkaisdavo tik iki pusantro tūkstančio laipsnių.

Įgijus patirties, branduolinių raketų variklių – NRE – reaktorių projektavimas tapo sudėtingesnis. Urano oksidas buvo pakeistas karščiui atsparesniu karbidu, papildomai padengtas niobio karbidu, tačiau bandant pasiekti projektinę temperatūrą reaktorius pradėjo griūti. Be to, net ir nesant makroskopinio sunaikinimo, urano kuro difuzija į aušinimo vandenilį įvyko ir masės praradimas pasiekė 20% per penkias valandas po reaktoriaus veikimo. Niekada nebuvo rasta medžiaga, galinti veikti 2700–3000 0 C temperatūroje ir atspari sunaikinimui karštu vandeniliu.

Todėl amerikiečiai nusprendė paaukoti efektyvumą ir į skrydžio variklio konstrukciją įtraukė specifinį impulsą (jėgos trauka kilogramais, pasiekiama kas sekundę išleidžiant vieną kilogramą darbinio skysčio masės; matavimo vienetas yra sekundė). 860 sekundžių. Tai buvo du kartus daugiau nei to meto deguonies-vandenilio variklių skaičius. Tačiau kai amerikiečiams pradėjo sektis, susidomėjimas pilotuojamais skrydžiais jau sumažėjo, „Apollo“ programa buvo apribota, o 1973 m. NERVA projektas (toks buvo pilotuojamos ekspedicijos į Marsą variklio pavadinimas) pagaliau buvo uždarytas. Mėnulio lenktynes ​​laimėję amerikiečiai nenorėjo organizuoti Marso lenktynių.

Tačiau iš dešimčių pastatytų reaktorių ir atliktų bandymų išmokta pamoka, kad amerikiečių inžinieriai per daug įsitraukė į viso masto branduolinius bandymus, užuot kūrę pagrindinius elementus nenaudodami branduolinės technologijos, kur to būtų galima išvengti. O kur nėra galimybės, naudokite mažesnius stovus. Amerikiečiai beveik visus reaktorius veikė visu pajėgumu, tačiau nesugebėjo pasiekti projektinės vandenilio temperatūros – reaktorius pradėjo griūti anksčiau. Iš viso 1955–1972 metais branduolinių raketų variklių programai buvo išleista 1,4 milijardo dolerių – maždaug 5% Mėnulio programos išlaidų.

Taip pat JAV buvo išrastas Orion projektas, kuris apjungė abi branduolinės varomosios sistemos versijas (reaktyvinį ir impulsinį). Tai buvo padaryta taip: iš laivo uodegos buvo išmesti nedideli branduoliniai užtaisai, kurių talpa apie 100 tonų trotilo. Po jų buvo iššauti metaliniai diskai. Per atstumą nuo laivo užtaisas buvo susprogdintas, diskas išgaravo, o medžiaga pasklido įvairiomis kryptimis. Dalis jo įkrito į sustiprintą laivo uodegos dalį ir pajudėjo į priekį. Nedidelį traukos padidėjimą turėjo užtikrinti smūgius atliekančios plokštės išgaravimas. Tokio skrydžio vieneto kaina tada turėjo būti tik 150 dolerių vienam naudingo krovinio kilogramui.

Tai netgi pasiekė išbandymo tašką: patirtis parodė, kad judėjimas nuoseklių impulsų pagalba yra įmanomas, kaip ir pakankamai tvirtos laivagalio plokštės sukūrimas. Tačiau „Orion“ projektas 1965 m. buvo uždarytas kaip neperspektyvus. Tačiau tai kol kas yra vienintelė egzistuojanti koncepcija, leidžianti vykdyti ekspedicijas bent jau visoje Saulės sistemoje.

Septintojo dešimtmečio pirmoje pusėje sovietų inžinieriai ekspediciją į Marsą vertino kaip logišką tuo metu sukurtos pilotuojamo skrydžio į Mėnulį programos tęsinį. Kilus jauduliui, kurį sukėlė SSRS prioritetas kosmose, net ir tokios itin sudėtingos problemos buvo vertinamos su padidintu optimizmu.

Viena iš svarbiausių problemų buvo (ir išlieka iki šių dienų) maitinimo problema. Buvo aišku, kad skysto kuro raketų varikliai, net ir perspektyvūs deguonies-vandenilio varikliai, iš principo gali užtikrinti pilotuojamą skrydį į Marsą, tada tik su didžiulėmis tarpplanetinio komplekso paleidimo masėmis ir daugybe atskirų blokų jungčių. surinkimo žemos Žemės orbita.

Ieškodami optimalių sprendimų, mokslininkai ir inžinieriai pasuko į branduolinę energetiką, palaipsniui atidžiau žvelgdami į šią problemą.

SSRS branduolinės energijos panaudojimo raketų ir kosmoso technologijose problemų tyrimai buvo pradėti šeštojo dešimtmečio antroje pusėje, dar prieš paleidžiant pirmuosius palydovus. Keliuose tyrimų institutuose susikūrė nedidelės entuziastų grupės, kurių tikslas buvo sukurti raketų ir kosmoso branduolinius variklius bei elektrines.

OKB-11 dizaineriai S.P. Korolevas kartu su NII-12 specialistais, vadovaujamais V.Ya Likhushin, apsvarstė keletą kosminių ir kovinių (!) raketų su branduoliniais raketų varikliais (NRE). Kaip darbinis skystis buvo įvertintas vanduo ir suskystintos dujos – vandenilis, amoniakas ir metanas.

Perspektyva buvo daug žadanti; pamažu darbas rado supratimą ir finansinę paramą SSRS vyriausybėje.

Jau pati pirmoji analizė parodė, kad iš daugelio galimų kosminių branduolinės energijos varymo sistemų (NPS) schemų trys turi didžiausią perspektyvą:

• su kietosios fazės branduoliniu reaktoriumi;
• su dujinės fazės branduoliniu reaktoriumi;
• elektroninių branduolinių raketų varymo sistemos.

Schemos buvo iš esmės skirtingos; Kiekvienam iš jų buvo numatytos kelios teorinio ir eksperimentinio darbo kūrimo galimybės.

Arčiausiai įgyvendinimo atrodė kietosios fazės branduolinis variklis. Impulsą plėtoti darbą šia kryptimi suteikė panašūs įvykiai, vykdomi JAV nuo 1955 m. pagal ROVER programą, taip pat perspektyvos (kaip tada atrodė) sukurti vietinį tarpžemyninį pilotuojamą bombonešį su branduoliniu varikliu. sistema.

Kietosios fazės branduolinis variklis veikia kaip tiesioginio srauto variklis. Skystas vandenilis patenka į purkštuko dalį, atvėsina reaktoriaus indą, kuro rinkles (FA), moderatorių, o po to apsisuka ir patenka į FA vidų, kur įkaista iki 3000 K ir išmetamas į purkštuką, įsibėgėdamas iki didelio greičio.

Branduolinės varomosios sistemos veikimo principai nekėlė abejonių. Tačiau jo konstrukcija (ir charakteristikos) daugiausia priklausė nuo variklio „širdies“ – branduolinio reaktoriaus ir pirmiausia buvo nulemta jo „užpildymo“ – šerdies.

