Nuklearni raketni motori. Krstareće rakete na nuklearni pogon

Prva faza je poricanje

Njemački stručnjak za raketiranje Robert Schmucker smatrao je izjave V. Putina potpuno nevjerovatnim. „Ne mogu da zamislim da Rusi mogu da naprave mali leteći reaktor“, rekao je stručnjak u intervjuu za Deutsche Welle.

Mogu, Herr Schmucker. Samo zamisli.

Prvi domaći satelit sa nuklearnom elektranom (“Kosmos-367”) lansiran je sa Bajkonura daleke 1970. godine. 37 gorivih sklopova malog reaktora BES-5 Buk, koji je sadržavao 30 kg uranijuma, na temperaturi u primarnom krugu od 700 °C i oslobađanju topline od 100 kW, osiguravalo je električnu snagu instalacije od 3 kW. Težina reaktora je manja od jedne tone, procijenjeno vrijeme rada je 120-130 dana.

Stručnjaci će izraziti sumnju: snaga ove nuklearne “baterije” je preniska... Ali! Pogledajte datum: to je bilo pre pola veka.

Niska efikasnost je posljedica termionske konverzije. Kod ostalih oblika prijenosa energije pokazatelji su znatno veći, na primjer, za nuklearne elektrane vrijednost efikasnosti je u rasponu od 32-38%. U tom smislu, toplotna snaga „svemirskog“ reaktora je od posebnog interesa. 100 kW je ozbiljna ponuda za pobjedu.

Vrijedi napomenuti da BES-5 “Buk” ne pripada porodici RTG-ova. Radioizotopni termoelektrični generatori pretvaraju energiju prirodnog raspada atoma radioaktivnih elemenata i imaju zanemarljivu snagu. Istovremeno, Buk je pravi reaktor sa kontrolisanom lančanom reakcijom.

Sljedeća generacija sovjetskih reaktora malih dimenzija, koja se pojavila kasnih 1980-ih, odlikovala se još manjim dimenzijama i većim oslobađanjem energije. Ovo je bio jedinstveni Topaz: u poređenju sa Bukom, količina uranijuma u reaktoru smanjena je tri puta (na 11,5 kg). Toplotna snaga je porasla za 50% i iznosila je 150 kW, vrijeme neprekidnog rada dostiglo je 11 mjeseci (reaktor ovog tipa instaliran je na izviđačkom satelitu Cosmos-1867).

Nuklearni svemirski reaktori su vanzemaljski oblik smrti. Ako bi se izgubila kontrola, “zvijezda padalica” nije ispunjavala želje, ali je “sretnicima” mogla oprostiti grijehe.

Godine 1992. dvije preostale kopije malih reaktora serije Topaz prodane su u SAD za 13 miliona dolara.

Glavno pitanje je: da li takve instalacije imaju dovoljno snage da se koriste kao raketni motori? Propuštanjem radnog fluida (vazduha) kroz vruću jezgru reaktora i dobijanjem potiska na izlazu prema zakonu održanja količine gibanja.

Odgovor: ne. “Buk” i “Topaz” su kompaktne nuklearne elektrane. Za stvaranje nuklearnog reaktora potrebna su druga sredstva. Ali opći trend vidljiv je golim okom. Kompaktne nuklearne elektrane odavno su stvorene i postoje u praksi.

Koju snagu mora imati nuklearna elektrana da se koristi kao pogonski motor za krstareću raketu slične veličine kao X-101?

Ne možete naći posao? Pomnožite vrijeme sa snagom!
(Zbirka univerzalnih savjeta.)

Pronalaženje moći takođe nije teško. N=F×V.

Prema zvaničnim podacima, krstareće rakete Kha-101, kao i porodica raketa Kalibr, opremljene su kratkotrajnim turboventilacionim motorom-50, koji razvija potisak od 450 kgf (≈ 4400 N). Brzina krstarenja krstareće rakete je 0,8M, odnosno 270 m/s. Idealna izračunata efikasnost turbomlaznog bajpas motora je 30%.

U ovom slučaju, potrebna snaga motora krstareće rakete je samo 25 puta veća od toplinske snage reaktora serije Topaz.

Unatoč sumnjama njemačkog stručnjaka, stvaranje nuklearnog turbomlaznog (ili ramjet) raketnog motora je realan zadatak koji ispunjava zahtjeve našeg vremena.

Raketa iz pakla

„Sve je to iznenađenje – krstareća raketa na nuklearni pogon“, rekao je Douglas Barry, viši saradnik na Međunarodnom institutu za strateške studije u Londonu. “Ova ideja nije nova, o njoj se pričalo 60-ih godina, ali je naišla na mnogo prepreka.”

Nisu samo pričali o tome. Tokom testiranja 1964. nuklearni ramjet motor Tori-IIC razvio je potisak od 16 tona sa toplotnom snagom reaktora od 513 MW. Simulirajući nadzvučni let, instalacija je potrošila 450 tona komprimovanog zraka za pet minuta. Reaktor je projektovan tako da bude veoma "vruć" - radna temperatura u jezgri dostigla je 1600°C. Dizajn je imao vrlo uske tolerancije: u brojnim područjima dopuštena temperatura bila je samo 150-200 °C ispod temperature pri kojoj su se raketni elementi topili i kolabirali.

