Motores de cohetes nucleares. Misil de crucero de propulsión nuclear

La primera etapa es la negación.

El experto alemán en cohetes, Robert Schmucker, consideró las declaraciones de V. Putin completamente inverosímiles. "No puedo imaginar que los rusos puedan crear un pequeño reactor volador", dijo el experto en una entrevista con Deutsche Welle.

Pueden, señor Schmucker. Solo imagina.

El primer satélite nacional con central nuclear ("Cosmos-367") fue lanzado desde Baikonur en 1970. 37 elementos combustibles del reactor BES-5 Buk de pequeño tamaño, que contenían 30 kg de uranio, a una temperatura en el circuito primario de 700 °C y una liberación de calor de 100 kW, proporcionaron una potencia eléctrica de la instalación de 3 kW. El peso del reactor es inferior a una tonelada y el tiempo estimado de funcionamiento es de 120 a 130 días.

Los expertos expresarán dudas: la potencia de esta “batería” nuclear es demasiado baja... ¡Pero! Mira la fecha: Eso fue hace medio siglo.

La baja eficiencia es una consecuencia de la conversión termoiónica. Con otras formas de transmisión de energía, los indicadores son mucho más altos; por ejemplo, en las centrales nucleares, el valor de eficiencia está en el rango del 32-38%. En este sentido, la potencia térmica de un reactor “espacial” resulta de especial interés. 100 kW es una apuesta seria por la victoria.

Vale la pena señalar que el BES-5 “Buk” no pertenece a la familia de los RTG. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos convierten la energía de la desintegración natural de los átomos de elementos radiactivos y tienen una potencia insignificante. Al mismo tiempo, Buk es un reactor real con una reacción en cadena controlada.

La próxima generación de reactores soviéticos de pequeño tamaño, que apareció a finales de los años 80, se distinguía por dimensiones aún más pequeñas y una mayor liberación de energía. Este era el Topacio único: en comparación con el Buk, la cantidad de uranio en el reactor se redujo tres veces (a 11,5 kg). La potencia térmica aumentó en un 50% y ascendió a 150 kW, el tiempo de funcionamiento continuo alcanzó los 11 meses (se instaló un reactor de este tipo a bordo del satélite de reconocimiento Cosmos-1867).

Los reactores espaciales nucleares son una forma de muerte extraterrestre. Si se perdía el control, la “estrella fugaz” no cumplía los deseos, pero podía perdonar a los “afortunados” sus pecados.

En 1992, los dos ejemplares restantes de los reactores de pequeño tamaño de la serie Topaz se vendieron en Estados Unidos por 13 millones de dólares.

La pregunta principal es: ¿tienen estas instalaciones suficiente potencia para ser utilizadas como motores de cohetes? Haciendo pasar el fluido de trabajo (aire) a través del núcleo caliente del reactor y obteniendo empuje en la salida según la ley de conservación del impulso.

Respuesta: no. "Buk" y "Topaz" son centrales nucleares compactas. Para crear un reactor nuclear se necesitan otros medios. Pero la tendencia general es visible a simple vista. Las centrales nucleares compactas se han creado y existen en la práctica desde hace mucho tiempo.

¿Qué potencia debe tener una central nuclear para poder utilizarla como motor de propulsión de un misil de crucero de tamaño similar al X-101?

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Encontrar poder tampoco es difícil. N=F×V.

Según datos oficiales, los misiles de crucero Kha-101, al igual que la familia de misiles Kalibr, están equipados con un motor turbofan de corta duración-50, que desarrolla un empuje de 450 kgf (≈ 4400 N). La velocidad de crucero del misil de crucero es de 0,8 m o 270 m/s. La eficiencia calculada ideal de un motor turborreactor de derivación es del 30%.

En este caso, la potencia requerida del motor del misil de crucero es sólo 25 veces mayor que la potencia térmica del reactor de la serie Topaz.

A pesar de las dudas del experto alemán, la creación de un motor de cohete nuclear turborreactor (o estatorreactor) es una tarea realista que responde a las exigencias de nuestro tiempo.

Cohete del infierno

"Todo esto es una sorpresa: un misil de crucero de propulsión nuclear", dijo Douglas Barry, investigador principal del Instituto Internacional de Estudios Estratégicos de Londres. “Esta idea no es nueva, se habló de ella en los años 60, pero ha enfrentado muchos obstáculos”.

No sólo hablaron de eso. Durante las pruebas realizadas en 1964, el motor estatorreactor nuclear Tori-IIC desarrolló un empuje de 16 toneladas con una potencia térmica del reactor de 513 MW. Simulando un vuelo supersónico, la instalación consumió 450 toneladas de aire comprimido en cinco minutos. El reactor fue diseñado para estar muy "caliente": la temperatura de funcionamiento en el núcleo alcanzó los 1600°C. El diseño tenía tolerancias muy estrechas: en varias zonas, la temperatura permitida era sólo entre 150 y 200 °C por debajo de la temperatura a la que los elementos del cohete se fundían y colapsaban.