Pirmųjų amerikietiškų (ir sovietinių) branduolinių varomųjų variklių kūrėjai pasisakė už homogeninį reaktorių su grafito šerdimi. 1958 m. NII-93 laboratorijoje Nr. 21 (vadovas G. A. Meerson) (direktorius A. A. Bochvaras) (direktorius A. A. Bochvaras) vyko naujų aukštos temperatūros degalų tipų paieškos grupės darbas. Paveikta tuo metu vykstančio orlaivio reaktoriaus (berilio oksido korio) darbo, grupė bandė (vėl žvalgybiniais) gauti oksidacijai atsparių medžiagų silicio ir cirkonio karbido pagrindu.

Pagal atsiminimus R.B. Kotelnikovas, NII-9 darbuotojas, 1958 metų pavasarį, laboratorijos Nr.21 vedėjas susitiko su NII-1 atstovu V.N. Jis sakė, kad kaip pagrindinė medžiaga reaktoriaus kuro elementams (kuro strypams) jų institute (beje, tuo metu vadovavo raketų pramonei; instituto vadovas V. Ya. Likhushin, mokslo direktorius M. V. Keldysh, laboratorijos vedėjas V.M.Ievlev) naudoja grafitą. Visų pirma, jie jau išmoko padengti mėginius, kad apsaugotų juos nuo vandenilio. NII-9 pasiūlė apsvarstyti galimybę naudoti UC-ZrC karbidus kaip kuro elementų pagrindą.

Po trumpo laiko atsirado kitas kuro strypų klientas - M.M.Bondaryuk dizaino biuras, kuris ideologiškai konkuravo su NII-1. Jei pastarasis reiškė kelių kanalų visų blokų dizainą, tai M.M. Bondaryuk projektavimo biuras pasirinko sulankstomą plokščių versiją, daugiausia dėmesio skiriant grafito apdirbimo paprastumui ir nesigėdydamas dėl dalių sudėtingumo - milimetro storio. plokštelės su tais pačiais šonkauliais. Karbidus apdirbti daug sunkiau; tuo metu iš jų nebuvo įmanoma pagaminti tokių dalių, kaip kelių kanalų blokai ir plokštės. Tapo aišku, kad reikia sukurti kažkokį kitą dizainą, kuris atitiktų karbidų specifiką.

1959 metų pabaigoje – 1960 metų pradžioje buvo rasta lemiama NRE kuro strypų sąlyga – strypinio tipo šerdis, tenkinanti užsakovus – Likhushin tyrimų institutą ir Bondaryuk projektavimo biurą. Heterogeninio reaktoriaus ant šiluminių neutronų projektavimas jiems buvo pateisinamas kaip pagrindinis; pagrindiniai jo pranašumai (palyginti su alternatyviu homogeniniu grafito reaktoriumi) yra šie:

• galima naudoti žemos temperatūros vandenilio turintį moderatorių, kuris leidžia sukurti didelio masės tobulumo branduolinius varomuosius variklius;
• naujos kartos varikliams ir branduolinėms sistemoms galima sukurti nedidelio dydžio branduolinio varomojo variklio prototipą, kurio trauka apie 30...50 kN su dideliu tęstinumu;
• galima plačiai naudoti ugniai atsparius karbidus kuro strypuose ir kitose reaktoriaus konstrukcijos dalyse, o tai leidžia maksimaliai padidinti darbinio skysčio šildymo temperatūrą ir padidinti specifinį impulsą;
• galima autonomiškai, elementas po elemento išbandyti pagrindinius branduolinės varomosios sistemos (AE) komponentus ir sistemas, tokias kaip kuro rinklės, moderatorius, reflektorius, turbosiurblio blokas (TPU), valdymo sistema, purkštukas ir kt.; tai leidžia lygiagrečiai atlikti bandymus, sumažinant brangių kompleksinių visos elektrinės bandymų kiekį.

Maždaug 1962–1963 m Branduolinio varymo problemos sprendimui vadovavo NII-1, turintis galingą eksperimentinę bazę ir puikų personalą. Jiems trūko tik urano technologijos, taip pat branduolinių mokslininkų. Dalyvaujant NII-9, o vėliau ir IPPE, buvo suformuotas bendradarbiavimas, kurio ideologija buvo sukurti minimalią trauką (apie 3,6 tf), bet „tikrą“ vasaros variklį su „tiesiu“ reaktoriumi IR- 100 (bandymas arba tyrimas, 100 MW, vyriausiasis dizaineris – Yu.A. Treskin). NII-1, remiami vyriausybės reglamentų, pastatyti elektriniai lankiniai stovai, kurie nepaliaujamai stebino vaizduotę - dešimtys 6-8 m aukščio cilindrų, didžiulės horizontalios kameros, kurių galia viršija 80 kW, šarvuoti stiklai dėžėse. Susitikimo dalyvius įkvėpė spalvingi plakatai su skrydžių planais į Mėnulį, Marsą ir kt. Buvo manoma, kad kuriant ir bandant branduolinį varomąjį variklį bus išspręsti projektavimo, technologiniai ir fiziniai klausimai.

Anot R. Kotelnikovo, reikalą, deja, apsunkino ne itin aiški raketų mokslininkų pozicija. Bendrosios inžinerijos ministerija (BM) turėjo didelių sunkumų finansuodama bandymų programą ir bandymų stendo bazės statybą. Atrodė, kad TMO neturi noro ar galimybių plėtoti NRD programą.

Iki septintojo dešimtmečio pabaigos NII-1 konkurentų – IAE, PNITI ir NII-8 – parama buvo daug rimtesnė. Vidutinės inžinerijos ministerija („branduoliniai mokslininkai“) aktyviai rėmė jų plėtrą; IVG „kilpinis“ reaktorius (su šerdimi ir strypo tipo centrinio kanalo mazgais, sukurtais NII-9) galiausiai išpopuliarėjo iki aštuntojo dešimtmečio pradžios; ten prasidėjo kuro rinklių bandymai.

Dabar, praėjus 30 metų, atrodo, kad IAE linija buvo teisingesnė: pirmiausia - patikima „žemiška“ kilpa - kuro strypų ir mazgų bandymai, o tada reikiamos galios branduolinio varymo variklio sukūrimas. Bet tada atrodė, kad galima labai greitai pagaminti tikrą variklį, nors ir nedidelį... Tačiau kadangi gyvenimas parodė, kad objektyvaus (ar net subjektyvaus) poreikio tokiam varikliui nebuvo (į tai galime ir pridurti, kad neigiamų šios krypties aspektų, pavyzdžiui, tarptautinių susitarimų dėl branduoliniai prietaisai erdvėje, iš pradžių buvo labai neįvertinta), vėliau pagrindinė programa, kurios tikslai nebuvo siauri ir konkretūs, pasirodė atitinkamai teisingesnė ir produktyvesnė.

1965 m. liepos 1 d. buvo peržiūrėtas preliminarus reaktoriaus IR-20-100 projektas. Kulminacija buvo IR-100 kuro rinklių techninio projekto išleidimas (1967 m.), kurį sudaro 100 strypų (UC-ZrC-NbC ir UC-ZrC-C įleidimo sekcijoms ir UC-ZrC-NbC išleidimo angai). . NII-9 buvo pasirengęs gaminti didelę pagrindinių elementų partiją būsimam IR-100 branduoliui. Projektas buvo labai progresyvus: po maždaug 10 metų praktiškai be didelių pakeitimų jis buvo naudojamas 11B91 aparato zonoje, o ir dabar visi pagrindiniai sprendimai yra išsaugoti panašių kitos paskirties reaktorių mazguose, su visiškai kitoks skaičiavimo ir eksperimentinio pagrindimo laipsnis.