Da li su ovi pokazatelji bili dovoljni da se mlazni motori na nuklearni pogon koriste kao motor u praksi? Odgovor je očigledan.

Nuklearni ramjet razvijao je veći (!) potisak od turbo-ramjet motora izviđačkog aviona „tri maha“ SR-71 „Crna ptica“.

"Poligon-401", nuklearni ramjet testovi

Eksperimentalne instalacije “Tori-IIA” i “-IIC” su prototipovi nuklearnog motora krstareće rakete SLAM.

Đavolski izum, sposoban, prema proračunima, da probije 160.000 km svemira na minimalnoj visini brzinom od 3M. Doslovno je udarnim valom i udarom groma od 162 dB (smrtonosna vrijednost za ljude) „kosila“ svakoga ko se susreo na njenom žalosnom putu.

Reaktor borbenog aviona nije imao nikakvu biološku zaštitu. Puknute bubne opne nakon preleta SLAM-a izgledale bi beznačajno u poređenju sa radioaktivnim emisijama iz raketne mlaznice. Leteći monstrum ostavio je za sobom trag širi više od kilometra sa dozom zračenja od 200-300 rad. Procjenjuje se da je SLAM kontaminirao 1.800 kvadratnih milja smrtonosnom radijacijom u jednom satu leta.

Prema proračunima, dužina aviona mogla bi dostići 26 metara. Lansirana težina - 27 tona. Borbeno opterećenje bila su termonuklearna punjenja, koja su se morala uzastopno bacati na nekoliko sovjetskih gradova duž rute leta rakete. Nakon završetka glavnog zadatka, SLAM je trebao još nekoliko dana kružiti nad teritorijom SSSR-a, kontaminirajući sve oko sebe radioaktivnim emisijama.

Možda najsmrtonosniji od svega što je čovjek pokušao stvoriti. Srećom, nije došlo do pravih lansiranja.

Projekat, kodnog naziva "Pluton", otkazan je 1. jula 1964. godine. U isto vrijeme, prema jednom od programera SLAM-a, J. Cravenu, niko od američkog vojnog i političkog vodstva nije požalio zbog odluke.

Razlog za napuštanje "nuklearnog projektila niskog leta" bio je razvoj interkontinentalnih balističkih projektila. Sposoban da izazove neophodnu štetu u kraćem vremenu sa neuporedivim rizicima za samu vojsku. Kao što su autori publikacije u časopisu Air&Space ispravno primijetili: ICBM, barem, nisu ubile sve koji su bili u blizini lansera.

Još uvijek se ne zna ko je, gdje i kako planirao testirati đavola. I ko bi bio odgovoran da SLAM skrene sa kursa i preleti Los Anđeles. Jedan od suludih prijedloga sugerirao je vezivanje rakete za kabl i vođenje u krug iznad napuštenih područja države. Nevada. Međutim, odmah se postavilo još jedno pitanje: šta učiniti s raketom kada u reaktoru izgore posljednji ostaci goriva? Mjesto na koje će SLAM “sletjeti” neće se prilaziti vekovima.

Život ili smrt. Konačan izbor

Za razliku od mističnog „Plutona“ iz 1950-ih, projekat modernog nuklearnog projektila, koji je izrazio V. Putin, predlaže stvaranje efikasnog sredstva za probijanje američkog sistema protivraketne odbrane. Obostrano osigurano uništenje najvažniji je kriterij za nuklearno odvraćanje.

Transformacija klasične "nuklearne trijade" u đavolski "pentagram" - uz uključivanje nove generacije vozila za isporuku (nuklearne krstareće rakete neograničenog dometa i strateška nuklearna torpeda "status-6"), zajedno sa modernizacijom bojevih glava ICBM ( manevrisanje “Avangardom”), razuman je odgovor na pojavu novih prijetnji. Politika protivraketne odbrane Vašingtona ne ostavlja Moskvi drugog izbora.

„Razvijate svoje protivraketne sisteme. Domet protivraketa se povećava, preciznost se povećava, ovo oružje se poboljšava. Zato moramo adekvatno odgovoriti na to kako bismo mogli prevazići sistem ne samo danas, već i sutra, kada budete imali novo oružje.”

V. Putin u intervjuu za NBC.

Detajli eksperimenata u okviru programa SLAM/Pluton uvjerljivo dokazuju da je stvaranje nuklearne krstareće rakete bilo moguće (tehnički izvodljivo) prije šest decenija. Moderne tehnologije nam omogućavaju da ideju podignemo na novi tehnički nivo.

Mač rđa od obećanja

Unatoč masi očiglednih činjenica koje objašnjavaju razloge za pojavu „predsjedničkog superoružja“ i otklanjaju svaku sumnju u „nemogućnost“ stvaranja takvih sistema, još uvijek ima mnogo skeptika u Rusiji, ali i u inostranstvu. “Sva navedena oružja su samo sredstvo informacionog ratovanja.” A onda - razni prijedlozi.