¿Fueron estos indicadores suficientes para utilizar en la práctica motores a reacción de propulsión nuclear? La respuesta es obvia.

El estatorreactor nuclear desarrolló más (!) empuje que el motor turborreactor del avión de reconocimiento SR-71 “Black Bird” de “tres máquinas”.

"Polygon-401", pruebas de estatorreactores nucleares

Las instalaciones experimentales "Tori-IIA" y "-IIC" son prototipos del motor nuclear del misil de crucero SLAM.

Un invento diabólico, capaz, según los cálculos, de perforar 160.000 km de espacio a una altitud mínima y a una velocidad de 3M. Literalmente, "derribando" a todos los que se encontraron en su triste camino con una onda de choque y un trueno de 162 dB (valor letal para los humanos).

El reactor del avión de combate no tenía ninguna protección biológica. Los tímpanos rotos tras el sobrevuelo del SLAM parecerían insignificantes en comparación con las emisiones radiactivas de la boquilla del cohete. El monstruo volador dejó tras de sí un rastro de más de un kilómetro de ancho con una dosis de radiación de 200-300 rad. Se estima que SLAM contaminó 1.800 millas cuadradas con radiación mortal en una hora de vuelo.

Según los cálculos, la longitud del avión podría alcanzar los 26 metros. Peso de lanzamiento: 27 toneladas. La carga de combate consistía en cargas termonucleares, que debían lanzarse secuencialmente sobre varias ciudades soviéticas a lo largo de la ruta de vuelo del misil. Después de completar la tarea principal, se suponía que SLAM daría vueltas sobre el territorio de la URSS durante varios días más, contaminando todo a su alrededor con emisiones radiactivas.

Quizás el más mortífero de todos los que el hombre ha intentado crear. Afortunadamente, no se trató de lanzamientos reales.

El proyecto, cuyo nombre en código era "Plutón", fue cancelado el 1 de julio de 1964. Al mismo tiempo, según uno de los desarrolladores de SLAM, J. Craven, ninguno de los líderes militares y políticos estadounidenses se arrepintió de la decisión.

La razón para abandonar el "misil nuclear de bajo vuelo" fue el desarrollo de misiles balísticos intercontinentales. Capaces de causar los daños necesarios en menos tiempo con riesgos incomparables para los propios militares. Como señalaron acertadamente los autores de la publicación de la revista Air&Space: los misiles balísticos intercontinentales, al menos, no mataron a todos los que se encontraban cerca del lanzador.

Aún se desconoce quién, dónde y cómo planeó probar al demonio. ¿Y quién sería el responsable si SLAM se desviara de su rumbo y sobrevolara Los Ángeles? Una de las locas propuestas consistía en atar un cohete a un cable y conducirlo en círculo sobre zonas desiertas del estado. Nevada. Sin embargo, inmediatamente surgió otra pregunta: ¿qué hacer con el cohete cuando se quemen los últimos restos de combustible en el reactor? El lugar donde no se acercará a las “tierras” SLAM durante siglos.

Vida o muerte. elección final

A diferencia del místico “Plutón” de los años 50, el proyecto de un misil nuclear moderno, expresado por V. Putin, propone la creación de un medio eficaz para romper el sistema de defensa antimisiles estadounidense. La destrucción mutua asegurada es el criterio más importante para la disuasión nuclear.

La transformación de la clásica "tríada nuclear" en un diabólico "pentagrama", con la inclusión de una nueva generación de vectores (misiles de crucero nucleares de alcance ilimitado y torpedos nucleares estratégicos "status-6"), junto con la modernización de los misiles balísticos intercontinentales. ojivas (maniobrando "Avangard"), es una respuesta razonable a la aparición de nuevas amenazas. La política de defensa antimisiles de Washington no deja a Moscú otra opción.

“Están desarrollando sus sistemas antimisiles. El alcance de los misiles antimisiles aumenta, la precisión aumenta y estas armas se mejoran. Por lo tanto, debemos responder adecuadamente a esto para que podamos superar el sistema no sólo hoy, sino también mañana, cuando tengamos nuevas armas”.

V. Putin en una entrevista con NBC.

Los detalles desclasificados de los experimentos del programa SLAM/Plutón demuestran de manera convincente que la creación de un misil de crucero nuclear era posible (técnicamente factible) hace seis décadas. Las tecnologías modernas nos permiten llevar una idea a un nuevo nivel técnico.

La espada se oxida por las promesas.

A pesar de la gran cantidad de hechos obvios que explican las razones de la aparición de la "superarma presidencial" y disipan cualquier duda sobre la "imposibilidad" de crear tales sistemas, todavía hay muchos escépticos en Rusia, así como en el extranjero. "Todas las armas enumeradas son sólo medios de guerra de información". Y luego - una variedad de propuestas.