Pirmojo vidaus branduolinio RD-0410 „raketos“ dalis buvo sukurta Voronežo cheminės automatikos projektavimo biure (KBHA), o „reaktoriaus“ dalis (neutroninis reaktorius ir radiacinės saugos problemos) - Fizikos ir energetikos institute (Obninskas). ) ir Kurchatovo atominės energijos institutas.

KBHA yra žinoma dėl savo darbo balistinių raketų, erdvėlaivių ir raketų paleidimo raketų skystojo kuro variklių srityje. Čia buvo sukurta apie 60 pavyzdžių, iš kurių 30 buvo pristatyti į masinę gamybą. Iki 1986 m. KBHA sukūrė galingiausią šalyje vienos kameros deguonies-vandenilio variklį RD-0120 su 200 tf trauka, kuris buvo naudojamas kaip varomasis variklis antrajame Energia-Buran komplekso etape. Branduolinis RD-0410 buvo sukurtas kartu su daugeliu gynybos įmonių, projektavimo biurų ir tyrimų institutų.

Pagal priimtą koncepciją skystas vandenilis ir heksanas (slopinantis priedas, mažinantis karbidų hidrinimą ir pailginantis kuro elementų tarnavimo laiką) buvo tiekiami naudojant TNA į heterogeninį terminį neutroninį reaktorių su kuro rinklėmis, apsuptomis cirkonio hidrido reguliatoriumi. Jų apvalkalai buvo aušinami vandeniliu. Atšvaitas turėjo pavaras sugėrimo elementams (boro karbido cilindrams) sukti. Siurblyje buvo trijų pakopų išcentrinis siurblys ir vienos pakopos ašinė turbina.

Per penkerius metus, nuo 1966 iki 1971 m., buvo sukurti reaktoriaus-variklio technologijos pagrindai, o po kelerių metų pradėta eksploatuoti galinga eksperimentinė bazė, pavadinta „ekspedicija Nr. 10“, vėliau NPO eksperimentinė ekspedicija „Luch“ Semipalatinsko branduolinių bandymų poligonas.
Bandymų metu buvo susidurta su ypatingais sunkumais. Dėl radiacijos buvo neįmanoma naudoti įprastų stovų viso dydžio branduolinės raketos varikliui paleisti. Nuspręsta išbandyti reaktorių Semipalatinsko branduolinių bandymų aikštelėje, o „raketos dalį“ – NIIkhimmash (Zagorskas, dabar Sergiev Posad).

Norint ištirti kameros viduje vykstančius procesus, buvo atlikta daugiau nei 250 bandymų su 30 „šaltų variklių“ (be reaktoriaus). Deguonies-vandenilio raketinio variklio 11D56 degimo kamera, kurią sukūrė KBKhimmash (vyriausiasis dizaineris - A.M. Isaev), buvo naudojama kaip pavyzdinis kaitinimo elementas. Maksimalus veikimo laikas buvo 13 tūkstančių sekundžių, o deklaruotas 3600 sekundžių išteklius.

Reaktoriui išbandyti Semipalatinsko poligone buvo pastatytos dvi specialios šachtos su požeminėmis aptarnavimo patalpomis. Viena iš šachtų buvo prijungta prie požeminio rezervuaro suslėgtoms vandenilio dujoms. Skysto vandenilio naudojimo buvo atsisakyta dėl finansinių priežasčių.

1976 m. buvo atliktas pirmasis IVG-1 reaktoriaus paleidimas. Tuo pačiu metu OE buvo sukurtas stendas, skirtas išbandyti „varomąją“ IR-100 reaktoriaus versiją, o po kelerių metų jis buvo išbandytas skirtingomis galiomis (vienas iš IR-100 vėliau buvo paverstas žemu - energetikos medžiagų mokslo tyrimų reaktorius, kuris veikia ir šiandien).

Prieš eksperimentinį paleidimą reaktorius buvo nuleistas į šachtą, naudojant ant paviršiaus montuojamą ožinį kraną. Paleidus reaktorių, vandenilis iš apačios pateko į „katilą“, įkaito iki 3000 K ir ugnine srove išsiveržė iš šachtos. Nepaisant nežymaus išsiveržiančių dujų radioaktyvumo, dieną pusantro kilometro spinduliu nuo bandymų aikštelės nebuvo leidžiama būti lauke. Mėnesį buvo neįmanoma prieiti prie pačios kasyklos. Pusantro kilometro ilgio požeminis tunelis iš saugios zonos vedė pirmiausia į vieną bunkerį, o iš jo į kitą, esantį šalia kasyklų. Specialistai judėjo šiais unikaliais „koridoriais“.

Ievlevas Vitalijus Michailovičius

1978–1981 metais su reaktoriumi atliktų eksperimentų rezultatai patvirtino projektinių sprendinių teisingumą. Iš esmės KIEMAS buvo sukurtas. Liko tik sujungti dvi dalis ir atlikti išsamius testus.

Apie 1985 m. RD-0410 (pagal kitokią žymėjimo sistemą 11B91) galėjo atlikti pirmąjį skrydį į kosmosą. Tačiau tam reikėjo sukurti greitintuvą, pagrįstą juo. Deja, šis darbas nebuvo užsakytas jokiam erdvės projektavimo biurui ir tam yra daug priežasčių. Pagrindinė yra vadinamoji perestroika. Neprotingi žingsniai privedė prie to, kad visa kosmoso pramonė akimirksniu atsidūrė „gėdoje“, o 1988 m. SSRS (tuomet SSRS dar egzistavo) branduolinio varymo darbai buvo sustabdyti. Taip atsitiko ne dėl techninių problemų, o dėl trumpalaikių ideologinių sumetimų. O 1990 metais mirė ideologinis branduolinių raketų variklių programų įkvėpėjas SSRS Vitalijus Michailovičius Ievlevas...

Kokių didelių laimėjimų pasiekė kūrėjai kurdami „A“ branduolinės energijos varymo sistemą?

IVG-1 reaktoriuje buvo atlikta daugiau nei pustrečios pilnos apimties bandymų ir gauti šie rezultatai: maksimali vandenilio temperatūra - 3100 K, specifinis impulsas - 925 sek., savitasis šilumos išsiskyrimas iki 10 MW/l. , bendras resursas daugiau nei 4000 sek. su 10 reaktoriaus paleidimų iš eilės. Šie rezultatai gerokai viršija Amerikos pasiekimus grafito zonose.

Pažymėtina, kad per visą NRE bandymų laikotarpį, nepaisant atvirų išmetamųjų dujų, radioaktyviųjų dalijimosi fragmentų išeiga nei bandymų aikštelėje, nei už jos ribų neviršijo leistinų normų ir nebuvo registruota kaimyninių valstybių teritorijoje.

Svarbiausias darbo rezultatas – buitinės tokių reaktorių technologijos sukūrimas, naujų ugniai atsparių medžiagų gamyba, o reaktoriaus-variklio sukūrimo faktas sukėlė nemažai naujų projektų ir idėjų.

Nors tolimesnis vystymas tokie atominiai varikliai buvo sustabdyti, gauti pasiekimai unikalūs ne tik mūsų šalyje, bet ir pasaulyje. Tai buvo ne kartą patvirtinta m pastaraisiais metais tarptautiniuose kosmoso energetikos simpoziumuose, taip pat šalies ir Amerikos specialistų susitikimuose (pastarajame buvo pripažinta, kad IVG reaktoriaus stendas yra vienintelis šiandien pasaulyje veikiantis bandymų aparatas, galintis žaisti svarbus vaidmuo kuro rinklių ir atominių elektrinių eksperimentiniuose bandymuose).