Vjerovatno ne treba ozbiljno shvatiti karikaturalne „stručnjake“ poput I. Moisejeva. Šef Instituta za svemirsku politiku (?), koji je za internet publikaciju The Insider rekao: „Ne možete staviti nuklearni motor na krstareću raketu. A takvih motora nema.”

Pokušaji da se "razotkriju" izjave predsjednika vrše se i na ozbiljnijem analitičkom nivou. Takve “istrage” odmah stiču popularnost u liberalno nastrojenoj javnosti. Skeptici navode sljedeće argumente.

Svi najavljeni sistemi odnose se na strateško strogo tajno oružje, čije postojanje nije moguće provjeriti niti opovrgnuti. (U samoj poruci Saveznoj skupštini prikazana je kompjuterska grafika i snimci lansiranja, koji se ne razlikuju od testova drugih tipova krstarećih raketa.) Istovremeno, niko ne govori, na primer, o stvaranju teškog jurišnog drona ili razarača- ratni brod klase. Oružje koje bi uskoro trebalo jasno pokazati cijelom svijetu.

Prema nekim „zviždačima“, veoma strateški, „tajni“ kontekst poruka može ukazivati ​​na njihovu neverovatnu prirodu. Pa, ako je ovo glavni argument, o čemu se onda raspravlja sa ovim ljudima?

Postoji i druga tačka gledišta. Šokantne izjave o nuklearnim projektilima i bespilotnim podmornicama od 100 čvorova daju se u pozadini očiglednih problema vojno-industrijskog kompleksa s kojima se susreće u realizaciji jednostavnijih projekata „tradicionalnog“ naoružanja. Izjave o projektilima koji odmah nadmašuju sva postojeća oružja u oštroj su suprotnosti sa dobro poznatom situacijom s raketnom naukom. Skeptici navode primjer masovnih kvarova prilikom lansiranja Bulave ili razvoja rakete-nosača Angara, koji se razvukao dvije decenije. Sama je počela 1995. godine; govoreći u novembru 2017., potpredsjednik vlade D. Rogozin je obećao da će nastaviti lansiranje Angara sa kosmodroma Vostochny tek u... 2021.

I, inače, zašto je Cirkon, glavna pomorska senzacija prethodne godine, ostao bez pažnje? Hipersonična raketa sposobna da uništi sve postojeće koncepte pomorske borbe.

Vijest o dolasku laserskih sistema u trupe privukla je pažnju proizvođača laserskih sistema. Postojeće oružje usmjerene energije stvoreno je na opsežnoj bazi istraživanja i razvoja visokotehnološke opreme za civilno tržište. Na primjer, američka brodska instalacija AN/SEQ-3 LaWS je "paket" od šest lasera za zavarivanje ukupne snage 33 kW.

Najava stvaranja super-moćnog borbenog lasera u suprotnosti je s pozadinom vrlo slabe laserske industrije: Rusija nije jedan od najvećih svjetskih proizvođača laserske opreme (Coherent, IPG Photonics ili kineska Han "Laser Technology). , iznenadna pojava laserskog oružja velike snage izaziva istinsko interesovanje stručnjaka.

Uvijek ima više pitanja nego odgovora. Đavo je u detaljima, ali zvanični izvori daju izuzetno lošu sliku o najnovijem oružju. Često nije jasno ni da li je sistem već spreman za usvajanje, ili je njegov razvoj u određenoj fazi. Poznati presedani povezani sa stvaranjem takvog oružja u prošlosti ukazuju na to da se problemi koji se javljaju ne mogu riješiti pucnjem prstiju. Ljubitelji tehničkih inovacija zabrinuti su zbog izbora lokacije za testiranje lansera raketa na nuklearni pogon. Ili metode komunikacije s podvodnim dronom "Status-6" (osnovni problem: radio komunikacija ne radi pod vodom; tokom komunikacijskih sesija, podmornice su prisiljene da se izdignu na površinu). Zanimljivo bi bilo čuti objašnjenje o načinima primjene: u poređenju sa tradicionalnim ICBM-ima i SLBM-ovima, sposobnim da započnu i okončaju rat u roku od sat vremena, Status-6 će trebati nekoliko dana da stigne do američke obale. Kad više nikoga neće biti!

Poslednja bitka je gotova.
Da li je neko ostao živ?
Kao odgovor - samo zavijanje vjetra...

Koristeći materijale:
Air&Space Magazine (april-maj 1990.)
Tihi rat Džona Krejvena

Često se u općim obrazovnim publikacijama o astronautici ne razlikuje razlika između nuklearnog raketnog motora (NRE) i nuklearnog raketnog električnog pogonskog sistema (NRE). Međutim, ove skraćenice ne kriju samo razliku u principima pretvaranja nuklearne energije u raketni potisak, već i vrlo dramatičnu povijest razvoja astronautike.

Drama historije leži u činjenici da da su istraživanja nuklearnog pogona i nuklearnog pogona i u SSSR-u i u SAD-u nastavljena, koja su obustavljena uglavnom iz ekonomskih razloga, onda bi ljudski letovi na Mars odavno postali uobičajeni.