Probablemente no hay que tomar en serio a “expertos” caricaturizados como I. Moiseev. El director del Instituto de Política Espacial (?), quien dijo a la publicación en línea The Insider: “No se puede poner un motor nuclear en un misil de crucero. Y no existen tales motores”.

También se están haciendo intentos de “exponer” las declaraciones del presidente a un nivel analítico más serio. Estas “investigaciones” inmediatamente ganan popularidad entre el público de mentalidad liberal. Los escépticos dan los siguientes argumentos.

Todos los sistemas anunciados se refieren a armas estratégicas ultrasecretas, cuya existencia no es posible verificar ni refutar. (El mensaje a la propia Asamblea Federal mostraba gráficos por computadora e imágenes de lanzamientos, indistinguibles de las pruebas de otros tipos de misiles de crucero). Al mismo tiempo, nadie habla, por ejemplo, de crear un dron de ataque pesado o un destructor. buque de guerra de clase. Un arma que pronto habría que demostrar claramente al mundo entero.

Según algunos “denunciantes”, el contexto altamente estratégico y “secreto” de los mensajes puede indicar su naturaleza inverosímil. Bueno, si este es el argumento principal, entonces ¿a qué se debe el argumento con esta gente?

También hay otro punto de vista. Las declaraciones impactantes sobre misiles nucleares y submarinos no tripulados de 100 nudos se hacen en el contexto de los problemas obvios que el complejo militar-industrial enfrenta en la implementación de proyectos más simples de armas "tradicionales". Las declaraciones sobre misiles que superan inmediatamente todas las armas existentes contrastan marcadamente con la conocida situación de la ciencia espacial. Los escépticos citan el ejemplo de los fracasos masivos durante los lanzamientos de Bulava o el desarrollo del vehículo de lanzamiento Angara, que se prolongó durante dos décadas. Sama comenzó en 1995; En noviembre de 2017, el viceprimer ministro D. Rogozin prometió reanudar los lanzamientos del Angara desde el cosmódromo de Vostochny sólo en... 2021.

Y, por cierto, ¿por qué quedó sin atención Zircon, la principal sensación naval del año anterior? Un misil hipersónico capaz de destruir todos los conceptos existentes de combate naval.

La noticia sobre la llegada de sistemas láser a las tropas llamó la atención de los fabricantes de sistemas láser. Las armas de energía dirigida existentes se crearon sobre una base extensa de investigación y desarrollo de equipos de alta tecnología para el mercado civil. Por ejemplo, la instalación naval estadounidense AN/SEQ-3 LaWS es un "paquete" de seis láseres de soldadura con una potencia total de 33 kW.

El anuncio de la creación de un láser de combate superpotente contrasta con el trasfondo de una industria láser muy débil: Rusia no es uno de los mayores fabricantes de equipos láser del mundo (Coherent, IPG Photonics o la china Han "Laser Technology). Por lo tanto , la repentina aparición de armas láser de alta potencia despierta un auténtico interés entre los especialistas.

Siempre hay más preguntas que respuestas. El diablo está en los detalles, pero las fuentes oficiales dan una imagen muy pobre de las últimas armas. A menudo ni siquiera está claro si el sistema ya está listo para su adopción o si su desarrollo se encuentra en una determinada etapa. Los precedentes bien conocidos relacionados con la creación de este tipo de armas en el pasado indican que los problemas que surgen no se pueden resolver con un chasquido de dedos. Los aficionados a las innovaciones técnicas están preocupados por la elección del lugar para probar los lanzadores de misiles de propulsión nuclear. O métodos de comunicación con el dron submarino "Status-6" (un problema fundamental: la comunicación por radio no funciona bajo el agua; durante las sesiones de comunicación, los submarinos se ven obligados a subir a la superficie). Sería interesante escuchar una explicación sobre los métodos de aplicación: en comparación con los misiles balísticos intercontinentales y los SLBM tradicionales, capaces de iniciar y finalizar una guerra en una hora, Status-6 tardará varios días en llegar a la costa estadounidense. ¡Cuando ya no habrá nadie allí!

La última batalla ha terminado.
¿Queda alguien con vida?
En respuesta, sólo el aullido del viento...

Usando materiales:
Revista Air&Space (abril-mayo de 1990)
La guerra silenciosa de John Craven

A menudo, en las publicaciones de educación general sobre astronáutica, no distinguen la diferencia entre un motor de cohete nuclear (NRE) y un sistema de propulsión eléctrica nuclear (NURE). Sin embargo, estas abreviaturas ocultan no sólo la diferencia en los principios de conversión de la energía nuclear en propulsión de cohete, sino también una historia muy dramática del desarrollo de la astronáutica.

El drama de la historia radica en el hecho de que si se hubieran continuado las investigaciones sobre la propulsión nuclear tanto en la URSS como en los EE.UU., que se habían detenido principalmente por razones económicas, hace mucho tiempo que los vuelos humanos a Marte se habrían convertido en algo habitual.

Todo empezó con un avión atmosférico con motor nuclear ramjet.