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

Originalus straipsnis yra svetainėje InfoGlaz.rf Nuoroda į straipsnį, iš kurio buvo padaryta ši kopija -

Raketos variklis, kuriame darbinis skystis yra arba medžiaga (pavyzdžiui, vandenilis), kaitinama energijos, išsiskiriančios branduolinės reakcijos ar radioaktyvaus skilimo metu, arba tiesiogiai šių reakcijų produktai. Išskirti... ... Didysis enciklopedinis žodynas

Raketos variklis, kuriame darbinis skystis yra arba medžiaga (pavyzdžiui, vandenilis), kaitinama energijos, išsiskiriančios branduolinės reakcijos ar radioaktyvaus skilimo metu, arba tiesiogiai šių reakcijų produktai. Yra… … enciklopedinis žodynas

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

- (KIEMAS) raketinis variklis, kuriame trauka susidaro dėl radioaktyvaus skilimo arba branduolinės reakcijos metu išsiskiriančios energijos. Pagal branduolinės reakcijos, vykstančios branduoliniame variklyje, tipą, išskiriamas radioizotopinis raketinis variklis... ...

- (YRD) raketinis variklis, kuriame energijos šaltinis yra branduolinis kuras. Branduoliniame variklyje su branduoliniu reaktoriumi. Dėl branduolinės grandininės reakcijos išsiskirianti toro šiluma perkeliama į darbinį skystį (pavyzdžiui, vandenilį). Branduolinio reaktoriaus aktyvioji zona......

Šis straipsnis turėtų būti wikifikuotas. Formatuokite jį pagal straipsnio formatavimo taisykles. Branduolinis raketinis variklis, naudojant homogeninį branduolinio kuro druskų tirpalą (angliškai... Wikipedia

Branduolinis raketinis variklis (NRE) yra raketų variklio tipas, kuris naudoja branduolių dalijimosi arba sintezės energiją reaktyvinei traukai sukurti. Jie iš tikrųjų yra reaktyvūs (kaitina darbinį skystį branduoliniame reaktoriuje ir išleidžia dujas per... ... Wikipedia

Reaktyvinis variklis, kurio energijos šaltinis ir darbinis skystis yra pačioje transporto priemonėje. Raketos variklis yra vienintelis praktiškai įvaldytas kroviniui paleisti į dirbtinio Žemės palydovo orbitą ir naudoti ... ... Vikipedija

- (RD) Reaktyvinis variklis, kuris savo veikimui naudoja tik judančioje transporto priemonėje (orlaivyje, žemėje, po vandeniu) turimas atsargas medžiagas ir energijos šaltinius. Taigi, skirtingai nuo oro reaktyvinių variklių (žr.... Didžioji sovietinė enciklopedija

Izotopinis raketinis variklis, branduolinis raketinis variklis, kuris naudoja cheminių medžiagų radioaktyviųjų izotopų skilimo energiją. elementai. Ši energija skirta darbiniam skysčiui šildyti arba darbinis skystis yra patys skilimo produktai, susidarantys... ... Didysis enciklopedinis politechnikos žodynas

Praėjusių metų pabaigoje Rusijos strateginių raketų pajėgos išbandė visiškai naują ginklą, kurio egzistavimas anksčiau buvo laikomas neįmanomu. Branduolinė sparnuotoji raketa, kurią kariniai ekspertai vadina 9M730, yra būtent naujas ginklas, apie kurį prezidentas Putinas kalbėjo savo kreipimesi į Federalinę asamblėją. Teigiama, kad raketos bandymas buvo atliktas Novaja Zemljos poligone, maždaug 2017 metų rudens pabaigoje, tačiau tikslūs duomenys greitai nebus išslaptinti. Manoma, kad raketų kūrėjas taip pat yra Novator Experimental Design Bureau (Jekaterinburgas). Kompetentingų šaltinių teigimu, raketa į taikinį pataikė įprastu režimu ir bandymai buvo laikomi visiškai sėkmingais. Be to, tariamos naujos raketos su atomine elektrine paleidimo (aukščiau) nuotraukos ir net netiesioginis patvirtinimas, susijęs su buvimu numatytu bandymo metu netoli skrendančio Il-976 LII Gromov bandymų aikštelės. laboratorija“ su „Rosatom“ ženklais pasirodė žiniasklaidoje. Tačiau iškilo dar daugiau klausimų. Ar deklaruojamas raketos gebėjimas skristi neribotu nuotoliu yra realus ir kaip jis pasiekiamas?

Sparnosios raketos su atomine elektrine charakteristikos

Iškart po Vladimiro Putino kalbos žiniasklaidoje pasirodžiusios sparnuotosios raketos su branduoliniais ginklais charakteristikos gali skirtis nuo realių, kurios bus žinomos vėliau. Iki šiol buvo paskelbti šie duomenys apie raketos dydį ir veikimo charakteristikas:

Ilgis
- pagrindinis puslapis- ne mažiau kaip 12 metrų,
- žygiuoja- ne mažiau kaip 9 metrai,

Raketos korpuso skersmuo- apie 1 metrą,
Korpuso plotis- apie 1,5 metro,
Uodegos aukštis- 3,6 - 3,8 metro

Rusijos branduolinės galios sparnuotosios raketos veikimo principas

Branduolinių raketų kūrimą vienu metu vykdė kelios šalys, o plėtra prasidėjo dar tolimame septintajame dešimtmetyje. Inžinierių pasiūlytos konstrukcijos skyrėsi tik supaprastintai, veikimo principą galima apibūdinti taip: branduolinis reaktorius šildo mišinį, patenkantį į specialias talpyklas (įvairios galimybės, nuo amoniako iki vandenilio), vėliau išleidžiant per purkštukus; aukštas spaudimas. Tačiau sparnuotosios raketos versija, apie kurią jis kalbėjo Rusijos prezidentas, netinka nė vienam iš anksčiau sukurtų dizaino pavyzdžių.

Faktas yra tas, kad, pasak V. Putino, raketa turi beveik neribotą skrydžio diapazoną. Žinoma, to negalima suprasti taip, kad raketa gali skristi metų metus, tačiau tai galima laikyti tiesioginiu požymiu, kad jos skrydžio nuotolis yra daug kartų didesnis nei šiuolaikinių sparnuotųjų raketų. Antrasis punktas, kurio negalima ignoruoti, taip pat yra susijęs su deklaruojamu neribotu skrydžio nuotoliu ir atitinkamai sparnuotosios raketos jėgos bloko veikimu. Pavyzdžiui, heterogeninio šiluminio neutroninio reaktoriaus, išbandyto RD-0410 variklyje, kurį sukūrė Kurchatovas, Keldysh ir Korolevas, bandymo trukmė buvo tik 1 valanda, ir šiuo atveju negali būti neriboto tokio skrydžio nuotolio. branduoline varoma sparnuotoji raketa.

Visa tai leidžia manyti, kad Rusijos mokslininkai pasiūlė visiškai naują, anksčiau neapgalvotą konstrukcijos koncepciją, pagal kurią šildymui ir vėlesniam išmetimui iš purkštuko naudojama medžiaga, kuri turi daug ekonomišką vartojimo resursą dideliais atstumais. Pavyzdžiui, tai gali būti visiškai naujo tipo branduolinis oru kvėpuojantis variklis (NARE), kuriame darbinė masė yra atmosferos oras, kompresoriais pumpuojamas į darbinius konteinerius, šildomas branduoline įranga ir išstumiamas per purkštukus. .