Sve je počelo sa atmosferskim avionima sa ramjet nuklearnim motorom

Dizajneri u SAD-u i SSSR-u smatrali su da nuklearne instalacije "dišu" sposobne uvući vanjski zrak i zagrijati ga do kolosalnih temperatura. Vjerovatno je ovaj princip stvaranja potiska posuđen od ramjet motora, samo što je umjesto raketnog goriva korištena energija fisije atomskih jezgri uran-dioksida 235.

U SAD-u je takav motor razvijen u sklopu projekta Pluton. Amerikanci su uspjeli stvoriti dva prototipa novog motora - Tory-IIA i Tory-IIC, koji su čak pokretali reaktore. Kapacitet instalacije je trebao biti 600 megavata.

Motori razvijeni u okviru projekta Pluton planirani su za ugradnju na krstareće rakete, koje su 1950-ih stvorene pod oznakom SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, supersonic low-altitude raketa).

Sjedinjene Američke Države planirale su da naprave raketu dugu 26,8 metara, prečnik tri metra i tešku 28 tona. Telo rakete je trebalo da sadrži nuklearnu bojevu glavu, kao i nuklearni pogonski sistem dužine 1,6 metara i prečnika 1,5 metara. U poređenju sa drugim veličinama, instalacija je izgledala veoma kompaktno, što objašnjava njen princip rada direktnog protoka.

Programeri su vjerovali da će, zahvaljujući nuklearnom motoru, domet letenja rakete SLAM biti najmanje 182 hiljade kilometara.

Godine 1964. Ministarstvo odbrane SAD je zatvorilo projekat. Zvanični razlog je bio taj što u letu krstareća raketa na nuklearni pogon previše zagađuje sve okolo. Ali u stvari, razlog su bili značajni troškovi održavanja takvih raketa, pogotovo jer se u to vrijeme ubrzano razvijala raketna tehnika bazirana na raketnim motorima na tekuće gorivo, čije je održavanje bilo znatno jeftinije.

SSSR je ostao vjeran ideji ​stvaranje ramjet dizajna za nuklearne motore mnogo duže od Sjedinjenih Država, zatvorivši projekat tek 1985. godine. Ali rezultati su se pokazali mnogo značajnijim. Tako je prvi i jedini sovjetski nuklearni raketni motor razvijen u konstruktorskom birou Khimavtomatika u Voronježu. Ovo je RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, također poznat kao “Irbit” i “IR-100”).

RD-0410 je koristio heterogeni reaktor termičkih neutrona, moderator je bio cirkonijum hidrid, reflektori neutrona su bili od berilija, nuklearno gorivo je bio materijal na bazi karbida uranijuma i volframa, sa oko 80% obogaćenja izotopom 235.

Dizajn je uključivao 37 gorivih sklopova, prekrivenih toplinskom izolacijom koja ih je odvajala od moderatora. Projektom je predviđeno da tok vodonika prvo prolazi kroz reflektor i moderator, održavajući njihovu temperaturu na sobnoj temperaturi, a zatim ulazi u jezgro, gdje hladi gorivne sklopove, zagrijavajući se do 3100 K. Na štandu su reflektor i moderator bili hladi odvojenim vodonikom.

Reaktor je prošao kroz značajnu seriju testova, ali nikada nije testiran za njegovo puno trajanje. Međutim, vanjske komponente reaktora bile su potpuno iscrpljene.

Tehničke karakteristike RD 0410

Potisak u praznini: 3,59 tf (35,2 kN)
Toplinska snaga reaktora: 196 MW
Specifični impuls potiska u vakuumu: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Broj startova: 10
Radni resurs: 1 sat
Komponente goriva: radni fluid - tečni vodonik, pomoćna supstanca - heptan
Težina sa zaštitom od zračenja: 2 tone
Dimenzije motora: visina 3,5 m, prečnik 1,6 m.

Relativno male ukupne dimenzije i težina, visoka temperatura nuklearnog goriva (3100 K) sa efikasnim sistemom hlađenja sa protokom vodonika ukazuju da je RD0410 gotovo idealan prototip nuklearnog pogonskog motora za moderne krstareće rakete. A, uzimajući u obzir moderne tehnologije za proizvodnju samozaustavljivog nuklearnog goriva, povećanje resursa sa jednog sata na nekoliko sati je vrlo stvaran zadatak.

Dizajn nuklearnih raketnih motora

Nuklearni raketni motor (NRE) je mlazni motor u kojem energija stvorena tokom nuklearnog raspada ili reakcije fuzije zagrijava radni fluid (najčešće vodik ili amonijak).

Postoje tri tipa nuklearnih pogonskih motora ovisno o vrsti goriva za reaktor:

• čvrsta faza;
• tečna faza;
• gasna faza.