Los diseñadores de Estados Unidos y la URSS consideraron instalaciones nucleares "respirables" capaces de aspirar aire exterior y calentarlo a temperaturas colosales. Probablemente, este principio de generación de empuje fue tomado prestado de los motores ramjet, solo que en lugar de combustible para cohetes se utilizó la energía de fisión de los núcleos atómicos de dióxido de uranio 235.

En Estados Unidos se desarrolló un motor de este tipo en el marco del proyecto Plutón. Los estadounidenses lograron crear dos prototipos del nuevo motor: Tory-IIA y Tory-IIC, que incluso alimentaron los reactores. La capacidad de instalación debía ser de 600 megavatios.

Se planeó instalar los motores desarrollados como parte del proyecto Plutón en misiles de crucero, que en la década de 1950 se crearon bajo la designación SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, misil supersónico de baja altitud).

Estados Unidos planeaba construir un cohete de 26,8 metros de largo, tres metros de diámetro y un peso de 28 toneladas. El cuerpo del cohete debía contener una ojiva nuclear, así como un sistema de propulsión nuclear con una longitud de 1,6 metros y un diámetro de 1,5 metros. En comparación con otros tamaños, la instalación parecía muy compacta, lo que explica su principio de funcionamiento de flujo directo.

Los desarrolladores creían que, gracias al motor nuclear, el alcance de vuelo del misil SLAM sería de al menos 182 mil kilómetros.

En 1964, el Departamento de Defensa de Estados Unidos cerró el proyecto. La razón oficial fue que, en vuelo, un misil de crucero de propulsión nuclear contamina demasiado todo a su alrededor. Pero, de hecho, la razón fueron los importantes costos de mantenimiento de dichos cohetes, especialmente porque en ese momento se estaba desarrollando rápidamente la cohetería basada en motores de cohetes de propulsión líquida, cuyo mantenimiento era mucho más barato.

La URSS se mantuvo fiel a la idea de crear un diseño de estatorreactor para un motor de propulsión nuclear durante mucho más tiempo que Estados Unidos, y cerró el proyecto recién en 1985. Pero los resultados resultaron ser mucho más significativos. Así, el primer y único motor de cohete nuclear soviético se desarrolló en la oficina de diseño Khimavtomatika, en Voronezh. Este es RD-0410 (Índice GRAU - 11B91, también conocido como “Irbit” e “IR-100”).

RD-0410 utilizaba un reactor de neutrones térmicos heterogéneo, el moderador era hidruro de circonio, los reflectores de neutrones estaban hechos de berilio, el combustible nuclear era un material a base de uranio y carburos de tungsteno, con un enriquecimiento de alrededor del 80% en el isótopo 235.

El diseño incluía 37 conjuntos combustibles, cubiertos con un aislamiento térmico que los separaba del moderador. El diseño preveía que el flujo de hidrógeno pasara primero a través del reflector y el moderador, manteniendo su temperatura a temperatura ambiente, y luego ingresara al núcleo, donde enfriaba los conjuntos combustibles, calentando hasta 3100 K. En el stand, el reflector y el moderador estaban enfriado por un flujo de hidrógeno separado.

El reactor pasó por una serie importante de pruebas, pero nunca se probó durante su funcionamiento completo. Sin embargo, los componentes exteriores del reactor estaban completamente agotados.

Características técnicas del RD 0410.

Empuje en el vacío: 3,59 tf (35,2 kN)
Potencia térmica del reactor: 196 MW
Impulso de empuje específico en el vacío: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Número de salidas: 10
Recurso de trabajo: 1 hora
Componentes del combustible: fluido de trabajo - hidrógeno líquido, sustancia auxiliar - heptano
Peso con protección radiológica: 2 toneladas
Dimensiones del motor: altura 3,5 m, diámetro 1,6 m.

Las dimensiones y el peso relativamente pequeños, la alta temperatura del combustible nuclear (3100 K) y un eficaz sistema de refrigeración con flujo de hidrógeno indican que el RD0410 es un prototipo casi ideal de motor de propulsión nuclear para misiles de crucero modernos. Y, teniendo en cuenta las tecnologías modernas para producir combustible nuclear autónomo, aumentar el recurso de una hora a varias horas es una tarea muy real.

Diseños de motores de cohetes nucleares.

Un motor de cohete nuclear (NRE) es un motor a reacción en el que la energía generada durante una reacción de desintegración o fusión nuclear calienta el fluido de trabajo (generalmente hidrógeno o amoníaco).

Existen tres tipos de motores de propulsión nuclear según el tipo de combustible del reactor:

• fase sólida;
• fase líquida;
• fase gaseosa.

La más completa es la versión de fase sólida del motor. La figura muestra un diagrama del motor nuclear más simple con un reactor de combustible nuclear sólido. El fluido de trabajo se encuentra en un tanque externo. Mediante una bomba, se suministra a la cámara del motor. En la cámara, el fluido de trabajo se pulveriza mediante boquillas y entra en contacto con el combustible nuclear que genera el combustible. Cuando se calienta, se expande y sale volando de la cámara a través de la boquilla a gran velocidad.