Verta paminėti ir tai, kad Vladimiro Putino paskelbta sparnuotoji raketa su branduoliniu bloku gali skristi aplink aktyvias oro ir priešraketinės gynybos sistemų zonas, taip pat išlaikyti savo kelią į taikinį mažame ir itin žemame aukštyje. Tai įmanoma tik įrengus raketą reljefą sekančiomis sistemomis, kurios yra atsparios priešo elektroninio karo sistemų kuriamiems trukdžiams.

Aleksandras Losevas

Spartus raketų ir kosmoso technologijų vystymas XX amžiuje lėmė dviejų supervalstybių – SSRS ir JAV – kariniai-strateginiai, politiniai ir tam tikru mastu ideologiniai tikslai ir interesai, o visos valstybinės kosmoso programos buvo jų karinių projektų tęsinys, kur pagrindinis uždavinys buvo reikia užtikrinti gynybinį pajėgumą ir strateginį lygybę su potencialiu priešu. Įrangos sukūrimo ir eksploatavimo išlaidos tada nebuvo esminės reikšmės. Kurti paleidimo raketas ir erdvėlaivis Buvo skirti milžiniški ištekliai, o Jurijaus Gagarino 108 minučių skrydis 1961 m. ir Neilo Armstrongo bei Buzzo Aldrino televizijos transliacija iš Mėnulio paviršiaus 1969 m. buvo ne tik mokslinės ir technologinės minties triumfas, bet ir strateginės pergalės mūšiuose. Šaltojo karo.

Tačiau Sovietų Sąjungai žlugus ir pasitraukus iš lenktynių dėl lyderystės pasaulyje, jos geopolitiniams oponentams, visų pirma JAV, nebereikėjo įgyvendinti prestižinių, tačiau itin brangių kosmoso projektų, siekiant įrodyti visam pasauliui Vakarų ekonomikos pranašumą. sistema ir ideologinės koncepcijos.
Devintajame dešimtmetyje pagrindinės ankstesnių metų politinės užduotys prarado aktualumą, blokų konfrontaciją pakeitė globalizacija, pasaulyje įsivyravo pragmatizmas, todėl dauguma kosmoso programų buvo apribotos arba atidėtos iš didelio masto projektų praeitis. Be to, Vakarų demokratija aprūpino viską, kas brangu vyriausybės programos priklausomai nuo rinkimų ciklų.
Rinkėjų parama, būtina norint įgyti ar išlaikyti valdžią, verčia politikus, parlamentus ir vyriausybes linkti į populizmą ir spręsti trumpalaikes problemas, todėl išlaidos kosmoso tyrinėjimams kasmet mažinamos.
Didžioji dalis esminių atradimų buvo padaryti XX amžiaus pirmoje pusėje, o šiandien mokslas ir technika yra pasiekę tam tikras ribas, be to, visame pasaulyje sumažėjo mokslo žinių populiarumas, matematikos, fizikos ir kitų gamtos mokslų mokymo kokybė. mokslai pablogėjo. Tai tapo pastarųjų dviejų dešimtmečių sąstingio, įskaitant kosmoso sektorių, priežastimi.
Tačiau dabar tampa akivaizdu, kad pasaulis artėja prie kito technologinio ciklo, paremto praėjusio šimtmečio atradimais, pabaigos. Todėl bet kuri galia, kuri pasikeitus pasaulinei technologinei struktūrai turės iš esmės naujas perspektyvias technologijas, automatiškai užtikrins pasaulinę lyderystę bent jau artimiausius penkiasdešimt metų.

Branduolinio varymo variklio su vandeniliu kaip darbiniu skysčiu pagrindinė konstrukcija

Tai realizuojama ir JAV, nubrėžusiose kursą Amerikos didybės atgimimui visose veiklos srityse, ir Amerikos hegemonijai iššūkį metančioje Kinijoje, ir Europos Sąjungoje, kuri iš visų jėgų stengiasi išlaikyti savo svorį pasaulio ekonomikoje.
Ten vykdoma pramonės politika ir jie rimtai užsiima savo mokslinio, techninio ir gamybinio potencialo plėtra, o kosmoso sfera gali tapti geriausia bandymų vieta naujoms technologijoms išbandyti ir mokslinėms hipotezėms, kurios gali padėti pamatą, įrodyti ar paneigti. iš esmės kitokiai, pažangesnei ateities technologijai sukurti.
Ir visiškai natūralu tikėtis, kad JAV bus pirmoji šalis, kuri atnaujins giluminių kosmoso tyrimų projektus, siekdama sukurti unikalius naujoviškos technologijos tiek ginklų, transporto ir statybinių medžiagų, tiek biomedicinos ir telekomunikacijų srityse
Tiesa, net JAV nėra garantuotos sėkmės kuriant revoliucines technologijas. Didelė rizika atsidurti aklavietėje tobulinant pusės amžiaus senumo raketų variklius, pagrįstus cheminiu kuru, kaip tai daro Elono Musko „SpaceX“, arba kuriant gyvybės palaikymo sistemas ilgiems skrydžiams, panašias į tas, kurios jau įdiegtos ISS.
Ar Rusija, kurios sąstingis kosmoso sektoriuje kasmet vis labiau pastebimas, gali padaryti šuolį lenktynėse, kad būsima technologinė lyderė liktų supervalstybių klube, o ne besivystančių šalių sąraše?
Taip, žinoma, Rusija gali, be to, jau žengtas pastebimas žingsnis į priekį branduolinės energijos ir branduolinių raketų variklių technologijų srityje, nepaisant nuolatinio nepakankamo kosmoso pramonės finansavimo.
Astronautikos ateitis – branduolinės energijos naudojimas. Norint suprasti, kaip yra susijusios branduolinės technologijos ir kosmosas, būtina atsižvelgti į pagrindinius reaktyvinio varymo principus.
Taigi pagrindiniai šiuolaikinių kosminių variklių tipai yra sukurti remiantis cheminės energijos principais. Tai kietojo kuro greitintuvai ir skystųjų raketų varikliai, kurių degimo kamerose kuro komponentai (degalai ir oksidatorius) patenka į egzoterminę fizikinę ir cheminę degimo reakciją, suformuodami reaktyvinį srautą, kuris kas sekundę iš variklio antgalio išsviedžia tonas medžiagos. Purkštuko darbinio skysčio kinetinė energija paverčiama reaktyvia jėga, kurios pakanka raketai varyti. Tokių cheminių variklių savitasis impulsas (sukuriamos traukos ir naudojamo kuro masės santykis) priklauso nuo kuro komponentų, slėgio ir temperatūros degimo kameroje, taip pat nuo dujų mišinio, išstumto per vamzdį, molekulinės masės. variklio antgalis.
Ir kuo aukštesnė medžiagos temperatūra ir slėgis degimo kameros viduje, ir kuo mažesnė dujų molekulinė masė, tuo didesnis specifinis impulsas, taigi ir variklio efektyvumas. Specifinis impulsas yra judesio dydis ir paprastai matuojamas metrais per sekundę, kaip ir greitis.
Cheminiuose varikliuose didžiausią specifinį impulsą suteikia deguonies-vandenilio ir fluoro-vandenilio kuro mišiniai (4500–4700 m/s), tačiau populiariausiais (ir patogiais eksploatuoti) tapo raketiniai varikliai, varomi žibalu ir deguonimi. Pavyzdžiui, Sojuz ir Musk's Falcon raketos, taip pat varikliai, naudojantys nesimetrinį dimetilhidraziną (UDMH) su oksidatoriumi azoto tetroksido ir azoto rūgšties mišinio pavidalu (sovietinis ir rusiškas protonas, prancūziškas Ariane, amerikietiškas Titanas). Jų naudingumo koeficientas yra 1,5 karto mažesnis nei vandenilio kuro variklių, tačiau 3000 m/s impulso ir galios visiškai pakanka, kad būtų ekonomiškai apsimoka iškelti tonas naudingojo krovinio į artimas Žemės orbitas.
Tačiau skrydžiams į kitas planetas reikia daug didesnių erdvėlaivių, nei bet ko žmonijos anksčiau sukūrė, įskaitant modulinę TKS. Šiuose laivuose būtina užtikrinti ilgalaikį autonominį įgulų egzistavimą, tam tikrą kuro tiekimą ir pagrindinių variklių bei variklių tarnavimo laiką manevrams ir orbitos korekcijai, numatyti astronautų pristatymą specialiame tūpimo modulyje. į kitos planetos paviršių, ir jų grįžimas į pagrindinį transporto laivą, o tada ir ekspedicijos grįžimas į Žemę.
Sukauptos inžinerinės žinios ir variklių cheminė energija leidžia grįžti į Mėnulį ir pasiekti Marsą, todėl didelė tikimybė, kad per artimiausią dešimtmetį žmonija aplankys Raudonąją planetą.
Jei pasikliausime tik esamomis kosmoso technologijomis, minimali gyvenamojo modulio masė pilotuojamam skrydžiui į Marsą arba į Jupiterio ir Saturno palydovus bus maždaug 90 tonų, tai yra 3 kartus daugiau nei aštuntojo dešimtmečio pradžios mėnulio laivai. , o tai reiškia, kad paleidimo raketos, skirtos jų paleidimui į etalonines orbitas tolimesniam skrydžiui į Marsą, bus daug pranašesnės už Mėnulio projekto „Apollo“ „Saturn 5“ (paleidimo masė 2965 tonos) arba Sovietų vežėjas„Energija“ (paleidimo svoris 2400 tonų). Orbitoje reikės sukurti tarpplanetinį kompleksą, sveriantį iki 500 tonų. Skrydis tarpplanetiniu laivu su cheminių raketų varikliais užtruks nuo 8 mėnesių iki 1 metų tik viena kryptimi, nes teks atlikti gravitacinius manevrus, panaudojant planetų gravitacijos jėgą ir milžinišką kuro atsargą papildomai laivui pagreitinti. .
Tačiau panaudodama cheminę raketų variklių energiją žmonija nenuskris toliau nei Marso ar Veneros orbitos. Mums reikia skirtingų erdvėlaivių skrydžio greičių ir kitos galingesnės judėjimo energijos.