Najkompletnija je solid-fazna verzija motora. Na slici je prikazan dijagram najjednostavnijeg nuklearnog motora s reaktorom na čvrsto nuklearno gorivo. Radni fluid se nalazi u spoljnom rezervoaru. Pomoću pumpe se dovodi u komoru motora. U komori se radni fluid raspršuje pomoću mlaznica i dolazi u kontakt sa nuklearnim gorivom koje stvara gorivo. Kada se zagrije, širi se i velikom brzinom izleti iz komore kroz mlaznicu.

U nuklearnim pogonskim motorima u gasnoj fazi gorivo (na primjer, uranij) i radni fluid su u plinovitom stanju (u obliku plazme) i drže se u radnom području pomoću elektromagnetnog polja. Uranijumska plazma zagrijana na desetine hiljada stepeni prenosi toplotu na radni fluid (na primer, vodonik), koji zauzvrat, zagrejan na visoke temperature, formira mlazni tok.

Na osnovu vrste nuklearne reakcije razlikuje se radioizotopni raketni motor, termonuklearni raketni motor i sam nuklearni motor (koristi se energija nuklearne fisije).

Zanimljiva opcija je i pulsni nuklearni raketni motor - predlaže se korištenje nuklearnog punjenja kao izvora energije (goriva). Takve instalacije mogu biti unutrašnje i vanjske.

Glavne prednosti nuklearnih motora su:

• visok specifični impuls;
• značajne rezerve energije;
• kompaktnost pogonskog sistema;
• mogućnost dobijanja veoma velikog potiska - desetine, stotine i hiljade tona u vakuumu.

Glavni nedostatak je velika opasnost od zračenja pogonskog sistema:

• tokovi prodornog zračenja (gama zračenje, neutroni) tokom nuklearnih reakcija;
• uklanjanje visoko radioaktivnih spojeva uranijuma i njegovih legura;
• oticanje radioaktivnih gasova sa radnim fluidom.

Nuklearni pogonski sistem

S obzirom da je nemoguće dobiti pouzdane informacije o nuklearnim elektranama iz publikacija, uključujući i iz znanstvenih članaka, princip rada takvih instalacija najbolje je razmotriti na primjerima otvorenih patentnih materijala, iako oni sadrže know-how.

Na primjer, izvanredni ruski naučnik Anatolij Sazonovič Korotejev, autor izuma pod patentom, pružio je tehničko rješenje za sastav opreme za moderan YARDU. U nastavku donosim dio pomenutog patentnog dokumenta doslovno i bez komentara.

Suštinu predloženog tehničkog rješenja ilustruje dijagram prikazan na crtežu. Nuklearni pogonski sistem koji radi u pogonsko-energetskom režimu sadrži električni pogonski sistem (EPS) (primjer dijagrama prikazuje dva električna raketna motora 1 i 2 sa odgovarajućim sistemima napajanja 3 i 4), reaktorsku instalaciju 5, turbinu 6, kompresor 7, generator 8, izmjenjivač topline-rekuperator 9, Ranck-Hilsch vrtložna cijev 10, hladnjak-radijator 11. U ovom slučaju, turbina 6, kompresor 7 i generator 8 su spojeni u jednu jedinicu - turbogenerator-kompresor. Nuklearna pogonska jedinica je opremljena cjevovodima 12 radnog fluida i električnim vodovima 13 koji povezuju generator 8 i električni pogon. Izmjenjivač-rekuperator topline 9 ima tzv. visokotemperaturni 14 i niskotemperaturni 15 ulaz radnog fluida, kao i visokotemperaturni 16 i niskotemperaturni 17 izlaz radnog fluida.

Izlaz reaktorske jedinice 5 povezan je sa ulazom turbine 6, izlaz turbine 6 povezan je sa visokotemperaturnim ulazom 14 izmenjivača toplote-rekuperatora 9. Niskotemperaturni izlaz 15 izmenjivača toplote-rekuperatora 9 spojen je na ulaz u Ranck-Hilsch vrtložnu cijev 10. Ranck-Hilsch vortex cijev 10 ima dva izlaza od kojih je jedan (preko „vruće“ radne tekućine) povezan sa hladnjakom hladnjaka 11, a drugi ( preko „hladnog” radnog fluida) spojen je na ulaz kompresora 7. Izlaz hladnjaka radijatora 11 je takođe povezan sa ulazom u kompresor 7. Izlaz kompresora 7 je povezan na niskotemperaturni ulaz 15 na izmjenjivač topline-rekuperator 9. Visokotemperaturni izlaz 16 izmjenjivača-rekuperatora topline 9 povezan je sa ulazom u reaktorsku instalaciju 5. Dakle, glavni elementi nuklearne elektrane su međusobno povezani jednim krugom radnog fluida. .

Nuklearna elektrana radi na sljedeći način. Radni fluid zagrejan u reaktorskoj instalaciji 5 šalje se u turbinu 6, koja obezbeđuje rad kompresora 7 i generatora 8 turbogeneratora-kompresora. Generator 8 proizvodi električnu energiju, koja se putem električnih vodova 13 šalje do električnih raketnih motora 1 i 2 i njihovih sistema napajanja 3 i 4, osiguravajući njihov rad. Nakon izlaska iz turbine 6, radni fluid se kroz visokotemperaturni ulaz 14 šalje u izmjenjivač topline-rekuperator 9, gdje se radni fluid djelimično hladi.