En los motores de propulsión nuclear en fase gaseosa, el combustible (por ejemplo, uranio) y el fluido de trabajo se encuentran en estado gaseoso (en forma de plasma) y se mantienen en la zona de trabajo mediante un campo electromagnético. El plasma de uranio calentado a decenas de miles de grados transfiere calor al fluido de trabajo (por ejemplo, hidrógeno), que, a su vez, al calentarse a altas temperaturas, forma una corriente en chorro.

Según el tipo de reacción nuclear, se distingue entre un motor de cohete radioisótopo, un motor de cohete termonuclear y un motor nuclear en sí (se utiliza la energía de la fisión nuclear).

Una opción interesante es también un motor de cohete nuclear pulsado: se propone utilizar una carga nuclear como fuente de energía (combustible). Estas instalaciones pueden ser de tipo interno y externo.

Las principales ventajas de los motores de propulsión nuclear son:

• alto impulso específico;
• importantes reservas de energía;
• compacidad del sistema de propulsión;
• la posibilidad de obtener un empuje muy alto: decenas, cientos y miles de toneladas en el vacío.

La principal desventaja es el alto riesgo de radiación del sistema de propulsión:

• flujos de radiación penetrante (radiación gamma, neutrones) durante reacciones nucleares;
• eliminación de compuestos altamente radiactivos de uranio y sus aleaciones;
• salida de gases radiactivos con el fluido de trabajo.

Sistema de propulsión nuclear

Teniendo en cuenta que es imposible obtener información fiable sobre las centrales nucleares a partir de publicaciones, incluidos artículos científicos, es mejor examinar el principio de funcionamiento de dichas instalaciones utilizando ejemplos de materiales de patentes abiertas, aunque contengan conocimientos técnicos.

Por ejemplo, el destacado científico ruso Anatoly Sazonovich Koroteev, autor de la invención patentada, proporcionó una solución técnica para la composición del equipo del YARDU moderno. A continuación presento parte del citado documento de patente textualmente y sin comentarios.

La esencia de la solución técnica propuesta se ilustra en el diagrama presentado en el dibujo. Un sistema de propulsión nuclear que funciona en modo propulsión-energía contiene un sistema de propulsión eléctrica (EPS) (el diagrama de ejemplo muestra dos motores de cohetes eléctricos 1 y 2 con los correspondientes sistemas de alimentación 3 y 4), una instalación de reactor 5, una turbina 6, un compresor 7, un generador 8, un intercambiador-recuperador de calor 9, un tubo de vórtice Ranck-Hilsch 10, un refrigerador-radiador 11. En este caso, la turbina 6, el compresor 7 y el generador 8 se combinan en una sola unidad: un turbogenerador-compresor. La unidad de propulsión nuclear está equipada con tuberías 12 del fluido de trabajo y líneas eléctricas 13 que conectan el generador 8 y la unidad de propulsión eléctrica. El intercambiador-recuperador de calor 9 dispone de las denominadas entradas de fluido de trabajo de alta temperatura 14 y de baja temperatura 15, así como de salidas de fluido de trabajo de alta temperatura 16 y de baja temperatura 17.

La salida de la unidad de reactor 5 está conectada a la entrada de la turbina 6, la salida de la turbina 6 está conectada a la entrada de alta temperatura 14 del intercambiador-recuperador de calor 9. La salida de baja temperatura 15 del intercambiador-recuperador de calor 9 está conectado a la entrada del tubo de vórtice de Ranck-Hilsch 10. El tubo de vórtice de Ranck-Hilsch 10 tiene dos salidas, una de las cuales (a través del fluido de trabajo "caliente") está conectada al refrigerador del radiador 11, y la otra ( a través del fluido de trabajo "frío") está conectado a la entrada del compresor 7. La salida del refrigerador del radiador 11 también está conectada a la entrada del compresor 7. La salida del compresor 7 está conectada a la entrada de baja temperatura 15 al intercambiador-recuperador de calor 9. La salida de alta temperatura 16 del intercambiador-recuperador de calor 9 está conectada a la entrada a la instalación del reactor 5. Así, los elementos principales de la central nuclear están interconectados por un único circuito del fluido de trabajo. .

La central nuclear funciona de la siguiente manera. El fluido de trabajo calentado en la instalación del reactor 5 se envía a la turbina 6, que asegura el funcionamiento del compresor 7 y del generador 8 del turbogenerador-compresor. El generador 8 genera energía eléctrica, que se envía a través de las líneas eléctricas 13 a los motores de cohetes eléctricos 1 y 2 y a sus sistemas de suministro 3 y 4, asegurando su funcionamiento. Después de salir de la turbina 6, el fluido de trabajo se envía a través de la entrada de alta temperatura 14 al intercambiador-recuperador de calor 9, donde el fluido de trabajo se enfría parcialmente.