Šiuolaikinis branduolinės raketos variklio „Princeton Satellite Systems“ dizainas

Norint ištirti giliąją erdvę, būtina žymiai padidinti raketos variklio traukos ir svorio santykį bei efektyvumą, taigi padidinti jo specifinį impulsą ir tarnavimo laiką. Ir norint tai padaryti, reikia pašildyti dujas arba darbinį skystį, turinčią mažą atominę masę, variklio kameroje iki kelis kartus aukštesnės temperatūros nei tradicinių kuro mišinių cheminio degimo temperatūra, ir tai galima padaryti naudojant branduolinę reakciją.
Jei vietoj įprastos degimo kameros į raketinį variklį įdėtas branduolinis reaktorius, į kurio aktyviąją zoną tiekiama skysta arba dujinė medžiaga, tada ji, kaitinama aukštu slėgiu iki kelių tūkstančių laipsnių, prasidės. turi būti išmestas per purkštuko kanalą, sukuriant srovės trauką. Tokio branduolinio reaktyvinio variklio specifinis impulsas bus kelis kartus didesnis nei įprasto su cheminiais komponentais, o tai reiškia, kad tiek paties variklio, tiek visos nešančiosios raketos efektyvumas padidės daug kartų. Šiuo atveju nereikės oksidatoriaus kuro degimui, o kaip medžiaga, kuri sukuria reaktyvinį trauką, žinome, kad kuo mažesnė dujų molekulinė masė, tuo didesnis impulsas, ir tai labai padidės sumažinti raketos masę ties geriausiomis savybėmis variklio galia.
Branduolinis variklis bus geresnis už įprastą, nes reaktoriaus zonoje lengvąsias dujas galima įkaitinti iki aukštesnės nei 9 tūkst. Kelvino laipsnių temperatūros, o tokių perkaitintų dujų srovė suteiks daug didesnį specifinį impulsą, nei gali suteikti įprasti cheminiai varikliai. . Bet tai teoriškai.
Pavojaus net ne tai, kad paleidžiant raketą su tokiu branduoliniu įrenginiu, gali atsirasti radioaktyvioji atmosferos ir erdvės aplink paleidimo platformą užterštumas, kad esant aukštai temperatūrai gali ir pats variklis, ir erdvėlaivis ištirpti. Dizaineriai ir inžinieriai tai supranta ir jau kelis dešimtmečius bando rasti tinkamus sprendimus.
Branduoliniai raketų varikliai (NRE) jau turi savo kūrimo ir veikimo kosmose istoriją. Pirmoji branduolinių variklių kūrimas prasidėjo šeštojo dešimtmečio viduryje, tai yra dar prieš žmogaus skrydį į kosmosą ir beveik vienu metu tiek SSRS, tiek JAV, ir pati idėja naudoti branduolinius reaktorius darbo šildymui. medžiaga raketų variklyje gimė kartu su pirmaisiais rektoriais 40-ųjų viduryje, tai yra daugiau nei prieš 70 metų.
Mūsų šalyje branduolinės jėgos sukūrimo iniciatorius buvo šilumos fizikas Vitalijus Michailovičius Ievlevas. 1947 m. jis pristatė projektą, kuriam pritarė S. P. Korolevas, I. V. Kurchatovas ir M. V. Keldyšas. Iš pradžių tokius variklius buvo planuota naudoti sparnuotinėms raketoms, o vėliau montuoti ant balistinių raketų. Plėtros ėmėsi pirmaujantys Sovietų Sąjungos gynybos projektavimo biurai, taip pat tyrimų institutai NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Sovietinis branduolinis variklis RD-0410 buvo surinktas septintojo dešimtmečio viduryje Voronežo cheminės automatikos projektavimo biure, kur buvo sukurta dauguma skystųjų raketų variklių, skirtų kosminėms technologijoms.
RD-0410 kaip darbinį skystį naudojo vandenilį, kuris skystu pavidalu prasiskverbė per „aušinimo apvalkalą“, pašalindamas šilumos perteklių nuo purkštuko sienelių ir neleisdamas jai išsilydyti, o tada pateko į reaktoriaus aktyvią zoną, kur buvo įkaitintas iki 3000K ir išleidžiamas per kanalo purkštukus, taip šiluminę energiją paverčiant kinetine energija ir sukuriant specifinį 9100 m/s impulsą.
JAV branduolinio varymo projektas buvo pradėtas 1952 m., o pirmasis veikiantis variklis buvo sukurtas 1966 m. ir pavadintas NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). 60–70-aisiais Sovietų Sąjunga ir JAV stengėsi viena kitai nenusileisti.
Tiesa, ir mūsų RD-0410, ir amerikietiškas NERVA buvo kietosios fazės branduoliniai varikliai (branduolinis kuras urano karbidų pagrindu buvo reaktoriuje kieto būvio), o jų darbinė temperatūra buvo 2300–3100 tūkst.
Norint padidinti aktyviosios zonos temperatūrą be sprogimo ar reaktoriaus sienelių lydymosi rizikos, būtina sukurti tokias branduolinės reakcijos sąlygas, kurioms esant kuras (uranas) virsta dujine būsena arba virsta plazma ir laikomas reaktoriaus viduje. dėl stipraus magnetinio lauko, neliečiant sienų. Tada vandenilis, patenkantis į reaktoriaus šerdį, „apsuka“ aplink uraną dujų fazėje ir virsdamas plazma labai dideliu greičiu išstumiamas per purkštuko kanalą.
Šio tipo varikliai vadinami dujų fazės branduoliniu varikliu. Dujinio urano kuro temperatūra tokiuose branduoliniuose varikliuose gali svyruoti nuo 10 tūkstančių iki 20 tūkstančių Kelvino laipsnių, o savitasis impulsas gali siekti 50 000 m/s, o tai yra 11 kartų didesnis nei efektyviausių cheminių raketų variklių.
Atvirų ir dujų fazės branduolinių varomųjų variklių kūrimas ir naudojimas kosminėje technologijoje uždari tipai– tai yra perspektyviausia kosminių raketų variklių kūrimo kryptis ir būtent tai, ko žmonijai reikia tyrinėti Saulės sistemos planetas ir jų palydovus.
Pirmieji dujinės fazės branduolinio varymo projekto tyrimai pradėti SSRS 1957 m. Šiluminių procesų tyrimo institute (Nacionalinis tyrimų centras pavadintas M. V. Keldysho vardu), o sprendimas kurti atomines kosmines elektrines, pagrįstas dujinės fazės branduoliniais reaktoriais. 1963 m. padarė akademikas V. P. Gluško (NPO Energomash), o vėliau patvirtino TSKP CK ir SSRS Ministrų Tarybos nutarimu.
Dujinės fazės branduolinių varomųjų variklių kūrimas Sovietų Sąjungoje buvo vykdomas du dešimtmečius, bet, deja, taip ir nebuvo baigtas dėl nepakankamo finansavimo ir papildomų poreikio. pagrindiniai tyrimai branduolinio kuro ir vandenilio plazmos termodinamikos, neutronų fizikos ir magnetinės hidrodinamikos srityse.
Sovietų branduolinės energetikos mokslininkai ir projektuotojai susidūrė su daugybe problemų, tokių kaip pasiekti kritiškumą ir užtikrinti dujų fazės branduolinio reaktoriaus veikimo stabilumą, sumažinti išlydyto urano nuostolius išleidžiant iki kelių tūkstančių laipsnių įkaitintą vandenilį, šiluminę apsaugą. purkštuko ir magnetinio lauko generatoriaus, urano skilimo produktų kaupimas, chemiškai atsparių statybinių medžiagų parinkimas ir kt.
O kai sovietų programai „Mars-94“ pirmajam pilotuojamam skrydžiui į Marsą buvo pradėta kurti raketa „Energija“, branduolinio variklio projektas buvo atidėtas neribotam laikui. Sovietų Sąjunga neturėjo pakankamai laiko, o svarbiausia – politinės valios ir ekonominio efektyvumo, kad 1994 metais išlaipintų mūsų kosmonautus į Marso planetą. Tai būtų neabejotinas pasiekimas ir mūsų lyderystės aukštųjų technologijų srityje per ateinančius kelis dešimtmečius įrodymas. Tačiau kosmosą, kaip ir daugelį kitų dalykų, išdavė paskutinė SSRS vadovybė. Istorijos pakeisti negalima, išėjusių mokslininkų ir inžinierių sugrąžinti, prarastų žinių – atkurti. Daug ką teks kurti iš naujo.
Tačiau kosminė branduolinė energija neapsiriboja tik kietosios ir dujinės fazės branduolinių varomųjų variklių sfera. Elektros energija gali būti naudojama reaktyviniame variklyje sukurti įkaitusiam medžiagos srautui. Pirmą kartą šią mintį išreiškė Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis dar 1903 m. savo darbe „Pasaulio erdvių tyrinėjimas naudojant reaktyvinius instrumentus“.
O pirmąjį elektroterminį raketinį variklį SSRS 1930-aisiais sukūrė būsimasis SSRS mokslų akademijos akademikas ir NPO Energia vadovas Valentinas Petrovičius Gluškos.
Elektrinių raketų variklių veikimo principai gali būti skirtingi. Paprastai jie skirstomi į keturis tipus:

• elektroterminis (šildymas arba elektros lankas). Juose dujos įkaitinamos iki 1000–5000K temperatūros ir iš purkštuko išmetamos taip pat, kaip ir branduoliniame raketiniame variklyje.
• elektrostatiniai varikliai (koloidiniai ir joniniai), kuriuose darbinė medžiaga pirmiausia jonizuojama, o po to teigiami jonai (atomai, kuriuose nėra elektronų) yra pagreitinami elektrostatiniame lauke ir taip pat išmetami per purkštuko kanalą, sukuriant srovės trauką. Elektrostatiniai varikliai taip pat apima stacionarius plazminius variklius.
• magnetoplazminiai ir magnetodinaminiai raketų varikliai. Ten dujų plazma pagreitėja dėl Ampero jėgos magnetiniame ir elektriniame laukuose, susikertančiuose statmenai.
• impulsiniai raketų varikliai, kurie naudoja dujų energiją, susidarančią išgaravus darbiniam skysčiui elektros išlydžio metu.

Šių elektrinių raketinių variklių privalumas yra mažos darbinio skysčio sąnaudos, efektyvumas iki 60% ir didelis dalelių srauto greitis, kas gali žymiai sumažinti erdvėlaivio masę, tačiau yra ir trūkumas – mažas traukos tankis, todėl. maža galia, taip pat didelė darbinio skysčio (inertinių dujų arba šarminių metalų garų) kaina plazmai sukurti.
Visi išvardyti elektros variklių tipai buvo įgyvendinti praktiškai ir nuo 60-ųjų vidurio ne kartą buvo naudojami kosmose tiek sovietiniuose, tiek amerikiečių erdvėlaiviuose, tačiau dėl mažos galios jie buvo naudojami daugiausia kaip orbitos korekcijos varikliai.
1968–1988 metais SSRS paleido visą seriją „Cosmos“ palydovų su branduoliniais įrenginiais. Reaktorių tipai buvo pavadinti: „Buk“, „Topazas“ ir „Jenisejus“.
Jenisejaus projekto reaktoriaus šiluminė galia siekė iki 135 kW, o elektros – apie 5 kW. Aušinimo skystis buvo natrio-kalio lydalas. Šis projektas buvo uždarytas 1996 m.
Tikram varomajam raketiniam varikliui reikalingas labai galingas energijos šaltinis. O geriausias energijos šaltinis tokiems kosminiams varikliams yra branduolinis reaktorius.
Branduolinė energetika yra viena iš aukštųjų technologijų pramonės šakų, kurioje mūsų šalis išlaiko lyderio pozicijas. O Rusijoje jau kuriamas iš esmės naujas raketinis variklis ir šis projektas arti sėkmingo užbaigimo 2018 m. Skrydžių bandymai numatyti 2020 m.
Ir jei dujinės fazės branduolinis varymas yra ateinančių dešimtmečių tema, prie kurios teks grįžti po fundamentinių tyrimų, tai šiandieninė jos alternatyva yra megavatų klasės branduolinės energijos varomoji sistema (NPPU), kurią jau sukūrė Rosatom ir „Roscosmos“ įmonės nuo 2009 m.
NPO Krasnaya Zvezda, kuri šiuo metu yra vienintelė pasaulyje kosminių atominių elektrinių kūrėja ir gamintoja, taip pat tyrimų centras, pavadintas A. M. V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, tyrimų institutas NPO „Luch“, „Kurchatovo institutas“, IRM, IPPE, RIAR ir NPO Mashinostroeniya.
Branduolinės energijos varomoji sistema apima aukštos temperatūros dujomis aušinamą greitųjų neutronų branduolinį reaktorių su turbomašinos sistema, kuri šiluminę energiją paverčia elektros energija, šaldytuvų-spindulių sistemą, skirtą šilumos pertekliui pašalinti į kosmosą, prietaisų skyrių, maitinimo bloką. plazminiai arba jonų elektros varikliai ir konteineris naudingajam kroviniui sutalpinti.
Galios varomojoje sistemoje branduolinis reaktorius tarnauja kaip elektros šaltinis elektriniams plazminiams varikliams veikti, o reaktoriaus dujinis aušinimo skystis, einantis per aktyviąją zoną, patenka į elektros generatoriaus ir kompresoriaus turbiną ir grįžta atgal į reaktorių. uždara kilpa, ir nėra išmetama į kosmosą kaip branduoliniame varomajame variklyje, todėl konstrukcija yra patikimesnė ir saugesnė, todėl tinkama pilotuojamam skrydžiui į kosmosą.
Planuojama, kad atominė elektrinė bus panaudota daugkartiniam kosminiam vilkikui, užtikrinančiam krovinių pristatymą Mėnulio tyrinėjimų metu ar kuriant daugiafunkcinius orbitinius kompleksus. Privalumas bus ne tik daugkartinis transporto sistemos elementų panaudojimas (kurį Elonas Muskas bando pasiekti savo SpaceX kosmoso projektuose), bet ir galimybė pristatyti tris kartus daugiau krovinių nei raketose su panašios galios cheminiais reaktyviniais varikliais. sumažinant transporto sistemos paleidimo masę . Dėl ypatingo įrenginio dizaino jis yra saugus žmonėms ir aplinkai Žemėje.