Zatim se iz niskotemperaturnog izlaza 17 izmjenjivača topline-rekuperatora 9 radni fluid usmjerava u Ranque-Hilsch vrtložnu cijev 10, unutar koje se strujanje radnog fluida dijeli na "vruću" i "hladnu" komponentu. „Vrući” deo radnog fluida zatim odlazi u frižider-emiter 11, gde se ovaj deo radnog fluida efikasno hladi. “Hladni” dio radnog fluida ide do ulaza u kompresor 7, a nakon hlađenja tamo slijedi i dio radnog fluida koji napušta hladnjak 11.

Kompresor 7 napaja hlađeni radni fluid u izmenjivač toplote-rekuperator 9 kroz niskotemperaturni ulaz 15. Ovaj hlađeni radni fluid u izmenjivaču-rekuperatoru toplote 9 obezbeđuje delimično hlađenje protivtoka radnog fluida koji ulazi u izmenjivač-rekuperator toplote. 9 od turbine 6 preko visokotemperaturnog ulaza 14. Zatim, delimično zagrejani radni fluid (zbog razmene toplote sa protivtokom radnog fluida iz turbine 6) iz izmenjivača toplote-rekuperatora 9 kroz visokotemperaturni izlaz 16 ponovo ulazi u reaktorsku instalaciju 5, ciklus se ponovo ponavlja.

Dakle, jedan radni fluid koji se nalazi u zatvorenoj petlji osigurava kontinuirani rad nuklearne elektrane, a korištenje Ranque-Hilsch vrtložne cijevi kao dijela nuklearne elektrane u skladu s traženim tehničkim rješenjem poboljšava karakteristike težine i veličine. nuklearne elektrane, povećava pouzdanost njenog rada, pojednostavljuje njen dizajn i omogućava povećanje efikasnosti nuklearnih elektrana uopšte.

Linkovi:

Nuklearni raketni motor je raketni motor čiji se princip rada zasniva na nuklearnoj reakciji ili radioaktivnom raspadu, koji oslobađa energiju koja zagrijava radnu tekućinu, a to mogu biti produkti reakcije ili neke druge tvari, poput vodika.

Pogledajmo opcije i principe iz akcije...

Postoji nekoliko tipova raketnih motora koji koriste gore opisani princip rada: nuklearni, radioizotopni, termonuklearni. Korištenjem nuklearnih raketnih motora moguće je dobiti specifične impulsne vrijednosti znatno veće od onih koje se mogu postići kemijskim raketnim motorima. Visoka vrijednost specifičnog impulsa objašnjava se velikom brzinom istjecanja radnog fluida - oko 8-50 km/s. Sila potiska nuklearnog motora uporediva je sa onom kod hemijskih motora, što će omogućiti da se u budućnosti svi hemijski motori zamene nuklearnim.

Glavna prepreka potpunoj zamjeni je radioaktivno zagađenje uzrokovano nuklearnim raketnim motorima.

Dijele se u dvije vrste - čvrstu i plinovitu fazu. U prvom tipu motora fisijski materijal se postavlja u sklopove šipki sa razvijenom površinom. Ovo omogućava efikasno zagrevanje gasovitog radnog fluida, obično vodonik deluje kao radni fluid. Brzina ispuha ograničena je maksimalnom temperaturom radnog fluida, koja zauzvrat direktno zavisi od maksimalno dozvoljene temperature strukturnih elemenata, a ne prelazi 3000 K. U nuklearnim raketnim motorima u gasnoj fazi fisiona supstanca je u gasovitom stanju. Njegovo zadržavanje u radnom području vrši se djelovanjem elektromagnetnog polja. Za ovu vrstu nuklearnih raketnih motora konstrukcijski elementi nisu ograničavajući faktor, pa brzina ispuštanja radnog fluida može premašiti 30 km/s. Mogu se koristiti kao motori prve faze, uprkos curenju fisijskog materijala.

70-ih godina. XX vijek U SAD-u i Sovjetskom Savezu aktivno su testirani nuklearni raketni motori s fisionom tvari u čvrstoj fazi. U Sjedinjenim Državama se razvijao program za stvaranje eksperimentalnog nuklearnog raketnog motora kao dio programa NERVA.

Amerikanci su razvili grafitni reaktor hlađen tečnim vodonikom, koji se zagrijavao, isparavao i izbacivao kroz raketnu mlaznicu. Izbor grafita bio je zbog njegove temperaturne otpornosti. Prema ovom projektu, specifični impuls nastalog motora trebao je biti dvostruko veći od odgovarajuće brojke karakteristične za kemijske motore, s potiskom od 1100 kN. Reaktor Nerva je trebao raditi u sklopu treće faze rakete-nosača Saturn V, ali zbog zatvaranja lunarnog programa i nedostatka drugih zadataka za raketne motore ove klase, reaktor nikada nije testiran u praksi.