Luego, desde la salida de baja temperatura 17 del intercambiador-recuperador de calor 9, el fluido de trabajo se dirige al tubo de vórtice Ranque-Hilsch 10, dentro del cual el flujo del fluido de trabajo se divide en componentes "calientes" y "fríos". La parte "caliente" del fluido de trabajo luego pasa al emisor-refrigerador 11, donde esta parte del fluido de trabajo se enfría efectivamente. La parte "fría" del fluido de trabajo va a la entrada del compresor 7, y después del enfriamiento, la parte del fluido de trabajo que sale del refrigerador radiante 11 también sigue allí.

El compresor 7 suministra el fluido de trabajo enfriado al intercambiador-recuperador de calor 9 a través de la entrada de baja temperatura 15. Este fluido de trabajo enfriado en el intercambiador-recuperador de calor 9 proporciona un enfriamiento parcial del contraflujo del fluido de trabajo que ingresa al intercambiador-recuperador de calor. 9 desde la turbina 6 a través de la entrada de alta temperatura 14. A continuación, el fluido de trabajo parcialmente calentado (debido al intercambio de calor con el contraflujo del fluido de trabajo de la turbina 6) desde el intercambiador-recuperador de calor 9 a través de la entrada de alta temperatura La salida 16 vuelve a entrar en la instalación del reactor 5, se repite de nuevo el ciclo.

Así, un único fluido de trabajo situado en un circuito cerrado garantiza el funcionamiento continuo de la central nuclear, y el uso de un tubo de vórtice Ranque-Hilsch como parte de la central nuclear de acuerdo con la solución técnica reivindicada mejora las características de peso y tamaño. de la central nuclear, aumenta la fiabilidad de su funcionamiento, simplifica su diseño y permite aumentar la eficiencia de las centrales nucleares en general.

Enlaces:

Un motor de cohete nuclear es un motor de cohete cuyo principio de funcionamiento se basa en una reacción nuclear o desintegración radiactiva, que libera energía que calienta el fluido de trabajo, que pueden ser productos de reacción o alguna otra sustancia, como el hidrógeno.

Veamos las opciones y principios de acción...

Hay varios tipos de motores de cohetes que utilizan el principio de funcionamiento descrito anteriormente: nuclear, radioisótopo y termonuclear. Utilizando motores de cohetes nucleares, es posible obtener valores de impulso específicos significativamente superiores a los que pueden alcanzar los motores de cohetes químicos. El alto valor del impulso específico se explica por la alta velocidad de salida del fluido de trabajo: alrededor de 8-50 km/s. La fuerza de empuje de un motor nuclear es comparable a la de los motores químicos, lo que permitirá en el futuro sustituir todos los motores químicos por motores nucleares.

El principal obstáculo para una sustitución completa es la contaminación radiactiva provocada por los motores de los cohetes nucleares.

Se dividen en dos tipos: fase sólida y gaseosa. En el primer tipo de motores, el material fisionable se coloca en conjuntos de varillas con una superficie desarrollada. Esto permite calentar eficazmente un fluido de trabajo gaseoso; normalmente el hidrógeno actúa como fluido de trabajo. La velocidad de escape está limitada por la temperatura máxima del fluido de trabajo, que, a su vez, depende directamente de la temperatura máxima permitida de los elementos estructurales, y no supera los 3000 K. En los motores de cohetes nucleares en fase gaseosa, la sustancia fisible se encuentra en estado gaseoso. Su retención en la zona de trabajo se realiza mediante la influencia de un campo electromagnético. Para este tipo de motores de cohetes nucleares, los elementos estructurales no son un factor limitante, por lo que la velocidad de escape del fluido de trabajo puede superar los 30 km/s. Pueden utilizarse como motores de primera etapa, a pesar de la fuga de material fisionable.

En los años 70 Siglo XX En los Estados Unidos y la Unión Soviética se probaron activamente motores de cohetes nucleares con materia fisible en fase sólida. En Estados Unidos, se estaba desarrollando un programa para crear un motor de cohete nuclear experimental como parte del programa NERVA.

Los estadounidenses desarrollaron un reactor de grafito enfriado con hidrógeno líquido, que se calentaba, se evaporaba y se expulsaba a través de la boquilla de un cohete. La elección del grafito se debió a su resistencia a la temperatura. Según este proyecto, el impulso específico del motor resultante debería haber sido dos veces mayor que el valor correspondiente característico de los motores químicos, con un empuje de 1100 kN. El reactor Nerva debía funcionar como parte de la tercera etapa del vehículo de lanzamiento Saturn V, pero debido al cierre del programa lunar y a la falta de otras tareas para los motores de cohetes de esta clase, el reactor nunca se probó en la práctica.