2014 metais UAB „Mašinostroitelny Zavod“ Elektrostalyje buvo surinktas pirmasis standartinės konstrukcijos kuro elementas (kuro elementas) šiai branduolinei elektrinei varomajai sistemai, o 2016 metais buvo atlikti reaktoriaus aktyviosios zonos krepšinio treniruoklio bandymai.
Šiuo metu (2017 m.) vyksta konstrukcinių elementų gamybos ir komponentų bei mazgų ant maketų montavimo ir bandymų, taip pat autonominių turbomašinų energijos konvertavimo sistemų ir jėgos agregatų prototipų testavimo darbai. Darbus planuojama baigti kitų 2018 metų pabaigoje, tačiau nuo 2015 metų pradėjo kauptis grafiko neatsilikimai.
Taigi, kai tik bus sukurta ši instaliacija, Rusija taps pirmąja šalimi pasaulyje, turinčia branduolines kosmoso technologijas, kurios taps pagrindu ne tik būsimiems Saulės sistemos, bet ir antžeminės bei nežemiškos energetikos projektams. . Kosminės atominės elektrinės gali būti naudojamos kuriant nuotolinio elektros perdavimo į Žemę sistemoms arba naudojant kosminius modulius elektromagnetinė radiacija. Ir tai taip pat taps pažangia ateities technologija, kurioje mūsų šalis užims lyderio poziciją.
Remiantis kuriamais plazminiais elektros varikliais, bus sukurtos galingos varomosios sistemos, skirtos tolimiems žmonių skrydžiams į kosmosą ir pirmiausia Marso tyrinėjimui, kurio orbitą galima pasiekti vos per 1,5 mėnesio, o ne daugiau nei metus, kaip ir naudojant įprastus cheminius reaktyvinius variklius.
O ateitis visada prasideda nuo revoliucijos energetikoje. Ir nieko daugiau. Energija yra pirminė, o sunaudojamos energijos kiekis turi įtakos technikos pažangai, gynybiniam pajėgumui ir žmonių gyvenimo kokybei.

NASA eksperimentinis plazminis raketinis variklis

Sovietų astrofizikas Nikolajus Kardaševas pasiūlė civilizacijų raidos mastą dar 1964 m. Pagal šią skalę civilizacijų technologinio išsivystymo lygis priklauso nuo energijos kiekio, kurį planetos gyventojai sunaudoja savo reikmėms. Taigi I tipo civilizacija naudoja visus turimus planetoje turimus išteklius; II tipo civilizacija – gauna savo žvaigždės, kurios sistemoje ji yra, energiją; o III tipo civilizacija naudoja turimą savo galaktikos energiją. Žmonija dar nėra subrendusi I tipo civilizacijašiuo mastu. Mes naudojame tik 0,16% viso planetos Žemės potencialaus energijos rezervo. Tai reiškia, kad Rusija ir visas pasaulis turi kur augti, o šios branduolinės technologijos atvers mūsų šaliai kelią ne tik į kosmosą, bet ir į ateities ekonominį klestėjimą.
Ir, ko gero, vienintelė Rusijos galimybė mokslo ir technikos srityje yra dabar padaryti revoliucinį proveržį branduolinių kosmoso technologijų srityje, kad vienu „šuoliu“ įveiktų ilgus metus trukusį atsilikimą nuo lyderių ir atsidurtų ties jos ištakomis. nauja technologinė revoliucija kitame žmogaus civilizacijos vystymosi cikle. Tokia unikali galimybė konkrečiai šaliai tenka tik kartą per kelis šimtmečius.
Deja, per pastaruosius 25 metus fundamentiniams mokslams ir aukštojo bei vidurinio išsilavinimo kokybei nepakankamai dėmesio skyrusi Rusija rizikuoja prarasti šią galimybę amžiams, jei programa bus apribota ir nauja mokslininkų karta nepakeis dabartinių mokslininkų. inžinieriai. Geopolitiniai ir technologiniai iššūkiai, su kuriais Rusija susidurs po 10–12 metų, bus labai rimti, palyginami su XX amžiaus vidurio grėsmėmis. Siekiant išsaugoti Rusijos suverenitetą ir vientisumą ateityje, dabar skubiai reikia pradėti ruošti specialistus, gebančius reaguoti į šiuos iššūkius ir sukurti kažką iš esmės naujo.
Tereikia apie 10 metų Rusiją paversti pasauliniu intelektualiniu ir technologiniu centru, ir tai negali būti padaryta be rimtų švietimo kokybės pokyčių. Moksliniam ir technologiniam proveržiui būtina grąžinti į švietimo sistemą (tiek mokyklos, tiek universiteto) sisteminį požiūrį į pasaulio vaizdą, mokslinį fundamentalumą ir ideologinį vientisumą.
Kalbant apie dabartinį sąstingį kosmoso pramonėje, tai nėra baisu. Fiziniai principai, kuriais grindžiamos šiuolaikinės kosmoso technologijos, dar ilgai bus paklausūs įprastų palydovinių paslaugų sektoriuje. Prisiminkime, kad žmonija buriu naudojo 5,5 tūkstančio metų, o garo era tęsėsi beveik 200 metų ir tik dvidešimtajame amžiuje pasaulis ėmė sparčiai keistis, nes įvyko dar viena mokslo ir technologijų revoliucija, kuri sukėlė bangą naujovių ir technologinių struktūrų kaitos, kurios galiausiai pakeitė ir pasaulio ekonomiką, ir politiką. Svarbiausia yra būti šių pokyčių ištakose.