Nuklearni raketni motor u gasnoj fazi je trenutno u fazi teoretskog razvoja. Nuklearni motor u gasnoj fazi uključuje korištenje plutonijuma, čija je gasna struja koja se sporo kreće okružena bržim protokom rashladnog vodonika. Eksperimenti su sprovedeni na orbitalnim svemirskim stanicama MIR i ISS koji bi mogli dati podsticaj daljem razvoju motora u gasnoj fazi.

Danas možemo reći da je Rusija malo „zamrznula“ svoja istraživanja u oblasti nuklearnih pogonskih sistema. Rad ruskih naučnika je više fokusiran na razvoj i unapređenje osnovnih komponenti i sklopova nuklearnih elektrana, kao i njihovo ujedinjenje. Prioritetni pravac daljih istraživanja u ovoj oblasti je stvaranje nuklearnih pogonskih sistema sposobnih za rad na dva načina. Prvi je način rada nuklearnog raketnog motora, a drugi je instalacijski način proizvodnje električne energije za napajanje opreme instalirane na brodu.

Krajem prošle godine, ruske strateške raketne snage testirale su potpuno novo oružje, za čije se postojanje ranije smatralo nemogućim. Krstareća raketa na nuklearni pogon, koju vojni stručnjaci označavaju kao 9M730, upravo je novo oružje o kojem je predsjednik Putin govorio u svom obraćanju Saveznoj skupštini. Testiranje rakete je navodno obavljeno na poligonu Novaja zemlja, otprilike krajem jeseni 2017. godine, ali tačni podaci neće uskoro biti skinuti tajnost. Razvijač rakete je vjerovatno i biro za eksperimentalni dizajn Novator (Ekaterinburg). Prema nadležnim izvorima, projektil je pogodio cilj u normalnom režimu, a testovi su ocijenjeni potpuno uspješnim. Nadalje, navodne fotografije lansiranja (gore) nove rakete s nuklearnom elektranom, pa čak i indirektne potvrde vezane za prisustvo u očekivano vrijeme testiranja u neposrednoj blizini poligona Il-976 LII Gromov „leteći laboratorija” sa oznakama Rosatoma pojavio se u medijima. Međutim, pojavilo se još više pitanja. Da li je deklarirana sposobnost rakete da leti na neograničenom dometu realna i kako se to postiže?

Karakteristike krstareće rakete s nuklearnom elektranom

Karakteristike krstareće rakete s nuklearnim oružjem, koje su se pojavile u medijima odmah nakon govora Vladimira Putina, mogu se razlikovati od stvarnih, što će biti poznato kasnije. Do danas su objavljeni sljedeći podaci o veličini i karakteristikama rakete:

Dužina
- početna stranica- najmanje 12 metara,
- marširanje- najmanje 9 metara,

Prečnik tela rakete- oko 1 metar,
Širina kućišta- oko 1,5 metara,
Visina repa- 3,6 - 3,8 metara

Princip rada ruske krstareće rakete na nuklearni pogon

Razvoj raketa na nuklearni pogon provodilo je nekoliko zemalja odjednom, a razvoj je započeo još dalekih 1960-ih. Dizajni koje su predložili inženjeri razlikovali su se samo u detaljima na pojednostavljen način, princip rada se može opisati na sljedeći način: nuklearni reaktor zagrijava smjesu koja ulazi u posebne posude (razne opcije, od amonijaka do vodika) s naknadnim ispuštanjem kroz mlaznice ispod; visokog pritiska. Međutim, verzija krstareće rakete o kojoj je govorio ruski predsjednik ne odgovara nijednom od prethodno razvijenih primjera dizajna.

Činjenica je da, prema Putinovim riječima, raketa ima gotovo neograničen domet leta. To se, naravno, ne može shvatiti kao da raketa može letjeti godinama, ali se može smatrati direktnim pokazateljem da je njen domet leta višestruko veći od dometa modernih krstarećih projektila. Druga točka, koja se ne može zanemariti, također se odnosi na deklarirani neograničeni domet leta i, shodno tome, na rad pogonske jedinice krstareće rakete. Na primjer, heterogeni termalni neutronski reaktor, testiran u motoru RD-0410, koji su razvili Kurchatov, Keldysh i Korolev, imao je ispitni vijek od samo 1 sat, a u ovom slučaju ne može postojati neograničen domet leta takvog tipa. krstareće rakete na nuklearni pogon.

Sve ovo sugerira da su ruski znanstvenici predložili potpuno novi, ranije nerazmotreni koncept strukture, u kojem se za zagrijavanje i naknadno izbacivanje iz mlaznice koristi supstanca koja ima mnogo ekonomičniji resurs potrošnje na velikim udaljenostima. Kao primjer, to bi mogao biti nuklearni motor za disanje zraka (NARE) potpuno novog tipa, u kojem je radna masa atmosferski zrak, koji se kompresorima upumpava u radne kontejnere, zagrijava nuklearnom instalacijom i potom izbacuje kroz mlaznice. .