Actualmente se encuentra en fase de desarrollo teórico un motor de cohete nuclear en fase gaseosa. Un motor nuclear en fase gaseosa implica el uso de plutonio, cuya corriente de gas de movimiento lento está rodeada por un flujo más rápido de hidrógeno refrigerante. En las estaciones espaciales orbitales MIR e ISS se realizaron experimentos que podrían impulsar el desarrollo de motores de fase gaseosa.

Hoy podemos decir que Rusia ha “congelado” ligeramente sus investigaciones en el campo de los sistemas de propulsión nuclear. El trabajo de los científicos rusos se centra más en el desarrollo y mejora de los componentes y conjuntos básicos de las centrales nucleares, así como en su unificación. La dirección prioritaria para futuras investigaciones en esta área es la creación de sistemas de propulsión de energía nuclear capaces de funcionar en dos modos. El primero es el modo de motor de cohete nuclear y el segundo es el modo de instalación para generar electricidad para alimentar los equipos instalados a bordo de la nave espacial.

A finales del año pasado, las Fuerzas de Misiles Estratégicos de Rusia probaron un arma completamente nueva, cuya existencia antes se creía imposible. El misil de crucero de propulsión nuclear, que los expertos militares denominan 9M730, es exactamente la nueva arma de la que habló el Presidente Putin en su discurso ante la Asamblea Federal. La prueba del misil supuestamente se llevó a cabo en el polígono de Novaya Zemlya aproximadamente a finales del otoño de 2017, pero los datos exactos no se desclasificarán pronto. El desarrollador del cohete es probablemente también la Oficina de Diseño Experimental Novator (Ekaterimburgo). Según fuentes competentes, el misil alcanzó el objetivo en modo normal y las pruebas se consideraron completamente exitosas. Además, supuestas fotografías del lanzamiento (arriba) de un nuevo cohete con una central nuclear e incluso una confirmación indirecta se relacionaban con la presencia en el momento previsto de las pruebas en las inmediaciones del polígono de pruebas del Il-976 LII Gromov “volando laboratorio” con marcas de Rosatom apareció en los medios. Sin embargo, surgieron aún más preguntas. ¿Es realista la capacidad declarada del misil para volar a un alcance ilimitado y cómo se logra?

Características de un misil de crucero con central nuclear.

Las características de un misil de crucero con armas nucleares, que apareció en los medios inmediatamente después del discurso de Vladimir Putin, pueden diferir de las reales, como se sabrá más adelante. Hasta la fecha, se han hecho públicos los siguientes datos sobre el tamaño y las características de rendimiento del cohete:

Longitud
- pagina de inicio- al menos 12 metros,
- de marcha- al menos 9 metros,

Diámetro del cuerpo del cohete- aproximadamente 1 metro,
Ancho de caja- aproximadamente 1,5 metros,
altura de la cola- 3,6 - 3,8 metros

El principio de funcionamiento de un misil de crucero ruso de propulsión nuclear

El desarrollo de misiles de propulsión nuclear fue llevado a cabo por varios países a la vez, y el desarrollo comenzó en la década de 1960. Los diseños propuestos por los ingenieros se diferenciaban solo en los detalles; de manera simplificada, el principio de funcionamiento se puede describir de la siguiente manera: un reactor nuclear calienta una mezcla que ingresa en contenedores especiales (varias opciones, desde amoníaco hasta hidrógeno) y luego se libera a través de boquillas debajo alta presión. Sin embargo, la versión del misil de crucero de la que habló el presidente ruso no se ajusta a ninguno de los ejemplos de diseños desarrollados anteriormente.

El hecho es que, según Putin, el misil tiene un alcance de vuelo casi ilimitado. Esto, por supuesto, no puede entenderse en el sentido de que el misil pueda volar durante años, pero puede considerarse como una indicación directa de que su alcance de vuelo es muchas veces mayor que el de los misiles de crucero modernos. El segundo punto, que no se puede ignorar, también está relacionado con el alcance de vuelo ilimitado declarado y, en consecuencia, con el funcionamiento de la unidad de potencia del misil de crucero. Por ejemplo, un reactor heterogéneo de neutrones térmicos, probado en el motor RD-0410, desarrollado por Kurchatov, Keldysh y Korolev, tuvo una vida útil de prueba de solo 1 hora, y en este caso no puede haber un alcance de vuelo ilimitado de tal Discurso de misil de crucero de propulsión nuclear.

Todo esto sugiere que los científicos rusos han propuesto un concepto de estructura completamente nuevo, nunca antes considerado, en el que una sustancia que tiene un recurso mucho más económico de consumo a largas distancias se utiliza para calentar y posteriormente expulsar por la boquilla. Como ejemplo, podría tratarse de un motor nuclear de respiración aérea (NARE) de un tipo completamente nuevo, en el que la masa de trabajo es aire atmosférico, bombeado a los contenedores de trabajo mediante compresores, calentado por una instalación nuclear y luego expulsado a través de boquillas. .

También vale la pena señalar que el misil de crucero con unidad de energía nuclear anunciado por Vladimir Putin puede volar alrededor de zonas activas de sistemas de defensa aérea y antimisiles, así como mantener su trayectoria hacia el objetivo en altitudes bajas y ultrabajas. Esto sólo es posible equipando el misil con sistemas de seguimiento del terreno que sean resistentes a las interferencias creadas por los sistemas de guerra electrónica enemigos.

Rusia fue y sigue siendo un líder en el campo de la energía nuclear espacial. Organizaciones como RSC Energia y Roscosmos tienen experiencia en el diseño, construcción, lanzamiento y operación de naves espaciales equipadas con una fuente de energía nuclear. Un motor nuclear permite operar aviones durante muchos años, lo que aumenta considerablemente su idoneidad práctica.

crónica histórica

Al mismo tiempo, llevar un vehículo de investigación a las órbitas de los planetas distantes del Sistema Solar requiere aumentar el recurso de dicha instalación nuclear a 5-7 años. Se ha demostrado que un complejo con un sistema de propulsión nuclear con una potencia de aproximadamente 1 MW como parte de una nave espacial de investigación permitirá acelerar el envío en 5 a 7 años de satélites artificiales de los planetas más distantes y vehículos exploradores planetarios a la superficie de los satélites naturales de estos planetas y el suministro a la Tierra de suelo procedente de cometas, asteroides, Mercurio y satélites de Júpiter y Saturno.

Remolcador reutilizable (MB)

Una de las formas más importantes de aumentar la eficiencia de las operaciones de transporte en el espacio es el uso reutilizable de elementos del sistema de transporte. Un motor nuclear para nave espacial con una potencia de al menos 500 kW permite crear un remolcador reutilizable y, por lo tanto, aumentar significativamente la eficiencia de un sistema de transporte espacial multienlace. Un sistema de este tipo es especialmente útil en un programa para proporcionar grandes flujos de carga anuales. Un ejemplo sería el programa de exploración lunar con la creación y mantenimiento de una base habitable en constante expansión y complejos experimentales tecnológicos y de producción.

Cálculo del volumen de negocios de carga

Según los estudios de diseño de RSC Energia, durante la construcción de la base se deberían entregar a la superficie lunar módulos que pesen unas 10 toneladas y hasta la órbita lunar, hasta 30 toneladas. El flujo total de carga desde la Tierra durante la construcción de una base lunar habitable y una estación orbital lunar visitada se estima en 700-800 toneladas, y el flujo de carga anual para garantizar el funcionamiento y desarrollo de la base es de 400-500 toneladas.

Sin embargo, el principio de funcionamiento del motor nuclear no permite que el transportador acelere lo suficientemente rápido. Debido al largo tiempo de transporte y, en consecuencia, al importante tiempo que pasa la carga útil en los cinturones de radiación de la Tierra, no toda la carga puede entregarse mediante remolcadores de propulsión nuclear. Por lo tanto, el flujo de carga que se puede proporcionar con sistemas de propulsión de propulsión nuclear se estima en sólo 100-300 toneladas/año.

Eficiencia económica

Como criterio para la eficiencia económica de un sistema de transporte interorbital, es aconsejable utilizar el valor del costo específico de transportar una unidad de masa de carga útil (PG) desde la superficie de la Tierra hasta la órbita objetivo. RSC Energia ha desarrollado un modelo económico y matemático que tiene en cuenta los principales componentes de los costes del sistema de transporte:

• crear y poner en órbita módulos remolcadores;
• para la compra de una instalación nuclear en funcionamiento;
• costos operativos, así como costos de I+D y posibles costos de capital.

Los indicadores de costos dependen de los parámetros óptimos del MB. Usando este modelo, la eficiencia económica comparativa de usar un remolcador reutilizable basado en un sistema de propulsión de energía nuclear con una potencia de aproximadamente 1 MW y un remolcador desechable basado en sistemas avanzados de propulsión líquida en un programa para asegurar la entrega de una carga útil con un total Se estudió una masa de 100 toneladas/año desde la Tierra hasta la órbita lunar a una altura de 100 km. Cuando se utiliza el mismo vehículo de lanzamiento con una capacidad de carga igual a la capacidad de carga del vehículo de lanzamiento Proton-M y un esquema de dos lanzamientos para construir un sistema de transporte, el costo específico de entregar una unidad de masa de carga útil utilizando un remolcador de propulsión nuclear será tres veces menor que cuando se utilizan remolcadores desechables basados ​​​​en cohetes con motores líquidos del tipo DM-3.

Conclusión

Un motor nuclear eficaz para el espacio contribuye a la solución de los problemas medioambientales de la Tierra, los vuelos humanos a Marte, la creación de un sistema de transmisión inalámbrica de energía en el espacio y la realización, con mayor seguridad, del entierro en el espacio de residuos radiactivos terrestres especialmente peligrosos. -energía nuclear, la creación de una base lunar habitable y el inicio del desarrollo industrial de la Luna, asegurando la protección de la Tierra del peligro de asteroides y cometas.