Vrijedi napomenuti i to da krstareća raketa s nuklearnom jedinicom koju je najavio Vladimir Putin može letjeti oko aktivnih zona vazdušnih i protivraketnih odbrambenih sistema, kao i da održava svoj put do cilja na malim i ultra malim visinama. To je moguće samo ako se projektil opremi sistemima za praćenje terena koji su otporni na smetnje koje stvaraju neprijateljski sistemi za elektronsko ratovanje.

Rusija je bila i sada ostaje lider u oblasti nuklearne svemirske energije. Organizacije kao što su RSC Energia i Roscosmos imaju iskustva u projektovanju, izgradnji, lansiranju i radu svemirskih letelica opremljenih nuklearnim izvorom energije. Nuklearni motor omogućava rad aviona dugi niz godina, uvelike povećavajući njihovu praktičnu prikladnost.

Istorijska hronika

Istovremeno, isporuka istraživačkog vozila u orbite udaljenih planeta Sunčevog sistema zahtijeva povećanje resursa takve nuklearne instalacije na 5-7 godina. Dokazano je da će kompleks sa nuklearnim pogonskim sistemom snage oko 1 MW u sklopu istraživačke svemirske letjelice omogućiti ubrzanu isporuku za 5-7 godina umjetnih satelita najudaljenijih planeta, planetarnih rovera na površinu prirodni sateliti ovih planeta i isporuka na Zemlju tla sa kometa, asteroida, Merkura i satelita Jupitera i Saturna.

Tegljač za višekratnu upotrebu (MB)

Jedan od najvažnijih načina povećanja efikasnosti transportnih operacija u svemiru je višekratna upotreba elemenata transportnog sistema. Nuklearni motor za svemirske letjelice snage najmanje 500 kW omogućava stvaranje tegljača za višekratnu upotrebu i na taj način značajno povećava efikasnost viševeznog svemirskog transportnog sistema. Takav sistem je posebno koristan u programu za obezbjeđivanje velikih godišnjih tokova tereta. Primjer bi bio program istraživanja Mjeseca sa stvaranjem i održavanjem stalno rastuće useljive baze i eksperimentalnih tehnoloških i proizvodnih kompleksa.

Obračun teretnog prometa

Prema projektantskim studijama RSC Energia, tokom izgradnje baze na mjesečevu površinu treba da budu dostavljeni moduli težine oko 10 tona, a u lunarnu orbitu do 30 tona. Ukupan protok tereta sa Zemlje tokom izgradnje useljiva lunarna baza i posjećena lunarna orbitalna stanica procjenjuje se na 700-800 tona, a godišnji protok tereta koji osigurava funkcionisanje i razvoj baze je 400-500 tona.

Međutim, princip rada nuklearnog motora ne dozvoljava transporteru da ubrza dovoljno brzo. Zbog dugog vremena transporta i, shodno tome, značajnog vremena koje nosi teret u radijacijskim pojasevima Zemlje, ne može se sav teret isporučiti pomoću tegljača na nuklearni pogon. Dakle, protok tereta koji se može obezbijediti na bazi nuklearnog pogona procjenjuje se na svega 100-300 tona/god.

Ekonomska efikasnost

Kao kriterijum ekonomske efikasnosti interorbitalnog transportnog sistema, preporučljivo je koristiti vrednost specifičnog troška transporta jedinice mase korisnog tereta (PG) sa Zemljine površine do ciljne orbite. RSC Energia je razvila ekonomsko-matematički model koji uzima u obzir glavne komponente troškova u transportnom sistemu:

• kreirati i lansirati u orbitu tegljačke module;
• za kupovinu funkcionalnog nuklearnog postrojenja;
• operativni troškovi, kao i troškovi istraživanja i razvoja i mogući kapitalni troškovi.

Indikatori troškova zavise od optimalnih parametara MB. Koristeći ovaj model, uporedna ekonomska efikasnost upotrebe tegljača za višekratnu upotrebu baziranog na nuklearnom pogonskom sistemu snage oko 1 MW i tegljača za jednokratnu upotrebu zasnovanog na naprednim tečnim pogonskim sistemima u programu koji osigurava isporuku korisnog tereta sa ukupnim proučavana je masa od 100 tona godišnje od Zemlje do lunarne orbite na visini od 100 km. Kada se koristi isto lansirno vozilo sa nosivim kapacitetom jednakom nosivosti lansirne rakete Proton-M, i shemom dva lansiranja za izgradnju transportnog sistema, specifični trošak isporuke jedinice mase korisnog tereta pomoću tegljača na nuklearni pogon bit će tri puta niža nego kod korištenja jednokratnih tegljača na bazi raketa s tekućim motorima tipa DM-3.

Zaključak

Efikasan nuklearni motor za svemir doprinosi rješavanju ekoloških problema Zemlje, ljudskom letu na Mars, stvaranju sistema za bežični prijenos energije u svemiru, implementaciji uz povećanu sigurnost zakopavanja u svemir posebno opasnog radioaktivnog otpada zemlje -bazirana nuklearna energija, stvaranje nastanjive lunarne baze i početak industrijskog razvoja Mjeseca, osiguravajući zaštitu Zemlje od opasnosti od asteroida i komete.